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JP5196106B2 - Method for manufacturing piezoelectric element - Google Patents

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JP5196106B2
JP5196106B2 JP2007084619A JP2007084619A JP5196106B2 JP 5196106 B2 JP5196106 B2 JP 5196106B2 JP 2007084619 A JP2007084619 A JP 2007084619A JP 2007084619 A JP2007084619 A JP 2007084619A JP 5196106 B2 JP5196106 B2 JP 5196106B2
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

本発明は、圧電素子の製造方法、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンターに関する。   The present invention relates to a piezoelectric element manufacturing method, an ink jet recording head, and an ink jet printer.

高画質、高速印刷を可能にするプリンターとして、インクジェットプリンターが知られている。インクジェットプリンターは、内容積が変化するキャビティーを備えたインクジェット式記録ヘッドを備え、このヘッドを走査させつつそのノズルからインク滴を吐出することにより、印刷を行うものである。このようなインクジェットプリンター用のインクジェット式記録ヘッドにおけるヘッドアクチュエーターとしては、従来、PZT(Pb(Zr,Ti)O)に代表される圧電体層を用いた圧電素子が用いられている(例えば、特許文献1を参照)。また、圧電素子は、インクジェットプリンターの他に、圧電ポンプ、表面弾性波素子、薄膜圧電共振子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、および電子機器等のデバイスにおいても用いられる。このような圧電素子は結晶構造を有するため、製造工程において様々なダメージを受けて変位量の均一性や信頼性が失われてしまうという問題がある。
特開2001−223404号公報
Inkjet printers are known as printers that enable high image quality and high-speed printing. The ink jet printer includes an ink jet recording head having a cavity whose internal volume changes, and performs printing by ejecting ink droplets from the nozzle while scanning the head. As a head actuator in an ink jet recording head for such an ink jet printer, a piezoelectric element using a piezoelectric layer represented by PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) has been conventionally used (for example, (See Patent Document 1). In addition to inkjet printers, piezoelectric elements are also used in devices such as piezoelectric pumps, surface acoustic wave elements, thin film piezoelectric resonators, frequency filters, oscillators, electronic circuits, and electronic equipment. Since such a piezoelectric element has a crystal structure, there is a problem in that the uniformity and reliability of the displacement amount are lost due to various damages in the manufacturing process.
JP 2001-223404 A

本発明の目的は、製造工程において受けたダメージを回復して変位量の均一性や信頼性の良好な圧電素子、ならびに当該圧電素子を含むインクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンターを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a piezoelectric element that recovers damage received in the manufacturing process and has excellent uniformity of displacement and reliability, an ink jet recording head including the piezoelectric element, and an ink jet printer. .

本発明にかかる圧電素子の製造方法は、
(a)基体側の上方に第1電極を形成する工程と、
(b)前記第1電極の上方に圧電体層を形成する工程と、
(c)前記圧電体層の上方に第2電極を形成する工程と、
(d)前記第2電極および前記圧電体層の少なくとも一部をパターニングして、前記第1電極、前記圧電体層、および前記第2電極を有するキャパシタ構造部を形成する工程と、
(e)前記キャパシタ構造部の少なくとも一部を被覆する保護膜を形成する工程と、
(f)第1のアニールを行う工程と、
(g)前記上部電極と電気的に接続する配線膜を形成する工程と、
を含む。
The method for manufacturing a piezoelectric element according to the present invention includes:
(A) forming a first electrode above the substrate side;
(B) forming a piezoelectric layer above the first electrode;
(C) forming a second electrode above the piezoelectric layer;
(D) patterning at least a part of the second electrode and the piezoelectric layer to form a capacitor structure having the first electrode, the piezoelectric layer, and the second electrode;
(E) forming a protective film covering at least a part of the capacitor structure;
(F) performing a first annealing;
(G) forming a wiring film electrically connected to the upper electrode;
including.

本発明において、特定のA部材(以下、「A部材」という。)の上方に設けられた特定のB部材(以下、「B部材」という。)というとき、A部材の上に直接B部材が設けられた場合と、A部材の上に他の部材を介してB部材が設けられた場合とを含む意味である。   In the present invention, when a specific B member (hereinafter referred to as “B member”) provided above a specific A member (hereinafter referred to as “A member”), the B member directly on the A member. The meaning includes the case where it is provided and the case where the B member is provided on the A member via another member.

本発明にかかる圧電素子の製造方法において、
前記工程(e)は、
(e1)保護膜を成膜する工程と、
(e2)前記保護膜をパターニングする工程と、
を有することができる。
In the method for manufacturing a piezoelectric element according to the present invention,
The step (e)
(E1) forming a protective film;
(E2) patterning the protective film;
Can have.

本発明にかかる圧電素子の製造方法において、
前記工程(b)は、
前記圧電体層の前駆体溶液を前記第1電極の上方に塗布する工程と、
前記前駆体溶液の結晶化アニールを行う工程と、
を有し、
前記工程(f)における第1のアニールの温度は、前記結晶化アニールの温度より低いことができる。
In the method for manufacturing a piezoelectric element according to the present invention,
The step (b)
Applying a precursor solution of the piezoelectric layer above the first electrode;
Performing crystallization annealing of the precursor solution;
Have
The temperature of the first annealing in the step (f) can be lower than the temperature of the crystallization annealing.

本発明にかかる圧電素子の製造方法において、
前記工程(e1)と(e2)との間に、
第2のアニールを行う工程をさらに含むことができる。
In the method for manufacturing a piezoelectric element according to the present invention,
Between the steps (e1) and (e2),
The method may further include performing a second annealing.

本発明にかかる圧電素子の製造方法において、
前記工程(b)は、
前記圧電体層の前駆体溶液を前記第1電極の上方に塗布する工程と、
前記前駆体溶液の結晶化アニールを行う工程と、
を有し、
前記第2のアニールの温度は、前記結晶化アニールの温度より低いことができる。
In the method for manufacturing a piezoelectric element according to the present invention,
The step (b)
Applying a precursor solution of the piezoelectric layer above the first electrode;
Performing crystallization annealing of the precursor solution;
Have
The temperature of the second annealing may be lower than the temperature of the crystallization annealing.

本発明にかかる圧電素子の製造方法において、
前記工程(c)と(d)との間に、
第3のアニールを行う工程をさらに含むことができる。
In the method for manufacturing a piezoelectric element according to the present invention,
Between the steps (c) and (d),
The method may further include performing a third annealing.

本発明にかかる圧電素子の製造方法において、
前記工程(b)は、
前記圧電体層の前駆体溶液を前記第1電極の上方に塗布する工程と、
前記前駆体溶液の結晶化アニールを行う工程と、
を有し、
前記第3のアニールの温度は、前記結晶化アニールの温度より低いことができる。
In the method for manufacturing a piezoelectric element according to the present invention,
The step (b)
Applying a precursor solution of the piezoelectric layer above the first electrode;
Performing crystallization annealing of the precursor solution;
Have
The temperature of the third annealing may be lower than the temperature of the crystallization annealing.

本発明にかかる圧電素子の製造方法において、
前記工程(b)は、
前記圧電体層の前駆体溶液を前記第1電極の上方に塗布する工程と、
前記前駆体溶液の結晶化アニールを行う工程と、
を有し、
前記工程(b)と(c)との間に、
第4のアニールを行う工程をさらに含むことができる。
In the method for manufacturing a piezoelectric element according to the present invention,
The step (b)
Applying a precursor solution of the piezoelectric layer above the first electrode;
Performing crystallization annealing of the precursor solution;
Have
Between the steps (b) and (c),
The method may further include performing a fourth annealing.

本発明にかかる圧電素子の製造方法において、
前記工程(b)は、
前記圧電体層の前駆体溶液を前記第1電極の上方に塗布する工程と、
前記前駆体溶液の結晶化アニールを行う工程と、
を有し、
前記第4のアニールの温度は、前記結晶化アニールの温度より低いことができる。
In the method for manufacturing a piezoelectric element according to the present invention,
The step (b)
Applying a precursor solution of the piezoelectric layer above the first electrode;
Performing crystallization annealing of the precursor solution;
Have
The temperature of the fourth annealing may be lower than the temperature of the crystallization annealing.

本発明にかかる圧電素子の製造方法において、
前記第1のアニールは、酸素雰囲気で行われることができる。
In the method for manufacturing a piezoelectric element according to the present invention,
The first annealing may be performed in an oxygen atmosphere.

本発明にかかるインクジェット式記録ヘッドは、上述した製造方法により製造された圧電素子を含む。   An ink jet recording head according to the present invention includes a piezoelectric element manufactured by the manufacturing method described above.

本発明にかかるインクジェットプリンターは、上述したインクジェット式記録ヘッドを含む。   An ink jet printer according to the present invention includes the ink jet recording head described above.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

1.圧電素子の製造方法
本実施の形態にかかる圧電素子100の製造方法について説明する。本実施の形態にかかる圧電素子100は、インクジェット式記録ヘッド1000に適用される。図1は、圧電素子100の製造方法を示すフローチャートである。図2〜図14は、本発明の実施形態にかかる圧電素子100およびインクジェット式記録ヘッド1000の製造方法を模式的に示す断面図である。図示した構造は、インクジェット式記録ヘッド1000の要部である圧電動作によって変形する部分、すなわち、圧電素子100(図13、図14参照)を中心として描いてある。ここでは説明の便宜のために、単純な例を示すのであり、本実施形態の構造は、ここで示す構造に限定されるものではない。
1. Method for Manufacturing Piezoelectric Element A method for manufacturing the piezoelectric element 100 according to the present embodiment will be described. The piezoelectric element 100 according to the present embodiment is applied to an ink jet recording head 1000. FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing the piezoelectric element 100. 2 to 14 are cross-sectional views schematically showing a method for manufacturing the piezoelectric element 100 and the ink jet recording head 1000 according to the embodiment of the present invention. The illustrated structure is drawn around a portion that is deformed by a piezoelectric operation, which is a main part of the ink jet recording head 1000, that is, the piezoelectric element 100 (see FIGS. 13 and 14). Here, for convenience of explanation, a simple example is shown, and the structure of the present embodiment is not limited to the structure shown here.

(1)まず、図2に示すように、基体の一部としての基板10を準備する(ステップS100)。基板10は、たとえばシリコン層12および酸化物層14を有する。酸化物層14は、シリコン層12の上部に酸化処理を施すことによって設けられた酸化シリコンであってもよいし、シリコン層12の上面に公知の方法によって新たに設けられた酸化シリコンその他の酸化物であってもよい。酸化物層14は、熱酸化処理などによって設けることができる。あるいは、基板10の上部に酸化物層14を別途設ける場合は、蒸着、スパッタ等の公知の方法によることができる。   (1) First, as shown in FIG. 2, a substrate 10 as a part of a base is prepared (step S100). The substrate 10 has, for example, a silicon layer 12 and an oxide layer 14. The oxide layer 14 may be silicon oxide provided by oxidizing the upper portion of the silicon layer 12, or silicon oxide or other oxidation newly provided on the upper surface of the silicon layer 12 by a known method. It may be a thing. The oxide layer 14 can be provided by thermal oxidation treatment or the like. Alternatively, when the oxide layer 14 is separately provided on the upper portion of the substrate 10, a known method such as vapor deposition or sputtering can be used.

(2)次に、図3に示すように、基板10上に弾性体層20を形成する(ステップS100)。弾性体層20は、スパッタ法、真空蒸着、Chemical Vapor Deposition法(CVD法)などの公知の方法で形成することができる。弾性体層20の材質としては、たとえば、酸化ジルコニウム、窒化シリコン、酸化シリコンまたは、酸化アルミニウムなどが好適である。基板10の上面に酸化物層14を設けている場合、弾性体層20の材質は、酸化物層14の材質と同じ材質でも、異なる材質でもよい。たとえば、弾性体層20は、材質を酸化ジルコニウムとし、スパッタ法により、たとえば500nmの厚みに形成することができる。   (2) Next, as shown in FIG. 3, the elastic body layer 20 is formed on the substrate 10 (step S100). The elastic layer 20 can be formed by a known method such as a sputtering method, vacuum deposition, or a chemical vapor deposition method (CVD method). As a material of the elastic layer 20, for example, zirconium oxide, silicon nitride, silicon oxide, or aluminum oxide is suitable. When the oxide layer 14 is provided on the upper surface of the substrate 10, the material of the elastic body layer 20 may be the same as or different from the material of the oxide layer 14. For example, the elastic body layer 20 can be formed to a thickness of, for example, 500 nm by sputtering using a material of zirconium oxide.

(3)次に、図4に示すように、弾性体層20上に、下部電極層30(第1電極)を形成する(ステップS102)。下部電極層30の形成は、スパッタ法、真空蒸着、CVD法などの公知の方法でおこなうことができる。下部電極層30の材質は、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物(たとえば酸化イリジウムなど)、SrRuOやLaNiOといった複合酸化物など、を用いることができる。また、下部電極層30は、前記例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。たとえば、下部電極層30は、材質を白金とし、スパッタ法により、たとえば100nmの厚みに形成することができる。 (3) Next, as shown in FIG. 4, the lower electrode layer 30 (first electrode) is formed on the elastic body layer 20 (step S102). The lower electrode layer 30 can be formed by a known method such as sputtering, vacuum deposition, or CVD. As the material of the lower electrode layer 30, various metals such as nickel, iridium, and platinum, conductive oxides thereof (for example, iridium oxide), composite oxides such as SrRuO 3 and LaNiO 3 , and the like can be used. Further, the lower electrode layer 30 may be a single layer of the exemplified materials or a structure in which a plurality of materials are stacked. For example, the lower electrode layer 30 is made of platinum and can be formed to a thickness of, for example, 100 nm by sputtering.

(4)次に、図5に示すように、下部電極層30上に、圧電体層40を形成する(ステップS104)。圧電体層40は、ゾル−ゲル法、有機金属熱塗布分解法(MOD法)等の液相法やCVD法を用いて形成される。圧電体層40の材質は、鉛、ジルコニウム、チタンを構成元素として含む酸化物とすることができる。すなわち、チタン酸ジルコン酸鉛(以下、PZTという)は、圧電性能が良好なため、圧電体層40の材質として好適である。たとえば、ゾル−ゲル法を用いる場合には、Pb、Zr、およびTiをそれぞれ含有する有機金属化合物を溶媒に溶解させた溶液を下部電極層30上に塗布し、その後、乾燥工程および脱脂工程、および結晶化アニール工程を経ることにより、圧電体層40を形成することができる。乾燥工程は、たとえば100℃〜200℃程度で行うことができる。脱脂工程は、たとえば300℃〜400℃程度で行うことができる。結晶化アニールは、たとえば600℃〜800℃程度で行うことができる。以上の一連の工程を繰り返すことにより、所望の膜厚の圧電体層40を得ることができる。圧電体層40の膜厚は、たとえば50nm〜1500nmであることができる。   (4) Next, as shown in FIG. 5, the piezoelectric layer 40 is formed on the lower electrode layer 30 (step S104). The piezoelectric layer 40 is formed using a liquid phase method such as a sol-gel method or a metal organic thermal coating decomposition method (MOD method) or a CVD method. The material of the piezoelectric layer 40 can be an oxide containing lead, zirconium, and titanium as constituent elements. That is, lead zirconate titanate (hereinafter referred to as PZT) is suitable as a material for the piezoelectric layer 40 because of its good piezoelectric performance. For example, when using the sol-gel method, a solution in which an organometallic compound containing Pb, Zr, and Ti is dissolved in a solvent is applied on the lower electrode layer 30, and then a drying step and a degreasing step, Then, the piezoelectric layer 40 can be formed through the crystallization annealing process. A drying process can be performed at about 100 to 200 degreeC, for example. A degreasing process can be performed at about 300 to 400 degreeC, for example. Crystallization annealing can be performed at about 600 ° C. to 800 ° C., for example. By repeating the above series of steps, the piezoelectric layer 40 having a desired film thickness can be obtained. The film thickness of the piezoelectric layer 40 can be, for example, 50 nm to 1500 nm.

(5)次に、図6に示すように、圧電体層40上に、上部電極層50(第2電極)を形成する(ステップS106)。上部電極層50の形成は、スパッタ法、真空蒸着、CVD法などの公知の方法でおこなうことができる。上部電極層50の材質は、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物(たとえば酸化イリジウムなど)、SrRuOやLaNiOといった複合酸化物など、を用いることができる。また、上部電極層50は、前記例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。たとえば、上部電極層50は、材質を白金とし、スパッタ法により、たとえば100nmの厚みに形成することができる。このようにして、下部電極層30、圧電体層40、および上部電極層50からなるキャパシタ構造部60を形成することができる。 (5) Next, as shown in FIG. 6, the upper electrode layer 50 (second electrode) is formed on the piezoelectric layer 40 (step S106). The upper electrode layer 50 can be formed by a known method such as sputtering, vacuum deposition, or CVD. As the material of the upper electrode layer 50, various metals such as nickel, iridium and platinum, conductive oxides thereof (for example, iridium oxide, etc.), composite oxides such as SrRuO 3 and LaNiO 3 , and the like can be used. Further, the upper electrode layer 50 may be a single layer of the exemplified materials or a structure in which a plurality of materials are stacked. For example, the upper electrode layer 50 is made of platinum and can be formed to a thickness of, for example, 100 nm by sputtering. In this way, the capacitor structure 60 including the lower electrode layer 30, the piezoelectric layer 40, and the upper electrode layer 50 can be formed.

(6)次に、図7に示すように、強誘電体層40および上部電極層50をパターニングすることにより、所定の形状の強誘電体層42および上部電極層52と下部電極層30とを含むキャパシタ構造部62を形成する(ステップS108)。パターニングは、公知のフォトリソグラフィ技術およびドライエッチングまたはイオンミリング等によっておこなうことができる。   (6) Next, as shown in FIG. 7, by patterning the ferroelectric layer 40 and the upper electrode layer 50, the ferroelectric layer 42, the upper electrode layer 52, and the lower electrode layer 30 having predetermined shapes are formed. The capacitor structure part 62 including it is formed (step S108). The patterning can be performed by a known photolithography technique and dry etching or ion milling.

(7)次に、図8に示すように、キャパシタ構造部62の上面および側面に保護膜70を形成する(ステップS110)。保護膜70の成膜方法としては、公知のスパッタ法、CVD法などを用いることができる。保護膜70の材質としては、たとえば酸化アルミニウムや酸化シリコンを用いることができる。   (7) Next, as shown in FIG. 8, a protective film 70 is formed on the upper surface and side surfaces of the capacitor structure 62 (step S110). As a method for forming the protective film 70, a known sputtering method, CVD method, or the like can be used. As a material of the protective film 70, for example, aluminum oxide or silicon oxide can be used.

(8)次に、図9に示すように、保護膜70をパターニングする(ステップS112)。パターニングは、たとえば、上部電極層52の上面を露出するために行われる。保護膜70をパターニングすることによって、保護膜70の上方に形成される配線膜80と、上部電極層52とを電気的に接続させることができる。パターニングは、公知のフォトリソグラフィ技術およびドライエッチングまたはイオンミリング等によっておこなうことができる。   (8) Next, as shown in FIG. 9, the protective film 70 is patterned (step S112). The patterning is performed to expose the upper surface of the upper electrode layer 52, for example. By patterning the protective film 70, the wiring film 80 formed above the protective film 70 and the upper electrode layer 52 can be electrically connected. The patterning can be performed by a known photolithography technique and dry etching or ion milling.

(9)次に、アニール(第1のアニール)を行う(ステップS114)。アニールは、たとえば拡散炉またはRTA装置を用いて行うことができる。拡散炉を用いることにより、基体10表面を均一に加熱することができる。アニールの温度は、たとえば450℃〜600℃であることができ、上述した圧電体層40を形成する際の結晶化アニールの温度より低いことが好ましい。また、アニールは、酸素雰囲気において行われる。酸素雰囲気において加熱することにより、圧電体層42の酸素欠損が補われ、結晶性を良好に回復することができる。また、アニールは、窒素雰囲気等の不活性なガス雰囲気で行われてもよい。アニールは、拡散炉を用いた場合、たとえば30分〜60分程度行われる。   (9) Next, annealing (first annealing) is performed (step S114). Annealing can be performed using, for example, a diffusion furnace or an RTA apparatus. By using the diffusion furnace, the surface of the substrate 10 can be heated uniformly. The annealing temperature can be 450 ° C. to 600 ° C., for example, and is preferably lower than the crystallization annealing temperature when forming the piezoelectric layer 40 described above. Further, annealing is performed in an oxygen atmosphere. By heating in an oxygen atmosphere, oxygen vacancies in the piezoelectric layer 42 are compensated, and the crystallinity can be recovered satisfactorily. Also, the annealing may be performed in an inert gas atmosphere such as a nitrogen atmosphere. Annealing is performed, for example, for about 30 to 60 minutes when a diffusion furnace is used.

(10)次に、図10に示すように、配線膜80を形成する(ステップS116)。配線膜80の形成は、スパッタ法、真空蒸着、CVD法などの公知の方法でおこなうことができる。配線膜80の材質は、ニッケル、クロム、金などの各種の金属またはこれらの化合物を用いることができる。また、配線膜80は、前記例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。たとえば、配線膜80は、ニッケルクロムと、その上に金が積層されたものであることができる。   (10) Next, as shown in FIG. 10, a wiring film 80 is formed (step S116). The formation of the wiring film 80 can be performed by a known method such as sputtering, vacuum deposition, or CVD. As the material of the wiring film 80, various metals such as nickel, chromium, gold, or a compound thereof can be used. Further, the wiring film 80 may be a single layer of the exemplified materials or a structure in which a plurality of materials are stacked. For example, the wiring film 80 can be made of nickel chrome and gold laminated thereon.

(11)次に、図11に示すように、配線膜80をパターニングして(ステップS116)、配線膜82を形成する。パターニングは、公知のフォトリソグラフィ技術およびドライエッチングまたはイオンミリング等によっておこなうことができる。配線膜80をパターニングすることにより、複数のキャパシタ構造部62を互いに断線させることができ、キャパシタ構造部62毎に異なる動作を可能とすることができる。   (11) Next, as shown in FIG. 11, the wiring film 80 is patterned (step S <b> 116) to form the wiring film 82. The patterning can be performed by a known photolithography technique and dry etching or ion milling. By patterning the wiring film 80, the plurality of capacitor structure portions 62 can be disconnected from each other, and different operations can be performed for each capacitor structure portion 62.

(12)次に、図12に示すように、封止板90を基体10の上方に固定する(ステップS118)。封止板90は、キャパシタ構造部62を封止し、かつ基板10、弾性体層20、キャパシタ構造部62を支持することができる。封止板90は、たとえばシリコン等の材質からなることができる。封止板90は、キャパシタ構造部62と接触するように固定されてもよいし、接触しないように固定されていてもよい。   (12) Next, as shown in FIG. 12, the sealing plate 90 is fixed above the base 10 (step S118). The sealing plate 90 can seal the capacitor structure 62 and can support the substrate 10, the elastic body layer 20, and the capacitor structure 62. The sealing plate 90 can be made of a material such as silicon. The sealing plate 90 may be fixed so as to be in contact with the capacitor structure portion 62 or may be fixed so as not to be in contact.

(13)次に、図13に示すように、基板10に圧力発生室16を形成する(ステップS120)。圧力発生室16は、基板10の下面から、公知の異方性エッチング技術を用いて凹状の孔を形成することにより得られる。   (13) Next, as shown in FIG. 13, the pressure generating chamber 16 is formed in the substrate 10 (step S120). The pressure generating chamber 16 is obtained by forming a concave hole from the lower surface of the substrate 10 using a known anisotropic etching technique.

その後、図14に示すように、基板10の下にノズルプレート18を接合する。ノズルプレート18は、開口部を有するステンレス板などを用いることができる。圧力発生室16は、基板10にキャパシタ構造部62に対応して、その下方に形成される。圧力発生室16は、インクジェット式記録ヘッド1000が駆動する際、液体が満たされる。圧力発生室16に満たされた液体は、圧電素子100の動作により加圧される。圧力発生室16は、前記圧力により、ノズルプレート18の開口部を通じて、前記液体を吐出させる機能を有する。   Thereafter, as shown in FIG. 14, the nozzle plate 18 is bonded under the substrate 10. As the nozzle plate 18, a stainless plate having an opening can be used. The pressure generation chamber 16 is formed below the substrate 10 corresponding to the capacitor structure 62. The pressure generating chamber 16 is filled with liquid when the ink jet recording head 1000 is driven. The liquid filled in the pressure generating chamber 16 is pressurized by the operation of the piezoelectric element 100. The pressure generating chamber 16 has a function of discharging the liquid through the opening of the nozzle plate 18 by the pressure.

以上の工程により、圧電素子100を有するインクジェット式記録ヘッド1000を製造することができる。本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド1000の製造方法によれば、保護膜72の形成後にアニールを行っている(ステップS114)ため、上部電極層50および圧電体層40のエッチングの際、ならびに保護膜70の成膜およびエッチングの際にキャパシタ構造部62が受けたダメージを回復することができる。さらに、本実施の形態では、保護膜70のパターニング後にアニールを行っていることから、熱が保護膜72の内側のキャパシタ構造部62に伝わりやすく、効率的にダメージを回復させることができる。   Through the above steps, the ink jet recording head 1000 having the piezoelectric element 100 can be manufactured. According to the method of manufacturing the ink jet recording head 1000 according to the present embodiment, annealing is performed after the formation of the protective film 72 (step S114). Therefore, when the upper electrode layer 50 and the piezoelectric layer 40 are etched, The damage received by the capacitor structure 62 during the formation and etching of the protective film 70 can be recovered. Furthermore, in this embodiment, since annealing is performed after the protective film 70 is patterned, heat is easily transferred to the capacitor structure 62 inside the protective film 72, and damage can be efficiently recovered.

2.変形例
次に変形例にかかるインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。
2. Modified Example Next, a method for manufacturing an ink jet recording head according to a modified example will be described.

2.1.第1の変形例
図15は、第1の変形例にかかるインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。第1の変形例にかかるインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、保護膜70のパターニング前にアニールを行う工程をさらに含む点で、上述したインクジェット式記録ヘッドの製造方法と異なる。具体的な製造工程は、以下のとおりである。
2.1. First Modification FIG. 15 is a flowchart showing a manufacturing process of an ink jet recording head according to a first modification. The manufacturing method of the ink jet recording head according to the first modification is different from the manufacturing method of the ink jet recording head described above in that it further includes a step of annealing before patterning of the protective film 70. The specific manufacturing process is as follows.

まず、上述した1.の工程(1)〜(7)を行う(ステップS200〜S210)。次に、アニール(第2のアニール)を行う(ステップS211)。アニールは、たとえば拡散炉またはRTA装置を用いて行うことができる。アニールは、拡散炉を用いた場合、たとえば30分〜60分程度行われる。拡散炉を用いることにより、基体10表面を均一に加熱することができる。アニールの温度は、たとえば450℃〜600℃であることができ、上述した圧電体層40を形成する際の結晶化アニールの温度より低いことが好ましい。また、アニールは、酸素雰囲気において行われる。酸素雰囲気において加熱することにより、圧電体層42の酸素欠損が補われ、結晶性を良好に回復することができる。また、アニールは、窒素雰囲気等の不活性なガス雰囲気で行われてもよい。   First, the above-described 1. Steps (1) to (7) are performed (steps S200 to S210). Next, annealing (second annealing) is performed (step S211). Annealing can be performed using, for example, a diffusion furnace or an RTA apparatus. Annealing is performed, for example, for about 30 to 60 minutes when a diffusion furnace is used. By using the diffusion furnace, the surface of the substrate 10 can be heated uniformly. The annealing temperature can be 450 ° C. to 600 ° C., for example, and is preferably lower than the crystallization annealing temperature when forming the piezoelectric layer 40 described above. Further, annealing is performed in an oxygen atmosphere. By heating in an oxygen atmosphere, oxygen vacancies in the piezoelectric layer 42 are compensated, and the crystallinity can be recovered satisfactorily. Also, the annealing may be performed in an inert gas atmosphere such as a nitrogen atmosphere.

次に、上述した1.の工程(8)〜(13)を行う(ステップS212〜S220)ことにより、インクジェット式記録ヘッドを製造することができる。   Next, the above-described 1. By performing the steps (8) to (13) (steps S212 to S220), an ink jet recording head can be manufactured.

ステップS211のアニールを行うことにより、上部電極層50および圧電体層40のエッチングの際、ならびに保護膜70の成膜の際にキャパシタ構造部62が受けたダメージを回復することができる。   By performing the annealing in step S211, damage received by the capacitor structure 62 when the upper electrode layer 50 and the piezoelectric layer 40 are etched and when the protective film 70 is formed can be recovered.

2.2.第2の変形例
図16は、第2の変形例にかかるインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。第2の変形例にかかるインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、保護膜70のパターニング前にアニールを行う工程と、上部電極層50の成膜後にアニールを行う工程と、をさらに含む点で、上述したインクジェット式記録ヘッドの製造方法と異なる。具体的な製造工程は、以下のとおりである。
2.2. Second Modification FIG. 16 is a flowchart showing a manufacturing process of an ink jet recording head according to a second modification. The method for manufacturing the ink jet recording head according to the second modification example is further described above in that it further includes a step of annealing before patterning the protective film 70 and a step of performing annealing after the upper electrode layer 50 is formed. This is different from the manufacturing method of the ink jet recording head. The specific manufacturing process is as follows.

まず、上述した1.の工程(1)〜(5)を行う(ステップS300〜S306)。   First, the above-described 1. Steps (1) to (5) are performed (steps S300 to S306).

次に、アニール(第3のアニール)を行う(ステップS307)。アニールは、たとえば拡散炉またはRTA装置を用いて行うことができる。アニールは、拡散炉を用いた場合、たとえば60分〜180分程度行われる。拡散炉を用いることにより、基体10表面を均一に加熱することができる。アニールの温度は、たとえば300℃〜800℃であることができ、上述した圧電体層40を形成する際の結晶化アニールの温度より低いことが好ましい。このような温度でアニールを行うことにより、より確実に圧電体層40の結晶性を良好な状態に回復することができる。また、アニールは、酸素雰囲気において行われてもよいし、窒素雰囲気等の不活性なガス雰囲気で行われてもよい。   Next, annealing (third annealing) is performed (step S307). Annealing can be performed using, for example, a diffusion furnace or an RTA apparatus. Annealing is performed, for example, for about 60 to 180 minutes when a diffusion furnace is used. By using the diffusion furnace, the surface of the substrate 10 can be heated uniformly. The annealing temperature can be, for example, 300 ° C. to 800 ° C., and is preferably lower than the crystallization annealing temperature when forming the piezoelectric layer 40 described above. By performing annealing at such a temperature, the crystallinity of the piezoelectric layer 40 can be more reliably recovered to a good state. Further, the annealing may be performed in an oxygen atmosphere or in an inert gas atmosphere such as a nitrogen atmosphere.

次に、上述した1.の工程(6)、(7)を行う(ステップS308〜S310)。次に、アニール(第2のアニール)を行う(ステップS311)。アニールは、たとえば拡散炉またはRTA装置を用いて行うことができる。アニールは、拡散炉を用いた場合、たとえば30分〜60分程度行われる。拡散炉を用いることにより、基体10表面を均一に加熱することができる。アニールの温度は、たとえば450℃〜600℃であることができ、上述した圧電体層40を形成する際の結晶化アニールの温度より低いことが好ましい。また、アニールは、酸素雰囲気において行われる。酸素雰囲気において加熱することにより、圧電体層42の酸素欠損が補われ、結晶性を良好な状態に回復することができる。また、アニールは、窒素雰囲気等の不活性なガス雰囲気で行われてもよい。   Next, the above-described 1. Steps (6) and (7) are performed (steps S308 to S310). Next, annealing (second annealing) is performed (step S311). Annealing can be performed using, for example, a diffusion furnace or an RTA apparatus. Annealing is performed, for example, for about 30 to 60 minutes when a diffusion furnace is used. By using the diffusion furnace, the surface of the substrate 10 can be heated uniformly. The annealing temperature can be 450 ° C. to 600 ° C., for example, and is preferably lower than the crystallization annealing temperature when forming the piezoelectric layer 40 described above. Further, annealing is performed in an oxygen atmosphere. By heating in an oxygen atmosphere, oxygen vacancies in the piezoelectric layer 42 are compensated, and the crystallinity can be recovered to a good state. Also, the annealing may be performed in an inert gas atmosphere such as a nitrogen atmosphere.

次に、上述した1.の工程(8)〜(13)を行う(ステップS312〜S320)ことにより、インクジェット式記録ヘッドを製造することができる。   Next, the above-described 1. By performing the steps (8) to (13) (steps S312 to S320), an ink jet recording head can be manufactured.

ステップS311のアニールを行うことにより、上部電極層50および圧電体層40のエッチングの際、ならびに保護膜70の成膜の際にキャパシタ構造部62が受けたダメージを回復することができる。またステップS307のアニールを行うことにより、圧電体層40の酸素欠損を補うことができる。   By performing the annealing in step S311, damage received by the capacitor structure 62 when the upper electrode layer 50 and the piezoelectric layer 40 are etched and when the protective film 70 is formed can be recovered. Moreover, the oxygen deficiency of the piezoelectric layer 40 can be compensated by performing the annealing in step S307.

2.3.第3の変形例
図17は、第3の変形例にかかるインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。第3の変形例にかかるインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、保護膜70のパターニング前にアニールを行う工程と、上部電極層50の成膜後にアニールを行う工程と、圧電体層40の成膜後にアニールを行う工程と、をさらに含む点で、上述したインクジェット式記録ヘッドの製造方法と異なる。具体的な製造工程は、以下のとおりである。
2.3. Third Modification FIG. 17 is a flowchart showing a manufacturing process of an ink jet recording head according to a third modification. The manufacturing method of the ink jet recording head according to the third modification includes a step of annealing before patterning of the protective film 70, a step of annealing after film formation of the upper electrode layer 50, and a film formation of the piezoelectric layer 40. It differs from the above-described method for manufacturing an ink jet recording head in that it further includes a step of performing annealing later. The specific manufacturing process is as follows.

まず、上述した1.の工程(1)〜(4)を行う(ステップS400〜S404)。   First, the above-described 1. Steps (1) to (4) are performed (steps S400 to S404).

次に、アニール(第4のアニール)を行う(ステップS405)。アニールは、たとえば拡散炉またはRTA装置を用いて行うことができる。アニールは、拡散炉を用いた場合、たとえば60分〜180分程度行われる。拡散炉を用いることにより、基体10表面を均一に加熱することができる。アニールの温度は、たとえば300℃〜800℃であることができ、上述した圧電体層40を形成する際の結晶化アニールの温度より低いことが好ましい。このような温度でアニールを行うことにより、より確実に圧電体層40の結晶性を良好な状態に回復することができる。また、アニールは、酸素雰囲気において行われてもよいし、窒素雰囲気等の不活性なガス雰囲気で行われてもよい。   Next, annealing (fourth annealing) is performed (step S405). Annealing can be performed using, for example, a diffusion furnace or an RTA apparatus. Annealing is performed, for example, for about 60 to 180 minutes when a diffusion furnace is used. By using the diffusion furnace, the surface of the substrate 10 can be heated uniformly. The annealing temperature can be, for example, 300 ° C. to 800 ° C., and is preferably lower than the crystallization annealing temperature when forming the piezoelectric layer 40 described above. By performing annealing at such a temperature, the crystallinity of the piezoelectric layer 40 can be more reliably recovered to a good state. Further, the annealing may be performed in an oxygen atmosphere or in an inert gas atmosphere such as a nitrogen atmosphere.

次に、上述した1.の工程(5)を行う(ステップS406)。次に、アニール(第3のアニール)を行う(ステップS407)。アニールは、たとえば拡散炉またはRTA装置を用いて行うことができる。アニールは、拡散炉を用いた場合、たとえば60分〜180分程度行われる。拡散炉を用いることにより、基体10表面を均一に加熱することができる。アニールの温度は、たとえば300℃〜800℃であることができ、上述した圧電体層40を形成する際の結晶化アニールの温度より低いことが好ましい。このような温度でアニールを行うことにより、より確実に圧電体層40の結晶性を良好な状態に回復することができる。また、アニールは、酸素雰囲気において行われてもよいし、窒素雰囲気等の不活性なガス雰囲気で行われてもよい。   Next, the above-described 1. Step (5) is performed (step S406). Next, annealing (third annealing) is performed (step S407). Annealing can be performed using, for example, a diffusion furnace or an RTA apparatus. Annealing is performed, for example, for about 60 to 180 minutes when a diffusion furnace is used. By using the diffusion furnace, the surface of the substrate 10 can be heated uniformly. The annealing temperature can be, for example, 300 ° C. to 800 ° C., and is preferably lower than the crystallization annealing temperature when forming the piezoelectric layer 40 described above. By performing annealing at such a temperature, the crystallinity of the piezoelectric layer 40 can be more reliably recovered to a good state. Further, the annealing may be performed in an oxygen atmosphere or in an inert gas atmosphere such as a nitrogen atmosphere.

次に、上述した1.の工程(6)、(7)を行う(ステップS308〜S310)。次に、アニール(第2のアニール)を行う(ステップS411)。アニールは、たとえば拡散炉またはRTA装置を用いて行うことができる。アニールは、拡散炉を用いた場合、たとえば30分〜60分程度行われる。拡散炉を用いることにより、基体10表面を均一に加熱することができる。アニールの温度は、たとえば450℃〜600℃であることができ、上述した圧電体層40を形成する際の結晶化アニールの温度より低いことが好ましい。また、アニールは、酸素雰囲気において行われる。酸素雰囲気において加熱することにより、圧電体層42の酸素欠損が補われ、結晶性を良好な状態に回復することができる。また、アニールは、窒素雰囲気等の不活性なガス雰囲気で行われてもよい。   Next, the above-described 1. Steps (6) and (7) are performed (steps S308 to S310). Next, annealing (second annealing) is performed (step S411). Annealing can be performed using, for example, a diffusion furnace or an RTA apparatus. Annealing is performed, for example, for about 30 to 60 minutes when a diffusion furnace is used. By using the diffusion furnace, the surface of the substrate 10 can be heated uniformly. The annealing temperature can be 450 ° C. to 600 ° C., for example, and is preferably lower than the crystallization annealing temperature when forming the piezoelectric layer 40 described above. Further, annealing is performed in an oxygen atmosphere. By heating in an oxygen atmosphere, oxygen vacancies in the piezoelectric layer 42 are compensated, and the crystallinity can be recovered to a good state. Also, the annealing may be performed in an inert gas atmosphere such as a nitrogen atmosphere.

次に、上述した1.の工程(8)〜(13)を行う(ステップS412〜S420)ことにより、インクジェット式記録ヘッドを製造することができる。   Next, the above-described 1. By performing the steps (8) to (13) (steps S412 to S420), an ink jet recording head can be manufactured.

ステップS411のアニールを行うことにより、上部電極層50および圧電体層40のエッチングの際、ならびに保護膜70の成膜の際にキャパシタ構造部62が受けたダメージを回復することができる。またステップS407のアニールおよびステップS405のアニールを行うことにより、圧電体層40の酸素欠損を補うことができる。   By performing the annealing in step S411, it is possible to recover the damage received by the capacitor structure 62 when the upper electrode layer 50 and the piezoelectric layer 40 are etched and when the protective film 70 is formed. Further, the oxygen deficiency in the piezoelectric layer 40 can be compensated by performing the annealing in step S407 and the annealing in step S405.

3.実験例
3.1.圧電素子の変位量分布および変位量の低下率
圧電素子の変位量分布および変位量の低下率を調べた。変位量を測定するためのサンプルは以下のように作製した。
3. Experimental Example 3.1. Displacement distribution of piezoelectric element and rate of decrease of displacement The displacement distribution of piezoelectric element and the rate of decrease of displacement were investigated. A sample for measuring the amount of displacement was prepared as follows.

3.1.1.サンプル1の作製
まず、シリコン基板を準備し、弾性体層として酸化ジルコニウムをスパッタ法によりシリコン基板上に成膜した。次いで、白金からなる下部電極層を弾性体層上にスパッタ法により成膜した。次に、PZTからなる圧電体層を下部電極層上にゾルゲル法により成膜した。ここで結晶化アニールは、700℃程度で行った。
3.1.1. Preparation of Sample 1 First, a silicon substrate was prepared, and zirconium oxide as an elastic layer was formed on the silicon substrate by sputtering. Next, a lower electrode layer made of platinum was formed on the elastic layer by sputtering. Next, a piezoelectric layer made of PZT was formed on the lower electrode layer by a sol-gel method. Here, the crystallization annealing was performed at about 700 ° C.

次に、白金からなる上部電極層を圧電体層上にスパッタ法により成膜した。次いで上部電極層上に所定の形状のフォトレジストを形成し、そのフォトレジストをマスクとしてドライエッチングを行い、上部電極層および圧電体層のパターニングを行った。次いで、酸化アルミニウムからなる保護膜を成膜して、その上に所定の形状のフォトレジストを形成し、そのフォトレジストをマスクとしてドライエッチングを行った。   Next, an upper electrode layer made of platinum was formed on the piezoelectric layer by sputtering. Next, a photoresist having a predetermined shape was formed on the upper electrode layer, dry etching was performed using the photoresist as a mask, and the upper electrode layer and the piezoelectric layer were patterned. Next, a protective film made of aluminum oxide was formed, a photoresist having a predetermined shape was formed thereon, and dry etching was performed using the photoresist as a mask.

次にシリコン基板を拡散炉に入れてアニール(第1のアニール)を行った。アニールは、550℃で1時間行った。次いで、配線膜をスパッタ法により成膜して、パターニングを行い、サンプル1を作製した。   Next, the silicon substrate was placed in a diffusion furnace and annealed (first anneal). Annealing was performed at 550 ° C. for 1 hour. Next, a wiring film was formed by sputtering and patterned to prepare Sample 1.

3.1.2.サンプル2の作製
まず、シリコン基板を準備し、弾性体層として酸化ジルコニウムをスパッタ法によりシリコン基板上に成膜した。次いで、白金からなる下部電極層を弾性体層上にスパッタ法により成膜した。次に、PZTからなる圧電体層を下部電極層上にゾルゲル法により成膜した。ここで結晶化アニールは、700℃程度で行った。
3.1.2. Preparation of Sample 2 First, a silicon substrate was prepared, and zirconium oxide as an elastic layer was formed on the silicon substrate by sputtering. Next, a lower electrode layer made of platinum was formed on the elastic layer by sputtering. Next, a piezoelectric layer made of PZT was formed on the lower electrode layer by a sol-gel method. Here, the crystallization annealing was performed at about 700 ° C.

次に、白金からなる上部電極層を圧電体層上にスパッタ法により成膜した。次いで上部電極層上に所定の形状のフォトレジストを形成し、そのフォトレジストをマスクとしてドライエッチングを行い、上部電極層および圧電体層のパターニングを行った。次いで、酸化アルミニウムからなる保護膜を成膜した。次にシリコン基板を拡散炉に入れてアニール(第2のアニール)を行った。アニールは、550℃で1時間行った。次に、保護膜上に所定の形状のフォトレジストを形成し、そのフォトレジストをマスクとしてドライエッチングを行った。   Next, an upper electrode layer made of platinum was formed on the piezoelectric layer by sputtering. Next, a photoresist having a predetermined shape was formed on the upper electrode layer, dry etching was performed using the photoresist as a mask, and the upper electrode layer and the piezoelectric layer were patterned. Next, a protective film made of aluminum oxide was formed. Next, the silicon substrate was placed in a diffusion furnace and annealed (second anneal). Annealing was performed at 550 ° C. for 1 hour. Next, a photoresist having a predetermined shape was formed on the protective film, and dry etching was performed using the photoresist as a mask.

次いで、配線膜をスパッタ法により成膜して、パターニングを行い、サンプル2を作製した。   Next, a wiring film was formed by sputtering and patterned to prepare Sample 2.

3.1.3.サンプル3の作製
まず、シリコン基板を準備し、弾性体層として酸化ジルコニウムをスパッタ法によりシリコン基板上に成膜した。次いで、白金からなる下部電極層を弾性体層上にスパッタ法により成膜した。次に、PZTからなる圧電体層を下部電極層上にゾルゲル法により成膜した。ここで結晶化アニールは、700℃程度で行った。
3.1.3. Preparation of Sample 3 First, a silicon substrate was prepared, and zirconium oxide was formed as an elastic layer on the silicon substrate by sputtering. Next, a lower electrode layer made of platinum was formed on the elastic layer by sputtering. Next, a piezoelectric layer made of PZT was formed on the lower electrode layer by a sol-gel method. Here, the crystallization annealing was performed at about 700 ° C.

次にシリコン基板を拡散炉に入れてアニール(第4のアニール)を行った。アニールは、700℃で3時間行った。   Next, the silicon substrate was placed in a diffusion furnace and annealed (fourth anneal). Annealing was performed at 700 ° C. for 3 hours.

次に、白金からなる上部電極層を圧電体層上にスパッタ法により成膜した。次いで上部電極層上に所定の形状のフォトレジストを形成し、そのフォトレジストをマスクとしてドライエッチングを行い、上部電極層および圧電体層のパターニングを行った。次いで、酸化アルミニウムからなる保護膜を成膜した。次に、保護膜上に所定の形状のフォトレジストを形成し、そのフォトレジストをマスクとしてドライエッチングを行った。   Next, an upper electrode layer made of platinum was formed on the piezoelectric layer by sputtering. Next, a photoresist having a predetermined shape was formed on the upper electrode layer, dry etching was performed using the photoresist as a mask, and the upper electrode layer and the piezoelectric layer were patterned. Next, a protective film made of aluminum oxide was formed. Next, a photoresist having a predetermined shape was formed on the protective film, and dry etching was performed using the photoresist as a mask.

次いで、配線膜をスパッタ法により成膜して、パターニングを行い、サンプル3を作製した。   Next, a wiring film was formed by sputtering and patterned to prepare Sample 3.

3.1.4.サンプル4の作製
まず、シリコン基板を準備し、弾性体層として酸化ジルコニウムをスパッタ法によりシリコン基板上に成膜した。次いで、白金からなる下部電極層を弾性体層上にスパッタ法により成膜した。次に、PZTからなる圧電体層を下部電極層上にゾルゲル法により成膜した。ここで結晶化アニールは、700℃程度で行った。
3.1.4. Preparation of Sample 4 First, a silicon substrate was prepared, and zirconium oxide was formed as an elastic layer on the silicon substrate by sputtering. Next, a lower electrode layer made of platinum was formed on the elastic layer by sputtering. Next, a piezoelectric layer made of PZT was formed on the lower electrode layer by a sol-gel method. Here, the crystallization annealing was performed at about 700 ° C.

次に、白金からなる上部電極層を圧電体層上にスパッタ法により成膜した。次いで上部電極層上に所定の形状のフォトレジストを形成し、そのフォトレジストをマスクとしてドライエッチングを行い、上部電極層および圧電体層のパターニングを行った。次いで、酸化アルミニウムからなる保護膜を成膜した。次に、保護膜上に所定の形状のフォトレジストを形成し、そのフォトレジストをマスクとしてドライエッチングを行った。   Next, an upper electrode layer made of platinum was formed on the piezoelectric layer by sputtering. Next, a photoresist having a predetermined shape was formed on the upper electrode layer, dry etching was performed using the photoresist as a mask, and the upper electrode layer and the piezoelectric layer were patterned. Next, a protective film made of aluminum oxide was formed. Next, a photoresist having a predetermined shape was formed on the protective film, and dry etching was performed using the photoresist as a mask.

次いで、配線膜をスパッタ法により成膜して、パターニングを行い、サンプル4を作製した。   Next, a wiring film was formed by sputtering and patterned to prepare Sample 4.

3.1.5.変位量分布
以上のようにして作製したサンプル1〜サンプル4について、シリコン基板の面内方向における位置毎に変位量を測定した。その結果を図18に示す。図18において、縦軸は、各サンプルの変位量の最大値を1として規格化した値を示し、横軸は、基板上における測定位置を示す。
3.1.5. Displacement amount distribution About the sample 1-the sample 4 produced as mentioned above, the displacement amount was measured for every position in the in-plane direction of a silicon substrate. The result is shown in FIG. In FIG. 18, the vertical axis indicates a value normalized by setting the maximum displacement amount of each sample as 1, and the horizontal axis indicates a measurement position on the substrate.

図18によれば、サンプル1の変位量分布が最も面内均一性が高く、次いでサンプル2およびサンプル3の変位量分布が最も面内均一性が良好で、サンプル4の変位量分布が最も面内均一性が低いことが認められた。これによれば、保護膜のパターニング後にアニールを行うことによって、変位量の面内均一性が最も向上することが確認された。また保護膜形成後および圧電膜形成後にアニールを行うことによっても、変位量の面内均一性が向上することが確認された。   According to FIG. 18, the displacement amount distribution of sample 1 has the highest in-plane uniformity, then the displacement amount distributions of sample 2 and sample 3 have the best in-plane uniformity, and the displacement amount distribution of sample 4 has the highest surface displacement. It was confirmed that the internal uniformity was low. According to this, it was confirmed that the in-plane uniformity of the displacement amount was most improved by performing annealing after patterning of the protective film. It was also confirmed that the in-plane uniformity of the displacement amount was improved by performing annealing after forming the protective film and after forming the piezoelectric film.

3.1.6.変位量の低下率
サンプル1〜サンプル4について、信頼性試験(パルス耐久試験)を行うことにより変位量の低下率を測定した。信頼性試験においては、+15.5V→−2V→+33V→+8V→+15.5Vのパルスバイアスを、周波数50kHzで各サンプルに印加し、パルス回数が50億回、100億回、および190億回の時点で変位量を測定した。測定結果から、電圧を印加する前の変位量に対する低下率を算出した。その結果を図19に示す。
3.1.6. Decreasing rate of displacement amount With respect to Sample 1 to Sample 4, the decreasing rate of the displacement amount was measured by performing a reliability test (pulse durability test). In the reliability test, a pulse bias of + 15.5V → −2V → + 33V → + 8V → + 15.5V was applied to each sample at a frequency of 50 kHz, and the number of pulses was 5 billion, 10 billion, and 19 billion. The amount of displacement was measured at the time. From the measurement results, the rate of decrease with respect to the amount of displacement before voltage application was calculated. The result is shown in FIG.

図19によれば、サンプル4の変位量低下率は、約6.8%程度であったが、サンプル1〜サンプル3のいずれも変位量低下率が3%以内に抑えられていた。したがって、アニールを行うことにより、圧電素子の変位量低下率が抑制され、信頼性が向上することが確認された。   According to FIG. 19, the displacement rate reduction rate of sample 4 was about 6.8%, but in all of samples 1 to 3, the displacement rate reduction rate was suppressed to within 3%. Therefore, it was confirmed that by performing the annealing, the rate of decrease in the displacement amount of the piezoelectric element was suppressed and the reliability was improved.

3.2.サンプル毎のヒステリシス特性
3.1.において作製したサンプル1、サンプル2、サンプル4についてヒステリシス特性を測定した。測定結果を示すTVS曲線を図20〜図24に示す。図20は、サンプル1のTVS曲線を示す。図21は、サンプル2のTVS曲線を示す。図22〜図24は、サンプル4のTVS曲線を示し、図22は上部電極のエッチング後の測定結果であり、図23は保護膜成膜後の測定結果であり、図24は保護膜エッチング後の測定結果である。
3.2. Hysteresis characteristics for each sample 3.1. The hysteresis characteristics were measured for Sample 1, Sample 2, and Sample 4 produced in the above. TVS curves showing the measurement results are shown in FIGS. FIG. 20 shows the TVS curve of Sample 1. FIG. 21 shows the TVS curve of Sample 2. 22 to 24 show the TVS curves of Sample 4, FIG. 22 shows the measurement results after etching the upper electrode, FIG. 23 shows the measurement results after forming the protective film, and FIG. 24 shows the results after etching the protective film. It is a measurement result.

図22〜図24によれば、上部電極のエッチング後にその後のプロセスを経ることによって、ダブルピークが発生し、徐々に特性が劣化していることがわかる。これに対し、図20および図21によれば、アニールを行ったサンプル1およびサンプル2のTVS曲線ではダブルピークが解消し、特性が回復していることが確認された。   22 to 24, it can be seen that a double peak occurs due to the subsequent process after the etching of the upper electrode, and the characteristics are gradually deteriorated. On the other hand, according to FIG. 20 and FIG. 21, it was confirmed that the double peak was eliminated in the TVS curves of sample 1 and sample 2 that were annealed, and the characteristics were recovered.

3.3.ヒステリシス特性のアニール温度依存性
以下のように、サンプル5を作製して複数の温度でアニールを行い、ヒステリシス特性を調べた。
3.3. Annealing Temperature Dependence of Hysteresis Characteristics Sample 5 was prepared and annealed at a plurality of temperatures as follows, and the hysteresis characteristics were examined.

まず、シリコン基板を準備し、弾性体層として酸化ジルコニウムをスパッタ法によりシリコン基板上に成膜した。次いで、白金からなる下部電極層を弾性体層上にスパッタ法により成膜した。次に、PZTからなる圧電体層を下部電極層上にゾルゲル法により成膜した。ここで結晶化アニールは、700℃程度で行った。   First, a silicon substrate was prepared, and zirconium oxide as an elastic layer was formed on the silicon substrate by sputtering. Next, a lower electrode layer made of platinum was formed on the elastic layer by sputtering. Next, a piezoelectric layer made of PZT was formed on the lower electrode layer by a sol-gel method. Here, the crystallization annealing was performed at about 700 ° C.

次に、白金からなる上部電極層を圧電体層上にスパッタ法により成膜した。次いで上部電極層上に所定の形状のフォトレジストを形成し、そのフォトレジストをマスクとしてドライエッチングを行い、上部電極層および圧電体層のパターニングを行った。   Next, an upper electrode layer made of platinum was formed on the piezoelectric layer by sputtering. Next, a photoresist having a predetermined shape was formed on the upper electrode layer, dry etching was performed using the photoresist as a mask, and the upper electrode layer and the piezoelectric layer were patterned.

次にシリコン基板を拡散炉に入れてアニール(第3のアニール)を行った。アニールは、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃で5分間行ったサンプルをそれぞれサンプル5〜9とし、それぞれのアニール前およびアニール後のヒステリシス特性を図25〜図29に示す。   Next, the silicon substrate was placed in a diffusion furnace and annealed (third anneal). Annealing was performed at 550 ° C., 600 ° C., 650 ° C., 700 ° C., and 750 ° C. for 5 minutes, respectively. Samples 5 to 9 are shown, and hysteresis characteristics before and after each annealing are shown in FIGS.

図25〜図29によれば、550℃でアニールを行ったサンプル5については、アニールすることによって、ヒステリシス特性が向上したことが確認された。これに対し、650℃以上のアニール温度では、ヒステリシス特性の向上はみられなかった。したがって、特性を向上させるためには、600℃以下のアニール温度が好ましく、さらに550℃程度がより好ましいことが確認された。   According to FIG. 25 to FIG. 29, it was confirmed that the hysteresis characteristics of sample 5 annealed at 550 ° C. were improved by annealing. On the other hand, at the annealing temperature of 650 ° C. or higher, no improvement in hysteresis characteristics was observed. Therefore, in order to improve the characteristics, it was confirmed that an annealing temperature of 600 ° C. or lower is preferable, and about 550 ° C. is more preferable.

4.インクジェット式記録ヘッドの全体構造
次に、圧電素子100を用いたインクジェット式記録ヘッドの全体構成について説明する。図30は、インクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す側断面図であり、図31は、このインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。なお、図31は、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。
4). Next, the overall structure of an ink jet recording head using the piezoelectric element 100 will be described. 30 is a side sectional view showing a schematic configuration of the ink jet recording head, and FIG. 31 is an exploded perspective view of the ink jet recording head. In addition, FIG. 31 is shown upside down from the state normally used.

インクジェット式記録ヘッド(以下、「ヘッド」ともいう)500は、図30に示すように、ヘッド本体542と、ヘッド本体542の上に設けられた圧電部540と、を備える。なお、図30に示した圧電部540は、圧電素子100における下部電極層30、圧電体層42、および上部電極層52に相当する。本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドおいて、圧電素子100は、圧電アクチュエータとして機能することができる。圧電アクチュエータとは、ある物質を動かす機能を有する素子、即ち電圧を印加することにより機械的ひずみを発生させる素子である。   As shown in FIG. 30, the ink jet recording head (hereinafter also referred to as “head”) 500 includes a head main body 542 and a piezoelectric portion 540 provided on the head main body 542. 30 corresponds to the lower electrode layer 30, the piezoelectric layer 42, and the upper electrode layer 52 in the piezoelectric element 100. The piezoelectric unit 540 illustrated in FIG. In the ink jet recording head according to the present embodiment, the piezoelectric element 100 can function as a piezoelectric actuator. A piezoelectric actuator is an element having a function of moving a certain substance, that is, an element that generates a mechanical strain by applying a voltage.

また、圧電素子100における酸化物層14および弾性体層20は、図30において弾性膜550に相当する。また、基板10はヘッド本体542の要部を構成するものとなっている。   Further, the oxide layer 14 and the elastic body layer 20 in the piezoelectric element 100 correspond to the elastic film 550 in FIG. The substrate 10 constitutes a main part of the head main body 542.

すなわち、ヘッド500は、図31に示すようにノズルプレート510と、インク室基板520と、弾性膜550と、弾性膜550に接合された圧電部(振動源)540とを備え、これらが基体560に収納されて構成されている。なお、このヘッド500は、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成している。   That is, the head 500 includes a nozzle plate 510, an ink chamber substrate 520, an elastic film 550, and a piezoelectric part (vibration source) 540 bonded to the elastic film 550, as shown in FIG. It is housed and configured. The head 500 constitutes an on-demand piezo jet head.

ノズルプレート510は、例えばステンレス製の圧延プレート等で構成されたもので、インク滴を吐出するための多数のノズル511を一列に形成したものである。これらノズル511間のピッチは、印刷精度に応じて適宜に設定されている。   The nozzle plate 510 is made of, for example, a stainless steel rolling plate or the like, and has a large number of nozzles 511 for discharging ink droplets formed in a line. The pitch between these nozzles 511 is appropriately set according to the printing accuracy.

ノズルプレート510には、インク室基板520が固着(固定)されている。インク室基板520は、上述のシリコン基板12によって形成されたものである。インク室基板520は、ノズルプレート510、側壁(隔壁)522、および後述する弾性膜550によって、複数のキャビティー(インクキャビティー)521と、リザーバ523と、供給口524と、を区画形成したものである。リザーバ523は、インクカートリッジ631(図23参照)から供給されるインクを一時的に貯留する。供給口524によって、リザーバ523から各キャビティー521にインクが供給される。   An ink chamber substrate 520 is fixed (fixed) to the nozzle plate 510. The ink chamber substrate 520 is formed by the silicon substrate 12 described above. The ink chamber substrate 520 includes a plurality of cavities (ink cavities) 521, a reservoir 523, and supply ports 524 formed by a nozzle plate 510, side walls (partition walls) 522, and an elastic film 550 described later. It is. The reservoir 523 temporarily stores ink supplied from the ink cartridge 631 (see FIG. 23). Ink is supplied from the reservoir 523 to each cavity 521 through the supply port 524.

キャビティー521は、図30および図31に示すように、各ノズル511に対応して配設されている。キャビティー521は、後述する弾性膜550の振動によってそれぞれ容積可変になっている。キャビティー521は、この容積変化によってインクを吐出するよう構成されている。   As shown in FIGS. 30 and 31, the cavity 521 is disposed corresponding to each nozzle 511. The cavities 521 each have a variable volume due to vibration of an elastic film 550 described later. The cavity 521 is configured to eject ink by this volume change.

インク室基板520のノズルプレート510と反対の側には弾性膜550が配設されている。さらに弾性膜550のインク室基板520と反対の側には複数の圧電部540が設けられている。弾性膜550の所定位置には、図31に示すように、弾性膜550の厚さ方向に貫通して連通孔531が形成されている。連通孔531により、後述するインクカートリッジ631からリザーバ523へのインクの供給がなされる。   An elastic film 550 is disposed on the side of the ink chamber substrate 520 opposite to the nozzle plate 510. Further, a plurality of piezoelectric portions 540 are provided on the side of the elastic film 550 opposite to the ink chamber substrate 520. As shown in FIG. 31, a communication hole 531 is formed at a predetermined position of the elastic film 550 so as to penetrate in the thickness direction of the elastic film 550. Ink is supplied from an ink cartridge 631 to be described later to the reservoir 523 through the communication hole 531.

各圧電部540は、後述する圧電素子駆動回路に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動(振動、変形)するよう構成されている。すなわち、各圧電部540はそれぞれ振動源(ヘッドアクチュエーター)として機能する。弾性膜550は、圧電部540の振動(たわみ)によって振動し(たわみ)、キャビティー521の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。   Each piezoelectric unit 540 is electrically connected to a piezoelectric element driving circuit described later, and is configured to operate (vibrate, deform) based on a signal from the piezoelectric element driving circuit. That is, each piezoelectric unit 540 functions as a vibration source (head actuator). The elastic film 550 vibrates (deflection) by the vibration (deflection) of the piezoelectric part 540 and functions to instantaneously increase the internal pressure of the cavity 521.

基体560は、例えば各種樹脂材料、各種金属材料等で形成されている。図31に示すように、この基体560にインク室基板520が固定、支持されている。   The base 560 is made of, for example, various resin materials, various metal materials, or the like. As shown in FIG. 31, the ink chamber substrate 520 is fixed and supported on the base 560.

本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド500によれば、上述したように、圧電部540にクラックが発生しにくいため信頼性が高く、良好な圧電特性を有し、効率的なインクの吐出が可能となっている。したがって、ノズル511の高密度化などが可能となり、高密度印刷や高速印刷が可能となる。さらには、ヘッド全体の小型化を図ることができる。   According to the ink jet recording head 500 according to the present embodiment, as described above, since cracks are unlikely to occur in the piezoelectric portion 540, the reliability is high, the piezoelectric characteristics are good, and efficient ink ejection is achieved. It is possible. Therefore, it is possible to increase the density of the nozzles 511, thereby enabling high-density printing and high-speed printing. Furthermore, the entire head can be reduced in size.

5.インクジェットプリンター
次に、上述のインクジェット式記録ヘッド500を備えたインクジェットプリンターについて説明する。図32は、本発明のインクジェットプリンター600を、紙等に印刷する一般的なプリンターに適用した場合の一実施形態を示す概略構成図である。なお、以下の説明では、図32中の上側を「上部」、下側を「下部」と言う。
5. Inkjet Printer Next, an inkjet printer equipped with the above-described inkjet recording head 500 will be described. FIG. 32 is a schematic configuration diagram showing an embodiment in which the inkjet printer 600 of the present invention is applied to a general printer that prints on paper or the like. In the following description, the upper side in FIG. 32 is referred to as “upper part” and the lower side is referred to as “lower part”.

インクジェットプリンター600は、装置本体620を備えており、上部後方に記録用紙Pを設置するトレイ621を有し、下部前方に記録用紙Pを排出する排出口622を有し、上部面に操作パネル670を有する。   The ink jet printer 600 includes an apparatus main body 620, has a tray 621 for placing the recording paper P on the upper rear side, has a discharge port 622 for discharging the recording paper P on the lower front, and has an operation panel 670 on the upper surface. Have

装置本体620の内部には、主に、往復動するヘッドユニット630を備えた印刷装置640と、記録用紙Pを1枚ずつ印刷装置640に送り込む給紙装置650と、印刷装置640および給紙装置650を制御する制御部660とが設けられている。   Inside the apparatus main body 620, there are mainly a printing apparatus 640 provided with a reciprocating head unit 630, a paper feeding apparatus 650 for feeding the recording paper P one by one to the printing apparatus 640, the printing apparatus 640 and the paper feeding apparatus. A control unit 660 for controlling the 650 is provided.

印刷装置640は、ヘッドユニット630と、ヘッドユニット630の駆動源となるキャリッジモータ641と、キャリッジモータ641の回転を受けて、ヘッドユニット630を往復動させる往復動機構642とを備えている。   The printing apparatus 640 includes a head unit 630, a carriage motor 641 serving as a drive source for the head unit 630, and a reciprocating mechanism 642 that receives the rotation of the carriage motor 641 to reciprocate the head unit 630.

ヘッドユニット630は、その下部に、上述の多数のノズル511を備えるインクジェット式記録ヘッド500と、このインクジェット式記録ヘッド500にインクを供給するインクカートリッジ631と、インクジェット式記録ヘッド500およびインクカートリッジ631を搭載したキャリッジ632とを有する。   The head unit 630 includes an ink jet recording head 500 provided with the above-described many nozzles 511, an ink cartridge 631 that supplies ink to the ink jet recording head 500, an ink jet recording head 500, and an ink cartridge 631 at a lower portion thereof. And a carriage 632 mounted thereon.

往復動機構642は、その両端がフレーム(図示せず)に支持されたキャリッジガイド軸643と、キャリッジガイド軸643と平行に延在するタイミングベルト644とを有する。キャリッジ632は、キャリッジガイド軸643に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト644の一部に固定されている。キャリッジモータ641の作動により、プーリを介してタイミングベルト644を正逆走行させると、キャリッジガイド軸643に案内されて、ヘッドユニット630が往復動する。この往復動の際に、インクジェット式記録ヘッド500から適宜インクが吐出され、記録用紙Pへの印刷が行われる。   The reciprocating mechanism 642 includes a carriage guide shaft 643 whose both ends are supported by a frame (not shown), and a timing belt 644 extending in parallel with the carriage guide shaft 643. The carriage 632 is supported by the carriage guide shaft 643 so as to reciprocate and is fixed to a part of the timing belt 644. When the timing belt 644 travels forward and backward through a pulley by the operation of the carriage motor 641, the head unit 630 reciprocates while being guided by the carriage guide shaft 643. During this reciprocation, ink is appropriately discharged from the ink jet recording head 500 and printing on the recording paper P is performed.

給紙装置650は、その駆動源となる給紙モータ651と、給紙モータ651の作動により回転する給紙ローラ652とを有する。給紙ローラ652は、記録用紙Pの送り経路(記録用紙P)を挟んで上下に対向する従動ローラ652aと、駆動ローラ652bとで構成されており、駆動ローラ652bは、給紙モータ651に連結されている。   The sheet feeding device 650 includes a sheet feeding motor 651 serving as a driving source thereof, and a sheet feeding roller 652 that rotates by the operation of the sheet feeding motor 651. The paper feed roller 652 includes a driven roller 652 a and a drive roller 652 b that are opposed to each other across the feeding path (recording paper P) of the recording paper P, and the driving roller 652 b is connected to the paper feeding motor 651. Has been.

本実施の形態にかかるインクジェットプリンター600によれば、信頼性が高く高性能でノズルの高密度化が可能なインクジェット式記録ヘッド500を備えているので、高密度印刷や高速印刷が可能となる。   The ink jet printer 600 according to the present embodiment includes the ink jet recording head 500 that is highly reliable, has high performance, and can increase the density of the nozzles. Therefore, high density printing and high speed printing are possible.

なお、本発明のインクジェットプリンター600は、工業的に用いられる液滴吐出装置として用いることもできる。その場合に、吐出するインク(液状材料)としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整して使用することができる。   The ink jet printer 600 of the present invention can also be used as a droplet discharge device used industrially. In that case, as the ink to be ejected (liquid material), various functional materials can be used by adjusting them to an appropriate viscosity with a solvent or a dispersion medium.

6.上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。   6). Although the embodiments of the present invention have been described in detail as described above, those skilled in the art will readily understand that many modifications are possible without substantially departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention.

また、上述した実施形態に係る圧電素子は、アクチュエータ、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンターの他に、たとえばジャイロセンサ等のジャイロ素子、FBAR(film bulk acoustic resonator)型やSMR(solid mounted resonator)型等のBAW(bulk acoustic wave)フィルタ、超音波モータなどに適用されることができる。本発明の実施形態に係る圧電素子は、上述したように良好な圧電特性を有し、信頼性が高いため、各種の用途に好適に適用できる。   In addition to the actuator, the ink jet recording head, and the ink jet printer, the piezoelectric element according to the above-described embodiment includes, for example, a gyro element such as a gyro sensor, an FBAR (film bulk acoustic resonator) type, an SMR (solid mounted resonator) type, and the like. The present invention can be applied to a BAW (bulk acoustic wave) filter, an ultrasonic motor, and the like. Since the piezoelectric element according to the embodiment of the present invention has good piezoelectric characteristics and high reliability as described above, it can be suitably applied to various applications.

本実施の形態にかかる圧電素子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the piezoelectric element concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる圧電素子の製造方法を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the piezoelectric element concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる圧電素子の製造方法を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the piezoelectric element concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる圧電素子の製造方法を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the piezoelectric element concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる圧電素子の製造方法を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the piezoelectric element concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる圧電素子の製造方法を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the piezoelectric element concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる圧電素子の製造方法を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the piezoelectric element concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる圧電素子の製造方法を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the piezoelectric element concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる圧電素子の製造方法を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the piezoelectric element concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる圧電素子の製造方法を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the piezoelectric element concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる圧電素子の製造方法を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the piezoelectric element concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる圧電素子の製造方法を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the piezoelectric element concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる圧電素子の製造方法を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the piezoelectric element concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる圧電素子の製造方法を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the piezoelectric element concerning this Embodiment. 第1の変形例にかかる圧電素子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the piezoelectric element concerning a 1st modification. 第2の変形例にかかる圧電素子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the piezoelectric element concerning a 2nd modification. 第3の変形例にかかる圧電素子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the piezoelectric element concerning a 3rd modification. 実験例にかかる圧電素子の変位量分布を示す図である。It is a figure which shows the displacement distribution of the piezoelectric element concerning an experiment example. 実験例にかかる圧電素子の変位量低下率を示す図である。It is a figure which shows the displacement amount fall rate of the piezoelectric element concerning an experiment example. 実験例にかかる圧電素子のヒステリシス特性を示す図である。It is a figure which shows the hysteresis characteristic of the piezoelectric element concerning an experiment example. 実験例にかかる圧電素子のヒステリシス特性を示す図である。It is a figure which shows the hysteresis characteristic of the piezoelectric element concerning an experiment example. 実験例にかかる圧電素子のヒステリシス特性を示す図である。It is a figure which shows the hysteresis characteristic of the piezoelectric element concerning an experiment example. 実験例にかかる圧電素子のヒステリシス特性を示す図である。It is a figure which shows the hysteresis characteristic of the piezoelectric element concerning an experiment example. 実験例にかかる圧電素子のヒステリシス特性を示す図である。It is a figure which shows the hysteresis characteristic of the piezoelectric element concerning an experiment example. 実験例にかかる圧電素子のヒステリシス特性を示す図である。It is a figure which shows the hysteresis characteristic of the piezoelectric element concerning an experiment example. 実験例にかかる圧電素子のヒステリシス特性を示す図である。It is a figure which shows the hysteresis characteristic of the piezoelectric element concerning an experiment example. 実験例にかかる圧電素子のヒステリシス特性を示す図である。It is a figure which shows the hysteresis characteristic of the piezoelectric element concerning an experiment example. 実験例にかかる圧電素子のヒステリシス特性を示す図である。It is a figure which shows the hysteresis characteristic of the piezoelectric element concerning an experiment example. 実験例にかかる圧電素子のヒステリシス特性を示す図である。It is a figure which shows the hysteresis characteristic of the piezoelectric element concerning an experiment example. 本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an ink jet recording head according to an embodiment. 本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to an embodiment. 本実施の形態にかかるインクジェットプリンターの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the inkjet printer concerning this Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 基板、12 シリコン層、14 酸化物層、20 弾性体層、30 下部電極層、32 下部電極層、40 圧電体層、42 圧電体層、50 上部電極層、52 上部電極層、62 キャパシタ構造部、70 保護膜、72 保護膜、80 配線膜、82 配線膜、90 封止板、100 圧電素子、500 インクジェット式記録ヘッド、510 ノズル板、511 ノズル、520 インク室基板、521 キャビティー、522 側壁、523 リザーバ、524 供給口、531 連通孔、540 圧電アクチュエータ、542 ヘッド本体、550 弾性板、560 基体、600 インクジェットプリンター、620 装置本体、621 トレイ、622 排出口、630 ヘッドユニット、631 インクカートリッジ、632 キャリッジ、640 印刷装置、641 キャリッジモータ、642 往復動機構、643 キャリッジガイド軸、644 タイミングベルト、650 給紙装置、651 給紙モータ、652 給紙ローラ、660 制御部、670 操作パネル 10 substrate, 12 silicon layer, 14 oxide layer, 20 elastic layer, 30 lower electrode layer, 32 lower electrode layer, 40 piezoelectric layer, 42 piezoelectric layer, 50 upper electrode layer, 52 upper electrode layer, 62 capacitor structure Part, 70 protective film, 72 protective film, 80 wiring film, 82 wiring film, 90 sealing plate, 100 piezoelectric element, 500 inkjet recording head, 510 nozzle plate, 511 nozzle, 520 ink chamber substrate, 521 cavity, 522 Side wall, 523 reservoir, 524 supply port, 531 communication hole, 540 piezoelectric actuator, 542 head main body, 550 elastic plate, 560 substrate, 600 ink jet printer, 620 apparatus main body, 621 tray, 622 discharge port, 630 head unit, 631 ink cartridge 632 carriage, 40 printing apparatus, 641 a carriage motor 642 reciprocating mechanism, 643 a carriage guide shaft, 644 a timing belt, 650 sheet feeding apparatus, 651 a sheet feeding motor, 652 feed roller, 660 control unit, 670 operation panel

Claims (6)

(a)基体側の上方に第1電極を形成する工程と、
(b)前記第1電極の上方に圧電体層を形成する工程と、
(c)前記圧電体層の上方に第2電極を形成する工程と、
(d)前記第2電極および前記圧電体層の少なくとも一部をパターニングして、前記第1電極、前記圧電体層、および前記第2電極を有するキャパシタ構造部を形成する工程と、
(e)前記(d)工程の後に、前記キャパシタ構造部の少なくとも一部を被覆する保護膜を形成する工程と、
(f)前記(e)工程の後に、第1のアニールを行う工程と、
(g)前記上部電極と電気的に接続する配線膜を形成する工程と、
を含み、
前記工程(e)は、
(e1)保護膜を成膜する工程と、
(e2)前記保護膜をパターニングする工程と、
前記工程(e1)と(e2)との間に、
第2のアニールを行う工程をさらに含み、
前記工程(c)と(d)との間に、
第3のアニールを行う工程をさらに含み、
前記工程(b)は、
前記圧電体層の前駆体溶液を前記第1電極の上方に塗布する工程と、
前記前駆体溶液の結晶化アニールを行う工程と、
を有し、
前記工程(b)と(c)との間に、
第4のアニールを行う工程をさらに含み、
前記第1のアニール、前記第2のアニール、前記第3のアニール、および前記第4のアニールは、拡散炉を用いて、酸素雰囲気で行われる、圧電素子の製造方法。
(A) forming a first electrode above the substrate side;
(B) forming a piezoelectric layer above the first electrode;
(C) forming a second electrode above the piezoelectric layer;
(D) patterning at least a part of the second electrode and the piezoelectric layer to form a capacitor structure having the first electrode, the piezoelectric layer, and the second electrode;
(E) after the step (d), forming a protective film that covers at least a part of the capacitor structure;
(F) a step of performing a first annealing after the step (e);
(G) forming a wiring film electrically connected to the upper electrode;
Only including,
The step (e)
(E1) forming a protective film;
(E2) patterning the protective film;
Between the steps (e1) and (e2),
Further comprising performing a second anneal,
Between the steps (c) and (d),
Further comprising performing a third anneal,
The step (b)
Applying a precursor solution of the piezoelectric layer above the first electrode;
Performing crystallization annealing of the precursor solution;
Have
Between the steps (b) and (c),
Further comprising performing a fourth anneal,
The method of manufacturing a piezoelectric element, wherein the first annealing, the second annealing, the third annealing, and the fourth annealing are performed in an oxygen atmosphere using a diffusion furnace .
請求項において
記工程(f)における第1のアニールの温度は、前記結晶化アニールの温度より低い、圧電素子の製造方法。
In claim 1 ,
The temperature of the first annealing before Symbol step (f) is lower than the temperature of the crystallization annealing, the method for manufacturing a piezoelectric element.
請求項において
記第2のアニールの温度は、前記結晶化アニールの温度より低い、圧電素子の製造方法。
In claim 1 ,
Before SL temperature of the second annealing is lower than the temperature of the crystallization annealing, the method for manufacturing a piezoelectric element.
請求項1ないし3のいずれか1項において、In any one of Claims 1 thru | or 3,
前記第4のアニールの温度は、300℃〜800℃である、圧電素子の製造方法。The method of manufacturing a piezoelectric element, wherein a temperature of the fourth annealing is 300 ° C. to 800 ° C.
請求項1ないし4のいずれか1項において、In any one of Claims 1 thru | or 4,
前記第3のアニールの温度は、300℃〜800℃である、圧電素子の製造方法。The method for manufacturing a piezoelectric element, wherein a temperature of the third annealing is 300 ° C. to 800 ° C.
請求項1ないし5のいずれか1項において、In any one of Claims 1 thru | or 5,
前記第2のアニールの温度は、450℃〜600℃である、圧電素子の製造方法。The method of manufacturing a piezoelectric element, wherein a temperature of the second annealing is 450 ° C. to 600 ° C.
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JP2000332209A (en) * 1999-05-21 2000-11-30 Oki Electric Ind Co Ltd MANUFACTURE OF Bi-BASED FERROELECTRIC ELEMENT
JP2004311924A (en) * 2003-03-26 2004-11-04 Seiko Epson Corp Ferroelectric capacitor and its manufacturing method, ferroelectric memory and piezo-electric element
JP2006246451A (en) * 2005-02-07 2006-09-14 Kyocera Corp Thin-film bulk acoustic wave resonator, filter, and communications apparatus
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