(57)【要約】  【課題】  内部電極層を側面電極から絶縁するための絶縁膜を容易に形成することにより、積層構造体等の生産性を向上させる。  【解決手段】  この積層構造体は、該積層構造体の第１の側面領域に延在し、所定の温度で磁性を有する第１の導電材料と、積層構造体の第１の側面領域とは異なる第２の側面領域に延在し、所定の温度で磁性を有さない第２の導電材料とを含む第１の内部電極層と、該第１の内部電極層上に形成された誘電体層と、該誘電体層上に形成された第２の内部電極層であって、積層構造体の第１の側面領域に延在する第２の導電材料と、積層構造体の第２の側面領域に延在する第１の導電材料とを含む第２の内部電極層と、積層構造体の第１の側面領域において第１の内部電極層の端面に形成された第１の絶縁膜と、積層構造体の第２の側面領域において第２の内部電極層の端面に形成された第２の絶縁膜とを含む。【選択図】  図１
2006093448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層構造体であって、
前記積層構造体の第１の側面領域に延在し、所定の温度で磁性を有する第１の導電材料と、前記積層構造体の第１の側面領域とは異なる第２の側面領域に延在し、所定の温度で磁性を有さない第２の導電材料とを含む第１の内部電極層と、
前記第１の内部電極層上に形成された誘電体層と、
前記誘電体層上に形成された第２の内部電極層であって、前記積層構造体の第１の側面領域に延在する第２の導電材料と、前記積層構造体の第２の側面領域に延在する第１の導電材料とを含む前記第２の内部電極層と、
前記積層構造体の第１の側面領域において前記第１の内部電極層の端面に形成された第１の絶縁膜と、
前記積層構造体の第２の側面領域において前記第２の内部電極層の端面に形成された第２の絶縁膜と、
を具備する前記積層構造体。
【請求項２】
前記積層構造体の第１の側面領域に形成され、前記第２の内部電極層に接続されると共に、前記第１の絶縁膜によって前記第１の内部電極層から絶縁された第１の側面電極と、
前記積層構造体の第２の側面領域に形成され、前記第１の内部電極層に接続されると共に、前記第２の絶縁膜によって前記第２の内部電極層から絶縁された第２の側面電極と、
をさらに具備する請求項１記載の積層構造体。
【請求項３】
前記絶縁膜が、磁性を有する、請求項１又は２記載の積層構造体。
【請求項４】
前記誘電体層が、強誘電性を有する、請求項１〜３のいずれか１項記載の積層構造体。
【請求項５】
前記誘電体層が、圧電性を有する、請求項１〜３のいずれか１項記載の積層構造体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の積層構造体を複数具備し、複数の前記積層構造体が１次元状に配置されている、積層構造体アレイ。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項記載の積層構造体を複数具備し、複数の前記積層構造体が２次元状に配置されている、積層構造体アレイ。
【請求項８】
積層構造体の製造方法であって、
第１の誘電体層を形成するステップ（ａ）と、
前記第１の誘電体層上に、所定の温度で磁性を有する第１の導電材料と所定の温度で磁性を有さない第２の導電材料とを含む第１の内部電極層を形成するステップ（ｂ）と、
前記第１の内部電極層上に第２の誘電体層を形成するステップ（ｃ）と、
前記第２の誘電体層上に、第１及び第２の導電材料を含む第２の内部電極層を形成するステップ（ｄ）と、
ステップ（ａ）〜（ｄ）において形成された前記第１の誘電体層と前記第１の内部電極層と前記第２の誘電体層と前記第２の内部電極層とを含むワークピースに溝を形成して、部分的に互いに繋がっている複数の構造体を生成することにより、前記第１の内部電極層において、第１の導電材料を各々の構造体の第１の側面領域に露出させると共に、第２の導電材料を各々の構造体の第１の側面領域とは異なる第２の側面領域に露出させ、前記第２の内部電極層において、第１の導電材料を各々の構造体の第２の側面領域に露出させると共に、第２の導電材料を各々の構造体の第１の側面領域に露出させるステップ（ｅ）と、
各々の構造体の第１の側面領域において、前記第１の内部電極層の端面に磁性を有する粒子を付着させることにより第１の絶縁膜を形成すると共に、各々の構造体の第２の側面領域において、前記第２の内部電極層の端面に磁性を有する粒子を付着させることにより第２の絶縁膜を形成するステップ（ｆ）と、
を具備する製造方法。
【請求項９】
ステップ（ａ）及び（ｃ）の各々が、原料の粉体を下層に吹き付けて堆積させるエアロゾルデポジション法を用いて前記第１又は第２の誘電体層を形成することを含む、請求項８記載の製造方法。
【請求項１０】
ステップ（ａ）〜（ｄ）を繰り返すことにより、前記第１の誘電体層と前記第１の内部電極層と前記第２の誘電体層と前記第２の内部電極層との複数の組が積層される、請求項８又は９記載の製造方法。
【請求項１１】
ステップ（ｆ）が、前記第１及び第２の内部電極層の端面に、磁性を有する絶縁性の粒子を付着させることを含む、請求項８〜１０のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１２】
ステップ（ｆ）が、磁性を有する粒子を液体に分散させたサスペンション中に、前記ワークピースを浸すことを含む、請求項１１記載の製造方法。
【請求項１３】
ステップ（ｆ）が、前記第１及び第２の内部電極層の端面に磁性を有する導電性の粒子を付着させた後で、前記導電性の粒子を酸化、窒化、フッ化、又は、硫化することによって絶縁化することを含む、請求項１１記載の製造方法。
【請求項１４】
ステップ（ｂ）及び（ｄ）が、前記第１の導電材料を自発磁化させることを含む、請求項８〜１３のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１５】
ステップ（ｂ）及び（ｄ）が、前記第１の導電材料及び前記第２の導電材料として、互いに磁性の発現温度が異なる材料を用いて前記第１及び第２の内部電極を生成することをそれぞれ含み、
ステップ（ｆ）が、前記第１の導電材料の磁性が発現すると共に前記第２の導電材料の磁性が発現しない温度において、前記磁性を有する粒子を付着させることを含む、
請求項８〜１４のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１６】
各々の構造体の第１の側面領域に、前記第２の内部電極層に接続されると共に、前記絶縁膜によって前記第１の内部電極層から絶縁される第１の側面電極を形成し、各々の構造体の第２の側面領域に、前記第１の内部電極層に接続されると共に、前記第２の絶縁膜によって前記第２の内部電極層から絶縁される第２の側面電極を形成するステップをさらに具備する請求項８〜１５のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１７】
ステップ（ｆ）の後で、各々の構造体に対して、ステップ（ｅ）におけるのと異なる方向に溝を形成して、複数組の部分的に互いに繋がっている積層構造体を生成するステップ（ｇ）をさらに具備する請求項８〜１６のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１８】
ステップ（ｅ）及び（ｇ）において形成された溝に充填材を充填するステップと、
前記充填材が硬化した後で、前記複数組の部分的に互いに繋がっている積層構造体から、互いに繋がっている部分を削除するステップと、
をさらに具備する請求項１７記載の製造方法。
【請求項１９】
ステップ（ｆ）の後で、各々の構造体を、ステップ（ｅ）におけるのと異なる方向に切断して、複数組の部分的に互いに繋がっている積層構造体を生成するステップと、
各組の部分的に互いに繋がっている積層構造体を分離して、複数の積層構造体を生成するステップと、
をさらに具備する請求項８〜１８のいずれか１項記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁体層と電極層とが交互に積層されている積層構造体、及び、複数の積層構造体が配列された積層構造体アレイ、並びに、それらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁体層（誘電体層）と電極層とが交互に形成されている積層構造は、積層コンデンサの他にも、圧電ポンプ、圧電アクチュエータ、超音波トランスデューサ等の様々な用途に利用されている。近年、ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）関連の機器の開発に伴い、このような積層構造を有する素子の微細化及び集積化がますます進んでいる。
【０００３】
対向電極を有する素子の微細化においては、素子の面積を小さくすると電極間の容量が小さくなるので、素子の電気インピーダンスが上昇するという問題が生じている。そのため、例えば、圧電アクチュエータにおいて電気インピーダンスが上昇すると、圧電アクチュエータを駆動するための信号回路とのインピーダンスマッチングが取れなくなって電力が供給され難くなり、圧電アクチュエータとしての性能が落ちてしまう。或いは、圧電素子を用いた超音波トランスデューサにおいては、超音波の発信強度が落ちてしまう。そこで、素子を微細化しつつ電極間容量を大きくするために、複数の圧電材料層と複数の電極層とを交互に積層することが行われている。積層された複数の層を並列に接続することにより、素子全体の電極間容量を大きくすることができるからである。
【０００４】
このような積層構造体においては、複数の内部電極層を互いに接続するために、積層構造体の側面から配線が行われる。図１１は、積層構造体の一般的な配線方法を説明するための断面図である。積層構造体１００は、複数の圧電材料層１０１と、複数の内部電極層１０２及び１０３と、２つの側面電極１０４及び１０５とを含んでいる。内部電極層１０２は、その一端が積層構造体の一方の壁面まで延びるように形成されており、側面電極１０４と接続され、側面電極１０５から絶縁されている。また、内部電極層１０３は、その一端が積層構造体の他方の壁面まで延びるように形成されており、側面電極１０５と接続され、側面電極１０４から絶縁されている。側面電極１０４と側面電極１０５との間に電位差を与えることにより、内部電極層１０２と内部電極層１０３の間に配置された圧電材料層１０１に電圧が印加され、圧電効果によって圧電材料層１０１が伸縮する。
【０００５】
ところで、図１１に示すように、内部電極層１０２及び１０３が配置されている層には、一方の側面電極から絶縁するために、電極が形成されていない絶縁領域１０６が設けられている。この絶縁領域１０６は、積層構造体１００に電圧を印加しても伸縮しない。そのため、この部分に応力が集中して破損し易いという問題が生じている。
【０００６】
積層構造体における他の配線方法を用いるものとして、図１２に示す積層構造体も知られている。図１２に示す積層構造体２００は、複数の圧電材料層２０１と、複数の内部電極層２０２と、各内部電極層２０２の１つの端面に形成されている絶縁膜２０３と、２つの側面電極２０４及び２０５とを含んでいる。隣り合う２つの内部電極層２０２において互いに反対側の端面を絶縁膜２０３で覆って側面電極２０４及び２０５の内のそれぞれ１つから絶縁することにより、図１１に示す積層構造体１００と等価の回路を実現することができる。
【０００７】
図１２に示すように、積層構造体２００においては、内部電極層２０２が圧電材料層２０１上の全面に形成されているので、圧電性能の発現については、図１１に示す積層構造体１００と比較して有利である。また、先に述べたように、積層構造体２００においては、絶縁領域１０６（図１１）におけるような応力集中が生じないので、積層構造体の寿命が短くなることもない。
【０００８】
しかしながら、積層構造体２００を作製するためには、積層構造体２００の各々の側面に露出した内部電極層２０２の端面に、１つおきに絶縁膜２０３を形成しなくてはならない。現在において、この絶縁膜２０３は、刷毛塗りや、印刷や、フォトリソグラフィ技術を用いて形成される場合が多いが、それらの手法では、生産性が低いという問題が生じている。また、それらの手法では、複数の積層構造体が狭ピッチで配置された２次元アレイに絶縁膜を形成することは非常に困難である。別の手法として、特許文献１に開示されているように、電歪効果素子の内部電極層板の露出した側端面において、該内部電極層板の露出部とその近傍の電歪材料上のみに電気泳動法により絶縁層を形成することも可能であるが、対向電極が必要となるため、プロセス上の制約が大きいという問題がある。
【特許文献１】特公昭６１−３２８３５号公報（第１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、内部電極層を側面電極から絶縁するための絶縁膜を容易に形成することにより、積層構造体や積層構造体アレイの生産性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係る積層構造体は、該積層構造体の第１の側面領域に延在し、所定の温度で磁性を有する第１の導電材料と、上記積層構造体の第１の側面領域とは異なる第２の側面領域に延在し、所定の温度で磁性を有さない第２の導電材料とを含む第１の内部電極層と、該第１の内部電極層上に形成された誘電体層と、該誘電体層上に形成された第２の内部電極層であって、上記積層構造体の第１の側面領域に延在する第２の導電材料と、上記積層構造体の第２の側面領域に延在する第１の導電材料とを含む第２の内部電極層と、上記積層構造体の第１の側面領域において第１の内部電極層の端面に形成された第１の絶縁膜と、上記積層構造体の第２の側面領域において第２の内部電極層の端面に形成された第２の絶縁膜とを具備する。
【００１１】
また、本発明に係る積層構造体の製造方法は、第１の誘電体層を形成するステップ（ａ）と、第１の誘電体層上に、所定の温度で磁性を有する第１の導電材料と所定の温度で磁性を有さない第２の導電材料とを含む第１の内部電極層を形成するステップ（ｂ）と、第１の内部電極層上に第２の誘電体層を形成するステップ（ｃ）と、第２の誘電体層上に、第１及び第２の導電材料を含む第２の内部電極層を形成するステップ（ｄ）と、ステップ（ａ）〜（ｄ）において形成された第１の誘電体層と第１の内部電極層と第２の誘電体層と第２の内部電極層とを含むワークピースに溝を形成して、部分的に互いに繋がっている複数の構造体を生成することにより、第１の内部電極層において、第１の導電材料を各々の構造体の第１の側面領域に露出させると共に、第２の導電材料を各々の構造体の第１の側面領域とは異なる第２の側面領域に露出させ、第２の内部電極層において、第１の導電材料を各々の構造体の第２の側面領域に露出させると共に、第２の導電材料を各々の構造体の第１の側面領域に露出させるステップ（ｅ）と、各々の構造体の第１の側面領域において、第１の内部電極層の端面に磁性を有する粒子を付着させることにより第１の絶縁膜を形成すると共に、各々の構造体の第２の側面領域において、第２の内部電極層の端面に磁性を有する粒子を付着させることにより第２の絶縁膜を形成するステップ（ｆ）とを具備する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、磁性を有する導電材料を含む２種類の導電材料によって内部電極層を形成し、積層構造体の側面に延在した磁性を有する導電材料の端面に磁性を有する粒子を付着させることにより、選択的に絶縁膜を形成するので、積層構造体の形状や配置にかかわらず、絶縁膜形成工程を簡単にすることができる。従って、積層構造体や、複数の積層構造体が１次元又は２次元状に配置された積層構造体アレイや、そのような積層構造体アレイを超音波トランスデューサとして利用する超音波用探触子の生産性を大幅に向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る積層構造体を示す断面図である。この積層構造体１は、例えば、底面の一辺が０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の柱状の構造体である。本実施形態においては、誘電体として、強誘電性材料である圧電材料を用いている。積層構造体１は、複数の圧電材料層１０と、２種類の導電材料を各々が含む複数の内部電極層１１ａ及び１１ｂと、各内部電極層１１ａ及び１１ｂの１つの端面に形成された絶縁膜１２とを含んでいる。また、積層構造体１は、積層された複数の圧電材料層１０の側面に形成された２つの側面電極１３ａ及び１３ｂを含んでいても良い。さらに、積層構造体１は、積層された複数の圧電材料１０の上底面及び下底面に外部電極としてそれぞれ形成された上部電極１４及び下部電極１５を含んでいても良い。図１に示すように、上部電極１４は、一方の側面電極１３ｂと接続されており、下部電極１５は、他方の側面電極１３ａと接続されている。なお、積層構造体１の底面の形状は正方形に限られず、長方形やその他の形状でも良い。また、本実施形態において、側面電極は、対向する２つの側面１ａ及び１ｂに配置されているが、側面電極が配置される領域は、互いに電気的に絶縁されていれば、対向する２つの側面に限られない。
【００１４】
各圧電材料層１０は、１００μｍ程度の厚さを有する圧電体膜である。本実施形態においては、圧電材料として、主たる化学組成としてＰｂＺｒＯ３及びＰｂＴｉＯ３を含む２元系固溶体であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）を用いている。また、そのような２元系固溶体に、第３の成分として、Ｐｂ（Ｍｇ１／３  Ｎｂ２／３）Ｏ３と、Ｐｂ（Ｎｉ１／３  Ｎｂ２／３）Ｏ３と、Ｐｂ（Ｚｎ１／３  Ｎｂ２／３）Ｏ３と内の少なくとも１つを添加した３元系以上の固溶体（リラクサ系材料と呼ばれる）を用いても良い。或いは、圧電材料として、ＰＺＴに酸化ランタンを添加したＰＬＺＴ（ランタンドープジルコン酸チタン酸鉛）や、ＫＮｂＯ３又はビスマス系材料のような非鉛系圧電材を用いても良い。さらに、圧電材料層１０は、それらの主成分に、熱処理によって結晶を成長させるために用いられる助剤に含まれるゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）、リチウム（Ｌｉ）、ビスマス（Ｂｉ）、ボロン（Ｂ）、鉛（Ｐｂ）等の元素を含んでいても良い。
【００１５】
内部電極層１１ａ及び１１ｂの各々は、異なる２種類の導電材料を含んでいる。内部電極層１１ａにおいて、第１導電材料１６は、側面１ａに延在しており、第２導電材料１７は、側面１ａとは異なる側面１ｂに延在している。一方、内部電極層１１ｂにおいて、第１導電材料１６は、側面１ｂに延在しており、第２導電材料１７は、側面１ａに延在している。また、内部電極層１１ａ及び１１ｂにおいては、第１導電材料１６と第２導電材料１７とが電気的に接続されるように互いに接触して配置されている。このような内部電極層１１ａ及び１１ｂは、圧電材料層１０を挟んで交互に積層されている。
【００１６】
側面１ａ及び１ｂにおいて、第１導電材料１６の端面は絶縁膜１２によって覆われている。これにより、内部電極層１１ａは、側面１ａに配置される側面電極１３ａから絶縁され、内部電極層１１ｂは、側面１ｂに配置される側面電極１３ｂから絶縁される。積層構造体の電極をこのように構成することにより、積層された複数の層が電気的に並列に接続される。
【００１７】
このような積層構造体１において、各圧電材料層１０に、内部電極層１１ａ及び１１ｂを介して電圧を印加することにより、各圧電材料層１０は圧電効果によって伸縮する。このような圧電材料を誘電体層として用いる積層構造体は、圧電ポンプや、圧電アクチュエータや、超音波用探触子において超音波を送受信する超音波トランスデューサ等に用いることができる。また、上記のような積層構造を有する構造体は、単層の構造体と比較して、対向する電極の面積を全体として増加させることができると共に、各電極間距離を短く（狭く）することができるので、電気的インピーダンスを低下させることが可能である。従って、単層の構造体と比較して、印加される電圧に対して効率良く動作する。
【００１８】
次に、各内部電極層１１ａ及び１１ｂにおいて用いられている２種類の第１導電材料１６及び１７並びに絶縁膜１２の材料について詳しく説明する。
本実施形態においては、内部電極層１１ａ及び１１ｂを側面電極１３ａ及び１３ｂからそれぞれ絶縁するための絶縁膜１２を、磁気泳動を用いて選択的に形成している。ここで、磁気泳動とは、形成された磁場に応答して粒子が移動（泳動）する現象のことである。そのために、絶縁膜１２の材料として磁性を有する絶縁材料を用い、絶縁膜１２が形成される第１導電材料１６として、磁性を有する導電材料を用い、絶縁膜１２が形成されない第２導電材料１７として、磁性を有しない導電材料を用いている。
【００１９】
図２は、磁気泳動による絶縁膜形成方法の原理を説明するための図である。図２の（ａ）に示す容器には、磁性を有する絶縁材料の粒子（以下において、磁性粒子という）２を液体３に分散させたサスペンション（懸濁液）４が配置されている。液体３としては、泳動をスムーズに生じさせるために、水、アルコール、トルエン、キシレンのように、比較的粘度の低い液体を用いることが望ましい。
【００２０】
このサスペンション４中に、複数の圧電材料層１０と内部電極層１１ａ及び１１ｂを含む積層構造体を入れる。その結果、磁性粒子２は、磁気の力により、磁性を有する第１導電材料１６に引き付けられ、第１導電材料１６の端面に付着する。それにより、図２の（ｂ）に示すように、各内部電極層１１ａ及び１１ｂの１つの端面に、選択的に絶縁膜１２（磁性粒子２）を形成することができる。
【００２１】
第１導電材料１６（磁性導電材料）と磁性粒子２（磁性絶縁材料）としては、次のような組み合わせＡ〜Ｃが考えられる。
Ａ：第１導電材料１６として自発磁化膜、磁性粒子２として単磁区粒子
Ｂ：第１導電材料１６として自発磁化膜、磁性粒子２として多磁区粒子
Ｃ：第１導電材料１６として多磁区膜、磁性粒子２として単磁区粒子
組み合わせＡを用いる場合には、比較的強固に磁性粒子２を第１導電材料１６に付着させることができる。また、組み合わせＢを用いる場合には、サスペンション４を調整する際における磁性粒子２の取扱いが簡単であり、泳動力も高く、実用的である。さらに、組み合わせＣを用いる場合には、圧電材料層１０の上に第１導電材料１６を配置する工程を簡単にすることができる。材料決定の際には、積層構造体の大きさや形状、圧電材料層の原料との相性、製造設備等を考慮して適切な組み合わせを選択すれば良い。
【００２２】
第１導電材料１６としては、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）等の遷移金属及びおよびそれらを含む材料や、ネオジウム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）等の希土類及びそれらを含む材料が用いられる。具体的には、鉄−コバルト（パーメンデュール）合金や、サマリウム−コバルト合金や、ネオウジム−鉄−ボロン合金、タングステン鋼等が挙げられる。また、第２導電材料１７としては、例えば、金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）等を用いることができる。さらに、磁性粒子２としては、ＢａＯ・６Ｆｅ２Ｏ３、ＳｒＯ・６Ｆｅ２Ｏ２等のフェライト磁石系の材料や、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）系酸化物を用いることができる。
【００２３】
磁性粒子２及び液体３を含むサスペンション４は、例えば、次のように調整される。以下においては、磁性粒子２としてＢａフェライト粒子を用いる場合について説明する。まず、原料となる炭酸バリウムと酸化鉄とを混合して互いに分散させ、仮焼を行い、固相反応によりフェライト化させる。このフェライト化された材料を粉砕することにより、サブミクロンサイズまで微細化する。ここで、磁性粒子２の粒子径は、内部電極層１１ａ及び１１ｂの端面を万遍なく覆うため、なるべく小さくすることが望ましい。また、磁性粒子２として、単磁区粒子を用いる場合（上記の組み合わせＡ又はＣ）には、単磁区臨界径以下にすることが必要である（Ｂａフェライトの場合には、約１μｍ以下）。
【００２４】
次に、微細化されたＢａフェライト粒子に、オレイン酸等の界面活性剤を用いて表面処理を施し、キシレン等の有機溶剤に分散させる。粒子に表面処理を施すのは、微細な粒子ほど、表面エネルギーを減少させて安定化しようとするため、凝集し易くなるからである。また、単磁区化された粒子においては、粒子同士が互いに引力を及ぼし合うからである。上記のオレイン酸は、フェライトに吸着し易いカルボキシル基と、疎水性を表す炭化水素鎖とを有しているので、このように調整されたサスペンション４において、Ｂａフェライト粒子を広く液体（キシレン）３に分散させることができる。また、液体３として、水やアルコールを用いる場合には、分散剤（表面処理剤）として、カルボキシル基と、親水性を表す多価アルコールとを有するグルコン酸を用いれば良い。
【００２５】
さらに、サスペンション４を調整する際に、磁性粒子２又は液体３に、接着性を有する材料を混入させても良い。それにより、磁性粒子の接着能力を高めることができる。また、内部電極層の端面に磁気泳動により磁性粒子を付着させた後で種々の処理（例えば、後述する磁性粒子を絶縁化させるための処理等）を行うことにより、磁性粒子の組成が変化して磁性が失われてしまう場合がある。しかしながら、そのような場合であっても、接着剤を用いることにより、絶縁膜の剥離を防止することができる。磁性粒子２側に接着材料を混入する場合には、液体３に溶解しない接着材料を磁性粒子の外側にまぶすことにより、粘着層又は粘着斑を形成する。例えば、液体３として水を用いる場合には、接着材料として、アクリル系接着剤や酢酸ビニル系接着剤が用いられる。また、液体３側に接着材料を混入する場合には、アクリル系接着剤や、酢酸ビニル系接着剤等の粘着性溶質を液体３中に分散させる（一般的に、エマルジョン系接着剤と呼ばれる）。この場合には、磁性粒子の運動を妨げないように、十分に希釈する必要がある。
【００２６】
次に、本発明の第１の実施形態に係る積層構造体の製造方法について、図３〜図５を参照しながら説明する。
まず、図３の（ａ）に示すように、基板２０上に、例えば、１００μｍ程度の厚さを有する圧電材料層２１を形成する。その際に、本実施形態においては、エアロゾルデポジション（aerosol deposition：ＡＤ）法を用いている。ＡＤ法とは、材料の粉体を高速で下層に吹き付けて堆積させる成膜方法であり、ガスデポジション法、ジェットプリンティングシステム、又は、噴射堆積法とも呼ばれている。
【００２７】
図６は、ＡＤ法による成膜装置を示す模式図である。この成膜装置は、原料の粉体３１を配置するエアロゾル生成容器３２を有している。ここで、エアロゾルとは、気体中に浮遊している固体や液体の微粒子のことをいう。エアロゾル生成容器３２には、キャリアガス導入部３３、エアロゾル導出部３４、振動部３５が設けられている。キャリアガス導入部３３から窒素ガス（Ｎ２）等の気体を導入することによってエアロゾル生成容器３２内に配置された原料の粉体が噴き上げられ、エアロゾルが生成される。その際に、振動部３５によってエアロゾル生成容器３２に振動を与えることにより、原料の粉体が撹拌され、効率良くエアロゾルが生成される。生成されたエアロゾルは、エアロゾル導出部３４を通って、成膜チャンバ３６に導かれる。
【００２８】
成膜チャンバ３６には、排気管３７、ノズル３８、可動ステージ３９が設けられている。排気管３７は、真空ポンプに接続されており、成膜チャンバ３６内を排気する。ノズル３８は、エアロゾル生成容器３２において生成され、エアロゾル導出部３４を通って成膜チャンバ３６に導かれたエアロゾルを、基板２０に向けて噴射する。基板２０は、３次元に移動可能な可動ステージ３９に戴置されており、可動ステージ３９を制御することにより、基板２０とノズル３８との相対的位置が調節される。ノズル３８から噴射されることによって高速に加速された高い運動エネルギーを有する粒子（原料の粉体）は、基板２０に衝突して堆積する。そのとき、粒子の衝突エネルギーによって、メカノケミカル反応と呼ばれる化学反応が生じており、その反応により、粒子は基板や先に形成された膜に強固に付着すると考えられている。なお、基板２０としては、ガラス、石英、ＰＺＴ等のセラミックス、ＳＵＳ等の金属を用いることができ、本実施形態においては、ガラスが用いられている。
【００２９】
原料の粉体３１として、例えば、平均粒径０．３μｍのＰＺＴ単結晶粉体を、必要に応じて、熱処理において結晶を成長させるために用いられるゲルマニウム、シリコン、リチウム、ビスマス、ボロン、鉛等の助剤と混合し、図６に示すエアロゾル生成容器３２内に配置して成膜装置を駆動する。それにより、図３の（ａ）に示すような圧電材料層２１が基板２０上に形成される。
【００３０】
次に、図３の（ｂ）に示すように、圧電材料層２１の上に、第１導電材料１６と第２導電材料１７とを帯状に交互に配置することにより、電極層２２を形成する。電極層２２の厚さは、２００ｎｍ以上とすることが望ましく、さらに好ましくは、３００ｎｍ以上とする。その理由は、電極層２２の上にＡＤ法によって圧電材料層を形成する場合には、原料の粉体を下層に吹き付ける際に粉体が下層に食い込むアンカーリングと呼ばれる現象が生じるので、通常のアンカーリングの深さ１０ｎｍ〜３００ｎｍ程度を考慮すると、電極層として良好に機能させるためには、上記程度の厚さが必要となるからである。
【００３１】
本実施形態においては、まず、積層構造体１の幅と概略等しい幅及び間隔でスリット状の開口が形成されたメタルマスクを用いて磁場中におけるスパッタリングを行うことにより、第１導電材料１６を成膜する。次いで、基板２０を積層構造体１の幅と概略等しい分だけシフトさせた後、該メタルマスクを用いてスパッタリング又は真空蒸着法を行うことによって第２導電材料１７を成膜する。なお、図３の（ｂ）に示すように、電極層２２の両端部においては、第１導電材料１６及び第２導電材料１７の幅を、積層構造体１の幅より細くしても構わない。ここで、第１導電材料として自発磁化膜を形成するためには、上記のような磁場配向成膜を行う他に、結晶磁気異方性や形状磁気異方性を利用したエピタキシャル成長を行っても良い。
【００３２】
次に、図３の（ｃ）に示すように、電極層２２の上に、ＡＤ法を用いて圧電材料層２１を形成する。
次に、図３の（ｄ）に示すように、圧電材料層２１の上に、第１導電材料１６と第２導電材料１７とを、帯状に交互に配置することにより、電極層２３を形成する。その際に、第１導電材料１６と第２導電材料１７との配置関係が、電極層２２におけるそれらの配置関係と逆になるようにする。第１導電材料１６及び第２導電材料１７の形成方法については、電極層２２におけるのと同様である。なお、電極層２３の厚さも、電極層２２と同様に、２００ｎｍ以上とすることが望ましく、さらに好ましくは、３００ｎｍ以上とする。
さらに、図３の（ａ）〜（ｄ）に示す工程を必要な数だけ繰り返すことにより、図４の（ａ）に示すワークピース２４が形成される。その後で、圧電材料層に含まれるＰＺＴのグレインサイズを大きくして圧電性能を高めるために、ワークピース２４を所定の温度（例えば、５００℃〜１０００℃程度）で熱処理する工程を設けても良い。
【００３３】
次に、図４の（ａ）の破線に示すように、第１導電材料１６の概略中央、及び、第２導電材料１７の概略中央を、導電材料の長手方向にダイシングすることにより、ワークピース２４を、基板２０において互いに繋がっている複数の短冊状の構造体に分離する。図４の（ｂ）に示すように、各構造体２５において、内部電極１１ａと内部電極１１ｂとにおける第１導電材料１６及び第２導電材料１７の配置関係は、互いに逆になっている。なお、ダイシングする際に、ワークピース２４の側面に第１導電材料１６及び第２導電材料の端面が明確に露出するように、ワークピース２４の外形を成形しても構わない。
【００３４】
次に、図４の（ｃ）に示すように、複数の構造体２５を、磁性粒子（例えば、ＢａＯ・６Ｆｅ２Ｏ３）を液体中に分散させたサスペンション４に浸す。それにより、図５の（ａ）に示すように、各構造体２５の側面において露出した第１導電材料１６の端面に、磁気泳動によって磁性粒子が付着し、絶縁膜２６が形成される。
【００３５】
次に、図５の（ｂ）に示すように、絶縁膜２６が形成された構造体２５の側面に側面電極２７を形成する。そのためには、例えば、構造体２５に無電解白金（Ｐｔ）メッキを施し、構造体２５の上面、及び、絶縁膜２６が形成されていない面（図の手前側及びその反対側の面）に付着したメッキ層を、研磨により除去する。なお、構造体２５の上面については、ダイシングにより該メッキ層を他方の側面電極から絶縁することにより、該メッキ層を上部電極としてそのまま利用しても良い。
【００３６】
この側面電極２７が形成された複数の構造体２５から、研磨又は剥離により基板２０を除去し、それによって互いに分離された複数の構造体２５を、短冊状の積層構造体として利用することができる。或いは、図５の（ｂ）の破線に示すように、構造体２５の長辺を分割する方向に、基板２０の深さまでダイシングすることにより、構造体２５を複数の積層構造体に分離し、研磨又は剥離により基板２０を除去する。それにより、複数の積層構造体１を得ることができる。なお、本実施形態においては、短冊の長辺と垂直な方向にダイシングしているが、分離後の各積層構造体が２つの側面電極を含んでいれば、垂直方向でなくても構わない。
【００３７】
以上説明した本実施形態においては、ＡＤ法を用いて圧電材料層を形成しているが、第１導電材料及び第２導電材料が配置されたＰＺＴ板材を積層したり、ＡＤ法以外の方法（例えば、グリーンシート法）を用いてＰＺＴ厚膜と第１導電材料及び第２導電材料を含む電極層とを積層することによっても、同様の形状の積層構造体を作製することができる。
また、圧電材料層２１と電極層２２と電極層２３とを積層することによって得られたワークピース２４を複数の積層構造体に分離することなく、ワークピース２４の側面に絶縁膜２６を形成することにより、単体の積層構造体を作製しても良い。その場合には、各電極層２２及び２３において、第１電極材料１６及び第２電極材料１７が積層構造体の所定の側面領域に延在するように、それらの電極材料を配置する。
【００３８】
次に、本発明の一実施形態に係る積層構造体アレイの製造方法について、図３〜図８を参照しながら説明する。この積層構造体アレイは、図１に示す複数の積層構造体１を含んでおり、例えば、超音波トランスデューサアレイとして使用することができる。
先に、図３及び図４を用いて説明したように、電極層２２と圧電材料層２１と電極層２３とが積層されたワークピース２４を作製し、ダイシング及び磁気泳動を行うことにより、図５の（ａ）に示す絶縁膜２６が形成された複数の積層構造体２５を作製する。その際には、ダイシングの幅を、作製する積層構造体アレイの素子間隔（例えば、約５０μｍ）と概略等しくする。
【００３９】
次に、図７の（ａ）に示すように、側面電極及び上部電極（白金膜４０）を形成する。そのためには、まず、複数の構造体２５に無電解白金メッキを施すことにより、構造体２５の周囲に白金膜４０を形成する。次いで、図７の（ｂ）に示すように、構造体２５の絶縁膜２６が形成されていない側面（図の手前側及びその反対側）に形成された白金層を研磨により除去する。また、積層構造体２５の上面に形成された白金膜４０の一部を、絶縁膜２６が形成されている一方の面との辺に沿ってダイシングして除去することにより、絶縁領域４１を形成する。それによって残った白金膜４０が、２つの側面電極として用いられると共に、一方の側面電極と接続され、他方の側面電極から絶縁された上部電極として用いられる。
【００４０】
次に、上部電極及び側面電極が形成された構造体２５を、ダイシングにより、基板２０において互いに繋がっている複数の積層構造体に分離する。このダイシングの幅も、作製する積層構造体アレイの素子間隔（例えば、約５０μｍ）と概略等しくする。さらに、ダイシングによって複数の積層構造体の間に形成された溝及び周囲の上部電極４２を除く領域に、充填材として液状のエポキシ樹脂４３を注入して硬化させる。なお、充填材としては、この他に、ウレタン樹脂やシリコーンゴム等を用いても良い。
さらに、基板２０を研磨又は剥離によって除去することにより、図７の（ｃ）に示す積層構造体アレイが作製される。なお、この積層構造体アレイにおいては、各積層構造体の圧電材料層及び側面電極の端面が、エポキシ樹脂４３の底部から露出している。
【００４１】
次に、図８の（ａ）に示すように、エポキシ樹脂４３の底面（図の下側）において、上部電極４２と接続されている側の側面電極４４の端面を覆うように、絶縁膜４５を形成する。そのためには、例えば、メタルマスクを用いたスパッタリングにより、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を成膜すれば良い。この絶縁膜４５は、側面電極４４を後で形成される共通電極から絶縁するためのものであり、絶縁すべき側面電極が同一面内にある素子間においては、連続させても良い。
【００４２】
さらに、図８の（ｂ）に示すように、エポキシ樹脂４３の底面に、例えば、スパッタリングにより金（Ａｕ）を成膜することにより、共通電極４６を形成する。その際に、メタルマスクを用いることにより、絶縁膜４５の領域を成膜領域から除いても良い。
このようにして、２次元に配列された複数の積層構造体１（図１）を含む積層構造体アレイ（１−３コンポジット）５０を製造することができる。
【００４３】
さらに、図９に示すように、この積層構造体アレイ５０から配線５１を引き出すと共に、積層構造体アレイ５０の一方の底面（例えば、共通電極４６側）にパイレックス（登録商標）ガラス等の音響整合層５２を配置し、他方の底面に金属粉入りエポキシ樹脂等のバッキング材５３を配置して筐体に収納することにより、超音波用探触子を作製することができる。
【００４４】
或いは、図７の（ｂ）に示すように、複数の構造体２５に上部電極及び側面電極を形成した後で、それらの間に充填材を配置して基板２０を除去し、さらに、下部電極を形成しても良い。それにより、複数の短冊状の積層構造体が１次元に配列された積層構造体アレイを作製することができる。
【００４５】
以上説明した本実施形態においては、ワークピース２４が基板２０に固定された状態でダイシング等の加工を行うことにより、ワークピース２４や構造体２５を基板の深さまで切断しても、完成品における積層構造体の配列を保つことができた。（図４の（ｂ）参照）。しかしながら、圧電材料層を熱処理する場合のように、プロセス上の制約から、先に基板２０を除去する必要が生じることもある。その場合には、予め、最下層の圧電材料層を、完成品における圧電材料層よりも厚くなるように形成し、ワークピース２４や構造体２５をダイシングする際には、最下層の圧電材料層２１が完全に切断されない深さまで溝を形成する。そして、部分的に繋がっている複数の積層構造体の間に充填材を配置した後で、最下層の圧電材料層２１を研磨することにより、複数の積層構造体を互いに分離すれば良い。
【００４６】
次に、本実施形態に係る積層構造体アレイの製造方法の変形例について説明する。この変形例においては、図１０の（ａ）に示すように、異なる電極層間において、第１導電材料１６と第２導電材料１７の境界位置がほぼ重なるように、２種類の第１導電材料１６及び１７を帯状に配置する。そして、複数の圧電材料層及び複数の電極層を含む積層構造体を複数の積層構造体に分離する際は、それら境界をダイシングする（図１０の（ａ）の破線位置）。それにより、図１０の（ｂ）に示すように、溝を挟んで対向する２つの側面において、絶縁膜が互い違いに形成されるので、複数の積層構造体をさらに狭ピッチで配置することが可能になる。
【００４７】
内部電極層を構成する２種類の導電材料の配置は、図３及び図１０に示すように帯状である必要はなく、作製する積層構造体の形状（例えば、円柱状）や配列（例えば、同心円状やランダム配置）に応じて任意に配置しても構わない。即ち、少なくとも、絶縁膜が形成される側面がわに、磁性を有する導電材料が配置されていれば良い。その場合には、メタルマスクを用いることにより、２種類の導電材料のパターンを形成することができる。また、サンドブラスト法を用いることにより、任意の形状や配列となるように、積層構造体を成形又は分離することができる。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施形態に係る積層構造体の製造方法について説明する。
本実施形態においては、内部電極層を構成する第１導電材料１６及び第２導電材料１７として、常温においては共に磁性を有するが、キュリー点が互いに異なる金属や合金を用いる。即ち、絶縁膜１２が形成される第１導電材料１６として、キュリー点ＴＣＡを有する材料Ａを用い、絶縁膜１２が形成されない第２導電材料１７として、ＴＣＢ（ＴＣＡ＞ＴＣＢ）を有する材料Ｂとを用いて、図４の（ｂ）に示す積層構造体２５を作製する。そして、磁気泳動を行う際に、磁性粒子を分散させた液温をＴＣＡとＴＣＢの間の温度Ｔ（ＴＣＡ＞Ｔ＞ＴＣＢ）に保つ。それにより、材料Ｂの自発磁化がゼロとなるので、材料Ｂの端面には磁性粒子が付着せず、材料Ａの端面のみに、絶縁膜を選択的に形成することができる。材料Ａ及び材料Ｂの組み合わせとしては、例えば、パーメンデュール（キュリー点９８０℃）とニッケル（キュリー点３５４℃）を用いることができる。
【００４９】
このように、磁性の発現を温度によって制御することにより、導電材料として用いることができる材料の選択の幅を広げることが可能になる。また、キュリー点の他にも、構造相転移温度や、ガラス転移点によって磁性の発現を制御しても良い。
【００５０】
次に、本発明の第３の実施形態に係る積層構造体の製造方法について説明する。
本実施形態においては、内部電極層を側面電極から絶縁するために、磁気泳動によって、導電性を有する磁性粒子を内部電極層の端面に付着させた後で、それらの磁性粒子を酸化させることにより、絶縁膜１２（図１）を形成する。そのため、本実施形態においては、磁性粒子として鉄やニッケル等の酸化し易い材料を用いて磁気泳動（図２）を行う。
【００５１】
まず、図３及び図４を用いて説明したのと同様にして、複数の圧電材料層２１と電極層２２及び２３とを含む複数の短冊状の積層構造体２５を作製する。次に、図４の（ｃ）に示すように、例えば、鉄の微粉材を分散させた液体に、複数の積層構造体２５を浸し、磁気泳動によって第１導電材料１６の端面を鉄の微粉材によって被膜する。次に、被膜が形成された複数の積層構造体２５を、８００℃の空気中で３０分間熱処理することにより、被膜部分を酸化させる。これにより、図５の（ａ）に示す絶縁膜２６が形成される。
その後の工程については、第１の実施形態において説明したものと同様である。
【００５２】
このように、本実施形態によれば、通常の状態では導電性を有する材料であっても、熱処理等によって酸化可能な材料であれば、その材料を磁性粒子の原料として用いることができるので、材料選択の幅を広げることができる。
或いは、内部電極層の端面を覆う磁性粒子の被膜を絶縁化するために、酸化処理だけでなく、窒化処理や、フッ化処理や、硫化処理を用いても良い。例えば、フッ化処理を用いる場合には、磁性粒子としてニッケルを用いた磁気泳動によって内部電極層の端面を被膜し、塩酸を用いてその被膜を塩化させた後に、１５０℃の雰囲気でフッ素を作用させる。それにより、絶縁性を有するフッ化ニッケル（ＮｉＦ２）を形成することができる。
【００５３】
さらに、本実施形態に係る積層構造体の製造方法の変形例として、磁性粒子を絶縁化するために、上記のような化学処理以外にも、準結晶構造化、アモルファス化、マルテンサイト変体等の構造転移を用いても良い。
【００５４】
次に、本発明の第４の実施形態に係る積層構造体の製造方法について説明する。
本実施形態においては、図１に示す内部電極層１１ａ及び１１ｂを側面電極１３ａ及び１３ｂからそれぞれ絶縁するために、磁気泳動によって磁性粒子２（図２）を内部電極層の端面に付着させることにより絶縁膜１２を形成すると共に、絶縁膜１２が形成された側の導電材料の端面を酸化させる。そのため、絶縁膜が形成される側の導電材料として、ある程度酸化し易い磁性材料を用いている。そのような材料としては、例えば、ニッケルが挙げられる。
【００５５】
まず、図３及び図４を用いて説明したのと同様にして、第１導電材料１６としてニッケルを用い、第２導電材料１７として白金を用い、複数の圧電材料層２１と電極層２２及び２３とを含む複数の短冊状の積層構造体２５を作製する。次に、図４の（ｃ）に示すように、例えば、フェライト磁石系材料を液体に分散させたサスペンション４に複数の積層構造体２５を浸し、磁気泳動によって第１導電材料１６の端面に絶縁膜２６を形成する。次に、絶縁膜が形成された複数の積層構造体２５を、例えば、５００℃〜１０００℃程度の酸素雰囲気又は空気中で熱処理することにより、第１導電材料１６（ニッケル）の端面を酸化させる。なお、この熱処理の温度及び時間を制御することにより、圧電材料層に対する熱処理を兼ねても良い。
【００５６】
このように、本実施形態によれば、内部電極層の端面に磁性粒子による絶縁膜を形成するのに加えて、内部電極層の端面自体を酸化させるので、内部電極層を側面電極からより確実に絶縁することが可能になる。
或いは、内部電極層の端面を絶縁化するために、酸化処理だけでなく、窒化処理や、フッ化処理や、硫化処理を用いても良い。そのためには、側面電極から絶縁される側の導電材料（第１導電材料１６）として、窒化、フッ化、又は、硫化しやすい材料を用い、先に第２の実施形態において説明したのと同様の処理を行えば良い。
【００５７】
以上説明したように、本発明によれば、磁気泳動を用いることにより、内部電極層の端面に絶縁膜を容易に形成することができる。また、電圧印加等のプロセスが不要になるので、プロセス全体を簡素化することができる。さらに、作製目的とする積層構造体の配置やピッチにかかわらず、側面の絶縁膜を形成することができる。特に、フォトリソグラフィや、電気泳動のための対向電極の配置が困難な場合であっても、本実施形態によれば容易に絶縁膜を形成できるので、新規なデバイスや新規な機能を創生することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態に係る積層構造体を示す断面図である。
【図２】図１に示す絶縁膜の形成方法の原理を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る積層構造体の製造方法を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る積層構造体の製造方法を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る積層構造体の製造方法を説明するための図である。
【図６】エアロゾルデポジション法を用いた成膜装置の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る積層構造体アレイの製造方法を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る積層構造体アレイの製造方法を説明するための図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る積層構造体アレイを用いた超音波用探触子の構造を示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る積層構造体アレイの別の製造方法を説明するための図である。
【図１１】従来の積層構造体における配線方法を説明するための図である。
【図１２】従来の積層構造体における別の配線方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５９】
１、１００、２００  積層構造体
１ａ、１ｂ、２０ａ、２０ｂ  側面
２  磁性粒子
３  液体
４  サスペンション
１０、２１、１０１、２０１  圧電材料層
１１ａ、１１ｂ、１０２、１０３、２０２  内部電極層
１２、２６、４４、２０３  絶縁膜
１３ａ、１３ｂ、２７、１０４、１０５、２０４  側面電極
１４、４２  上部電極
１５  下部電極
１６  第１導電材料
１７  第２導電材料
２０  基板
２２、２３  電極層
２４  ワークピース
２５  構造体
３１  原料の粉体
３２  エアロゾル生成容器
３３  キャリアガス導入部
３４  エアロゾル導出部
３５  振動部
３６  成膜チャンバ
３７  排気管
３８  ノズル
３９  可動ステージ
４０  白金膜
４１  絶縁領域
４３  エポキシ樹脂（充填材）
４５  共通電極
５０  積層構造体アレイ
５１  配線
５２  音響整合層
５３  バッキング材
１０６  絶縁領域
【図１】
2006093448.tif 000003
【図２】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図１０】
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