(57)【要約】      （修正有）【課題】下部電極と配線層とのコンタクト面積を大きくすることができる信頼性の高い圧電デバイスを提供する。【解決手段】圧電デバイス１００は、圧電体層３０の側面は、圧電体層３０の上面３２と接続する第１部分と、第１部分と接続する第２部分と、を有し、第１部分は、基板１０の上面１２に対して第１角度α１で傾いており、第２部分は、基板１０の上面１２に対して第１角度α１より小さい第２角度α２で傾いており、開口部６０の内壁を形成する圧電体層３０の側面３６は、基板１０の上面１２に対して第３角度β１で傾く第３部分３７を有し、開口部６０の内壁を形成する下部電極２０の側面２４は、基板１０の上面１２に対して第３角度β１より小さい第４角度β２で傾く第４部分２５を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極と、前記下部電極を覆って形成された圧電体層と、前記圧電体層および前記下部電極に形成され前記下部電極と導通をとるための開口部と、前記開口部内で前記下部電極に接続された配線層と、前記圧電体層上に形成された上部電極と、を含む圧電素子が基板上に複数配列された圧電デバイスであって、
平面視において、前記上部電極が前記圧電素子の配列方向に連続する第１領域と、前記第１領域と隣接し前記開口部が複数配列された第２領域と、を有し、
前記圧電体層の側面は、
前記圧電体層の上面と接続する第１部分と、
前記第１部分と接続する第２部分と、を有し、
前記第１部分は、前記基板の上面に対して第１角度で傾いており、
前記第２部分は、前記基板の上面に対して前記第１角度より小さい第２角度で傾いており、
前記開口部の内壁を形成する前記圧電体層の側面は、
前記基板の上面に対して第３角度で傾く第３部分を有し、
前記開口部の内壁を形成する前記下部電極の側面は、
前記基板の上面に対して前記第３角度より小さい第４角度で傾く第４部分を有する、圧電デバイス。
【請求項２】
請求項１において、
前記開口部は、平面形状が八角形である、圧電デバイス。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電デバイスを含み、
前記基板は、可撓性を有し、前記圧電体層の動作によって変形する、圧電アクチュエーター。
【請求項４】
請求項３に記載の圧電アクチュエーターと、
ノズル孔と連通し、前記圧電アクチュエーターの動作によって容積が変化する圧力室と、
を含む、液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項４に記載の液体噴射ヘッドを含む、液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電デバイス、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子は、電圧印加によりその形状を変化させる特性を有する素子であり、圧電体層を電極で挟んだ構造を有する。圧電素子は、例えばインクジェットプリンターの液滴吐出ヘッド部分や、各種アクチュエーターなど多様な用途に用いられている。
【０００３】
圧電素子は、基板および基板上に形成された下部電極を覆うようにウェハ全面に圧電体層を成膜し、該圧電体層をパターニングした後、上部電極を形成することよって製造できる（例えば、特許文献１参照）。この場合、圧電体層をパターニングする際に、圧電体層の駆動部（電気信号によって変形する部分）と、圧電体層に下部電極と導通をとるための開口部（コンタクトホール）と、を一括で形成するなど、製造時に使用するマスク数を少なくすることが、コスト的に有利となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８８４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧電素子を有する圧電デバイスの製造時において、下部電極がパターニングされている基板上に例えばスピンコート法により圧電体層を成膜すると、圧電体層は、ウェハ上面がほぼ平面になるように形成される。すなわち、下部電極パターン上の圧電体層の膜厚は、基板上の膜厚に比べて薄くなる。このような場合に、圧電体層の駆動部を切り分けるパターンと、下部電極と導通をとるための開口部（コンタクトホール）と、を一括して形成しようとすると、下部電極上の圧電体層の膜厚は、基板上の圧電体層の膜厚に比べて下部電極の膜厚分小さいため、下部電極がオーバーエッチングされることになる。ウェハの面内によっては、該オーバーエッチングによって、下部電極が全てエッチングされ、コンタクトホール内に基板が露出し、下部電極と配線層とのコンタクト面積が小さくなって、下部電極との導通が困難となる場合がある。
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、下部電極と配線層とのコンタクト面積を大きくすることができる信頼性の高い圧電デバイスを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記圧電デバイスを含む圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る圧電デイバスは、
下部電極と、前記下部電極を覆って形成された圧電体層と、前記圧電体層および前記下部電極に形成され前記下部電極と導通をとるための開口部と、前記開口部内で前記下部電極に接続された配線層と、前記圧電体層上に形成された上部電極と、を含む圧電素子が基板上に複数配列された圧電デバイスであって、
平面視において、前記上部電極が前記圧電素子の配列方向に連続する第１領域と、前記第１領域と隣接し前記開口部が複数配列された第２領域と、を有し、
前記圧電体層の側面は、
前記圧電体層の上面と接続する第１部分と、
前記第１部分と接続する第２部分と、を有し、
前記第１部分は、前記基板の上面に対して第１角度で傾いており、
前記第２部分は、前記基板の上面に対して前記第１角度より小さい第２角度で傾いており、
前記開口部の内壁を形成する前記圧電体層の側面は、
前記基板の上面に対して第３角度で傾く第３部分を有し、
前記開口部の内壁を形成する前記下部電極の側面は、
前記基板の上面に対して前記第３角度より小さい第４角度で傾く第４部分を有する。
【０００８】
このような圧電デバイスによれば、前記下部電極と前記配線層とのコンタクト面積を大きくすることができ、高い信頼性を有することができる。
【０００９】
より具体的に説明する。本発明に係る圧電デバイスは、前記下部電極および前記上部電極に挟まれた前記圧電体層を並べたデバイスである。その構造は、前記下部電極を個別電極、前記上部電極を複数の前記圧電体層にまたがる共通電極とする。前記下部電極の上には前記圧電体層が形成されているため、前記圧電体層に前記開口部を作り、前記下部電極との接続をとる。前記開口部のエッチングにあたり、前記圧電体層の前記下部電極の深さまでは、前記基板の上面に対して、前記第３角度でのエッチングを行い、前記下部電極の深さに到達した後は、前記基板の上面に対して前記第４角度にてエッチングを行い、前記下部電極と前記第４角度にて、コンタクトをとることで、次の工程で前記開口部に、前記配線層を形成したときのカバレッジを良くし、コンタクトでの断線を防止する。このようにして高い信頼性を得ることができる。
【００１０】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【００１１】
本発明に係る圧電デイバスは、
前記開口部は、平面形状が八角形であることができる。
【００１２】
このような圧電デバイスによれば、例えばμローディング効果によって、確実に、前記下部電極と前記配線層とのコンタクト面積を大きくすることができる。
【００１３】
本発明に係る圧電アクチュエーターは、
本発明に係る圧電デバイスを含み、
前記基板は、可撓性を有し、前記圧電体層の動作によって変形する。
【００１４】
このような圧電アクチュエーターによれば、前記圧電デバイスを含むので、高い信頼性を有することができる。
【００１５】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
本発明に係る圧電アクチュエーターと、
ノズル孔と連通し、前記圧電アクチュエーターの動作によって容積が変化する圧力室と、
を含む。
【００１６】
このような液体噴射ヘッドによれば、前記圧電アクチュエーターを含むので、高い信頼性を有することができる。
【００１７】
本発明に係る液体噴射装置は、
本発明に係る液体噴射ヘッドを含む。
【００１８】
このような液体噴射装置によれば、前記液体噴射ヘッドを含むので、高い信頼性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係る圧電デバイスを模式的に示す平面図。
【図２】本実施形態に係る圧電デバイスを模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る圧電デバイスを模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係る圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係る圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】本実施形態に係る圧電デバイスの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１１】本実施形態の第１変形例に係る圧電デバイスを模式的に示す平面図。
【図１２】本実施形態の第１変形例に係る圧電デバイスを模式的に示す断面図。
【図１３】本実施形態の第１変形例に係る圧電デバイスを模式的に示す断面図。
【図１４】本実施形態の第２変形例に係る圧電デバイスを模式的に示す平面図。
【図１５】本実施形態の第２変形例に係る圧電デバイスを模式的に示す断面図。
【図１６】本実施形態の第２変形例に係る圧電デバイスを模式的に示す断面図。
【図１７】本実施形態の第３変形例に係る圧電デバイスを模式的に示す断面図。
【図１８】本実施形態の第４変形例に係る圧電デバイスを模式的に示す平面図。
【図１９】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。
【図２０】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図２１】本実施形態に係る液体噴射装置を模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
１．  圧電デバイス
まず、本実施形態に係る圧電デバイス１００について、図面を参照しながら説明する。図１は、圧電デバイス１００を模式的に示す平面図である。図２は、圧電デバイス１００を模式的に示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、圧電デバイス１００を模式的に示す図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【００２２】
圧電デバイス１００では、図１に示すように、圧電素子１１０が複数配列されている。図示の例では、圧電素子１１０は、３つ設けられているが、その数は特に限定されない。圧電素子１１０は、図１〜図３に示すように、基板１０と、下部電極２０と、圧電体層３０と、上部電極４０と、配線層５０と、開口部６０と、を有する。さらに、圧電素子１１０は、導電層４２を含むことができる。
【００２３】
また、圧電デバイス１００は、図１に示すように平面視において、圧電体層３０の駆動部３１が形成される第１領域１０１と、第１領域１０１と隣接し下部電極２０と導通をとるための開口部６０が形成される第２領域１０２と、を有する。第１領域１０１は、上部電極４０が圧電素子１１０の配列方向に連続している領域ともいえる。第２領域１０２は、開口部６０が複数配列されている領域ともいえる。
【００２４】
以下、まず圧電デバイス１００の全体の構成について説明し、次に、圧電体層３０の駆動部３１、および開口部６０について詳細に説明する。
【００２５】
（１）全体の構成について
基板１０は、図１〜図３に示すように、第１領域１０１および第２領域１０２に形成されている。基板１０の材質としては、例えば、導電体、半導体、絶縁体などを列挙することができ、特に限定されないが、基板１０の上面１２に下部電極２０を形成することから、基板１０の表層は、絶縁体が好ましい。より具体的には、基板１０としては、例えば、単結晶シリコン基板を用いることができる。また、基板１０は、可撓性を有し、圧電体層３０の動作によって変形（屈曲）する振動板であってもよい。この場合、圧電デバイス１００は、圧電アクチュエーターとして機能することができ、基板１０としては、例えば、単結晶シリコン上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）とを積層したものを用いることができる。
【００２６】
下部電極２０は、第１領域１０１および第２領域１０２であって、基板１０上に形成されている。下部電極２０の材質としては、例えば、白金、イリジウム、それらの導電性酸化物、ランタンニッケル酸化物（ＬａＮｉＯ３：ＬＮＯ）などを列挙することができる。下部電極２０は、前述の例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。下部電極２０の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。下部電極２０は、圧電体層３０に電圧を印加するための一方の電極である。
【００２７】
圧電体層３０は、第１領域１０１および第２領域１０２であって、下部電極２０を覆って形成されている。圧電体層３０としては、ペロブスカイト型酸化物の圧電材料を用いることができる。より具体的には、圧電体層３０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮ）などを用いることができる。圧電体層３０の厚さは、例えば、３００ｎｍ〜３０００ｎｍである。
【００２８】
導電層４２は、第１領域１０１および第２領域１０２であって、圧電体層３０の上面３２上に形成されている。導電層４２としては、例えば、下部電極２０の説明で例示した材料と同じ材料を用いることができるが、特に、圧電体層３０との密着性、圧電体層３０への拡散性などを考慮して選択される。より具体的には、導電層４２の材質としては、例えば、イリジウム（厚さ１０ｎｍ）を列挙することができる。導電層４２は、後述するように、プロセスダメージから、圧電体層３０の上面３２を保護することができる。また、導電層４２は上部電極としても機能することができる。なお、導電層４２は、設けられていなくてもよい。
【００２９】
上部電極４０は、第１領域１０１であって、導電層４２および圧電体層３０上に形成されている。例えば、上部電極４０の有無によって、第１領域１０１と第２領域１０２とを区画することができる。上部電極４０としては、例えば、下部電極２０の説明で例示した材料と同じ材料を用いることができる。上部電極４０の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。上部電極４０は、圧電体層３０に電圧を印加するための他方の電極である。
【００３０】
配線層５０は、第２領域１０２であって、開口部６０内に形成されている。配線層５０は、図１および図３に示すように、第１配線層５２、第２配線層５４および第３配線層５６の３層から構成されていてもよい。第１配線層５２は、例えば、開口部６０内には形成されておらず、平面視において、開口部６０の周囲に形成されていることができる。第１配線層５２の材質は、導電層４２と同じ材質であってもよい。第２配線層５４は、第１配線層５２上および開口部６０内に形成されている。第２配線層５４の材質は、上部電極４０の材質と同じであってもよい。第３配線層５６は、少なくとも第２配線層５４上に形成されている。図１に示すように平面視において、第３配線層５６の外周は、第２配線層５４の外周よりも外側に位置していてもよい。第３配線層５６の材質としては、ニッケル、金、銅、アルミニウム、タングステンなどを列挙することができる。配線層５０によって、外部から下部電極２０に電圧を印加することができる。
【００３１】
（２）圧電体層の駆動部について
圧電体層３０の駆動部３１は、図１および図２に示すように、第１領域１０１に形成されている。駆動部３１は、圧電体層３０のうち上部電極４０と下部電極２０とに挟まれた部分を含み、電気信号によって駆動する部分を含む。駆動部３１は、例えば図１に示すように平面視において、第１領域１０１であって、開口部６２に挟まれた圧電体層３０であるといえる。開口部６２は、圧電体層３０に形成され、基板１０（基板１０の上面１２）を露出している。すなわち、開口部６２の底面６２ａは、基板１０の上面１２であり、図示の例では、上部電極４０と接触している。したがって、駆動部３１は、第１領域１０１であって、平面視において、基板１０と上部電極４０との接触面（底面６２ａ）に挟まれた領域であるともいえる。
【００３２】
駆動部３１は、下部電極２０を覆って形成されている。図２に示す例では、駆動部３１は、下部電極２０の上面および側面と、基板１０の上面１２と、を覆っている。駆動部３１は、上面３２と、上面３２に接続する側面３３と、を有する。図示の例では、駆動部３１の上面３２は、平坦な面（平面）であり、基板１０の上面１２と平行である。駆動部３１の側面３３は、駆動部３１の上面３２から、基板１０の上面１２まで設けられている。側面３３は、上部電極４０に覆われている。側面３３は、第１部分３４と、第２部分３５と、を有することができる。
【００３３】
第１部分３４は、駆動部３１の上面３２と接続している。第１部分３４は、基板１０の上面１２に対して第１角度α１で傾いている。図示の例では、便宜上、第１部分３４は、上面１２と平行な架空線Ｌに対して、第１角度α１で傾いて図示されている。第１角度α１は、鋭角である。第１部分３４は、平坦な面（平面）であることができる。
【００３４】
第２部分３５は、第１部分３４と接続している。図示の例では、第２部分３５は、さらに、基板１０の上面１２と接続している。第２部分３５は、第１部分３４よりも下方側の側面である。第２部分３５は、基板１０の上面１２に対して第２角度α２で傾いている。第２角度α２は、第１角度α１よりも小さい。第２部分３５は、平坦な面（平面）であることができる。
【００３５】
圧電体層３０の側面３３は、基板１０の上面１２に対して異なる傾きを有する第１部分３４および第２部分３５によって、屈曲部Ｐ１を有することができる。すなわち、屈曲部Ｐ１は、第１部分３４と第２部分３５との境界に位置している。屈曲部Ｐ１から基板１０の上面１２までの距離（膜厚）は、例えば、下部電極２０の膜厚と同じ程度である。屈曲部Ｐ１から基板１０の上面１２までの距離（膜厚）は、例えば、圧電体層３０の上面３２から基板１０の上面１２までの距離（膜厚）の１／１０程度である。また、圧電体層３０の上面３２から基板１０の上面１２までの距離が１．２μｍ程度である場合、屈曲部Ｐ１から、圧電体層３０の側面３３と基板１０の上面１２との接続部Ｐ２までの距離は、例えば、１．３μｍ程度である。
【００３６】
なお、図示はしないが、側面３３は、第１部分３４および第２部分３５の他に、上面１２に対して所定の角度で傾く部分を有していてもよい。また、側面３３は、曲面となる部分を有していてもよい。
【００３７】
（３）開口部について
開口部６０は、図１および図３に示すように、第２領域１０２であって、圧電体層３０および下部電極２０に形成されている。図１に示す例では、開口部６０は、下部電極２０と重なっており、下部電極２０の外周の内側に設けられている。図１に示す例では、開口部６０の平面形状は、矩形であるが、特に限定されない。開口部６０内には、配線層５０が形成されている。これにより、下部電極２０は、配線層５０と電気的に接続されることができる。すなわち、開口部６０は、コンタクトホールということもできる。開口部６０の内壁は、図３に示すように、圧電体層３０の側面３６と、下部電極２０の側面２４と、によって形成されている。図示の例では、開口部６０の内壁は、さらに基板１０の上面１２によっても形成されている。
【００３８】
圧電体層３０の側面３６は、第３部分３７を有することができる。図示の例では、圧電体層３０は、第３部分３７のみから構成されている。図示の例では、第３部分３７は、圧電体層３０の上面３２と、下部電極２０の上面２２と、に接続されている。第３部分３７は、基板１０の上面１２に対して第３角度β１で傾いている。図３に示す例では、便宜上、第３部分３７は、基板１０の上面１２と平行な下部電極２０の上面２２に対して、第３角度β１で傾いて図示されている。第３角度β１は、鋭角である。第３角度β１は、例えば、第１角度α１と等しくてもよい。第３部分３７は、平坦な面（平面）であることができる。なお、図示はしないが、側面３６は、第３部分３７の他に、基板１０の上面１２に対して所定の角度で傾く部分を有していてもよい。また、側面３６は、曲面となる部分を有していてもよい。
【００３９】
下部電極２０の側面２４は、第４部分２５と、第５部分２６と、を有することができる。第４部分２５は、基板１０の上面１２と接続している。第４部分２５は、基板１０の上面１２に対して第４角度β２で傾いている。第４角度β２は、第３角度β１よりも小さい。第４角度β２は、例えば、第２角度α２と等しくてもよい。第４部分２５は、平坦な面（平面）であることができる。第５部分２６は、下部電極２０の上面２２、および第４部分２５と接続している。第５部分２６は、図３に示すように、第３部分３７に連続しており、基板１０の上面１２に対して第３角度β１で傾いていてもよい。第４部分２５は、平坦な面（平面）であることができる。なお、図示はしないが、側面２４は、第４部分２５および第５部分２６の他に、基板１０の上面１２に対して所定の角度で傾く部分を有していてもよい。また、側面２４は、曲面となる部分を有していてもよい。また、側面２４は、第５部分２６を有さず、第４部分２５のみから構成されていてもよい。
【００４０】
本実施形態に係る圧電デバイス１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００４１】
圧電デバイス１００によれば、開口部６０の内壁を形成する下部電極２０の側面２４は、第４部分２５と第５部分２６とを有することができる。第４部分は、基板１０の上面１２に対して、第３角度β１より小さい第４角度β２で傾いる。そのため、圧電デバイス１００では、下部電極２０の側面２４が、角度β１で傾く第５部分２６からのみなる場合に比べて、下部電極２０と配線層５０との接触面積を大きくすることができる。また、開口部６０内における配線層５０のカバレッジを向上させることができ、配線層５０の断線を防止することができる。したがって、圧電デバイス１００は、高い信頼性を有することができる。
【００４２】
２．  圧電デバイスの製造方法
次に、本実施形態に係る圧電デバイス１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図４〜図１０は、本実施形態に係る圧電デバイス１００の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、図４〜図１０において、（ａ）は図２に対応し、（ｂ）は図３に対応している。
【００４３】
図４に示すように、基板１０上に下部電極２０を形成する。下部電極２０は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成される。より具体的には、基板１０上に、導電層（図示せず）を形成し、該導電層をパターニングすることにより、下部電極２０を形成することができる。
【００４４】
図５に示すように、下部電極２０を覆うように、ウェハ全面に圧電体層３０となる圧電体層３０ａを成膜する。圧電体層３０ａは、例えば、スピンコート法を用いたゾルゲル法またはＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより形成される。圧電体層３０ａは、ウェハの面内でウェハ上面の高さが均一（ほぼ均一）になるように成膜される。ここで、例えば、圧電体層３０ａの材質がＰＺＴである場合、酸素雰囲気で７００度程度のアニールを行うことにより、圧電体層３０ａを結晶化することができる。なお、結晶化は、圧電体層３０ａをパターニングした後に行うこともできる。また、圧電体層３０ａは、成膜と結晶化とを複数回繰り返して形成することもできる。
【００４５】
次に、導電層４２となる導電層４２ａ、および第１配線層５２となる第１配線層５２ａを成膜する。導電層４２ａおよび第１配線層５２ａは、１つの層としてウェハ全面に同時に形成されることができる。導電層４２ａおよび第１配線層５２ａは、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成される。
【００４６】
次に、導電層４２ａおよび第１配線層５２ａ上に、所定の形状のレジストＲを形成する。レジストＲは、例えば、導電層４２ａの上面および第１配線層５２ａの上面に対して、角度θで傾く側面を有するように形成される。角度θの大きさは、露光時間や、ベーク温度によって調整される。なお、駆動部３１を形成するためのレジストＲの角度θ（図５（ａ）参照）と、開口部６０を形成するためのレジストＲの角度θ（図５（ｂ）参照）とは、同じ大きさであってもよいし、異なっていてもよい。
【００４７】
図６に示すように、レジストＲをマスクとして、導電層４２ａ、第１配線層５２ａおよび圧電体層３０ａをエッチングする。これにより、駆動部３１となる圧電体層３０ａ上に、導電層４２を形成することができる。図６は、エッチング工程の途中の状態を示しており、下部電極２０の上面２２が露出された状態（下部電極２０は、エッチングされていない状態）を示している。エッチングは、例えば、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）のような高密度プラズマ装置を用いたドライエッチングにより行うことができる。該高密度プラズマ装置（ドライエッチング装置）において、１．０Ｐａ以下の圧力に設定すると良好にエッチングを行うことができる。導電層４２ａおよび第１配線層５２ａをエッチングするためのエッチングガスとしては、例えば、塩素系ガスとアルゴンガスの混合ガスを用いることができる。圧電体層３０ａをエッチングするためのエッチングガスとしては、例えば、塩素系ガスとフロン系ガスとの混合ガスを用いることができる。塩素系のガスとしては、例えば、Ｃｌ２、ＢＣｌ３などが挙げられる。フロン系のガスとしては、例えば、Ｃ４Ｆ８、ＣＦ４などが挙げられる。
【００４８】
上記の条件で圧電体層３０ａをエッチングすることにより、第１領域１０１の圧電体層３０ａの側面３３ａは、第１部分３４ａおよび第２部分３５ａを有することができる（図６（ａ）参照）。第１部分３４ａは、圧電体層３０ａの上面３２ａと接続している。第２部分３５ａは、第１部分３４ａと接続している。第２部分３５ａの上面１２に対する傾きは、第１部分３４ａの上面１２に対する傾きより小さい。例えば、第１部分３４ａの上面１２に対する傾き角度は、第１角度α１と同じ大きさであってもよい。例えば、第２部分３５ａの上面１２に対する傾き角度は、第２角度α２と同じ大きさであってもよい。
【００４９】
また、第２領域１０２の圧電体層３０ａの側面３６ａは、第３部分３７ａおよび第４部分３８ａを有することができる（図６（ｂ）参照）。第３部分３７ａは、圧電体層３０ａの上面３２ａと接続している。第４部分３８ａは、第３部分３７ａ、および下部電極２０の上面２２と接続している。第４部分３８ａの上面１２に対する傾きは、第３部分３７ａの上面１２に対する傾きより小さい。例えば、第３部分３７ａの上面１２に対する傾き角度は、第３角度β１と同じ大きさであってもよい。例えば、第４部分３８ａの上面１２に対する傾き角度は、第４角度β２と同じ大きさであってもよい。
【００５０】
ここで、上記の条件で圧電体層３０ａをエッチングすると、基板１０の上面１２に対して傾き角度が異なる側面が形成される理由（すなわち、側面が各部分３４ａ，３５ａ，３７ａ，３８ａを有する理由）について説明する。圧電体層３０の材質がＰＺＴである場合、エッチャントは主に塩素系ガスである。上記の混合ガスによりエッチングを行うと、フロン系のガスによって塩素ラジカルが多量に発生し、反応性の高いエッチングになる。この場合、エッチングガスが構造体の側壁（圧電体層３０ａの側面３３ａ，３６ａ近傍や、基板１０の上面１２、下部電極２０の上面２２近傍など）に供給されにくくなり、その部分のエッチングレートが小さくなる。そのため、上面１２に対して傾き角度が異なる側面が形成されると推察される。また、μローディング効果によって、上面１２に対して傾き角度が異なる側面が形成されるともいえる。μローディング効果とは、パターン密度の局所的な差異により、エッチング速度や形状が変化する現象を言う。なお、側面の傾き角度は、オーバーエッチング量や、角度θの大きさで調整することができる。
【００５１】
図７に示すように、さらに、エッチングを行って、駆動部３１および開口部６０を形成する。第２領域１０２では、下部電極２０がエッチング（オーバーエッチング）される（図７（ｂ）参照）。その際、例えば、図６（ｂ）で示した第４部分３８ａがマスクとなり、開口部６０の内壁を形成する下部電極２０の側面２４は、第４部分２５を有することができる。
【００５２】
図８に示すように、レジストＲを除去し、上部電極４０となる上部電極層４０ａ、および第２配線層５４となる第２配線層５４ａを成膜する。上部電極層４０ａおよび第２配線層５４ａは、１つの層としてウェハ全面に同時に形成されることができる。上部電極層４０ａおよび第２配線層５４ａは、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成される。
【００５３】
図９に示すように、上部電極層４０ａをパターニングして、上部電極４０を形成する。また、第１配線層５２ａおよび第２配線層５４ａをパターニングして、第１配線層５２および第２配線層５４を形成する。上部電極層４０ａをパターニングと、第１配線層５２ａおよび第２配線層５４ａのパターニングとは、同一の工程で行われることができる。
【００５４】
図１０に示すように、ウェハ全面に、第３配線層５６となる第３配線層５６ａを形成する。第３配線層５６ａは、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成される。
【００５５】
図２および図３に示すように、第３配線層５６ａをパターニングして、第３配線層５６を形成する。これにより、配線層５０を形成することができる。
【００５６】
以上の工程により、圧電デバイス１００を製造することができる。
【００５７】
本実施形態に係る圧電デバイス１００の製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。
【００５８】
圧電デバイス１００の製造方法によれば、開口部６０の内壁を形成する下部電極２０の側面２４は、第４部分２５と第５部分２６とを有するように形成することができる。第４部分２５は、基板１０の上面１２に対して、第３角度β１より小さい第４角度β２で傾いる。そのため、圧電デバイス１００では、下部電極２０の側面２４が、角度β１で傾く第５部分２６からのみなる場合に比べて、下部電極２０と配線層５０との接触面積を大きくすることができる。また、開口部６０内における配線層５０のカバレッジを向上させることができ、配線層５０の断線を防止することができる。したがって、信頼性の高い圧電デバイス１００を形成することができる。
【００５９】
圧電デバイス１００の製造方法によれば、基板１０の上面１２が露出するように開口部６０を形成しても、下部電極２０と配線層５０との接触面積を大きくすることができる。そのため、駆動部３１を形成する際に、不要な圧電体層３０を除去するために、十分なオーバーエッチングを行うことができる。
【００６０】
圧電デバイス１００の製造方法によれば、圧電体層３０ａの上面３２ａを、導電層４２で覆うことができる。そのため、プロセスダメージ（圧電体層３０ａをエッチングするときのダメージや、レジストＲを除去するときのダメージなど）から、圧電体層３０の上面３２を保護することができる。そのため、信頼性の高い圧電デバイス１００を製造することができる。
【００６１】
３．  圧電デバイスの変形例
次に、本実施形態の変形例に係る圧電デバイス２００，３００，４００，５００について説明する。以下、本実施形態の変形例に係る圧電デバイス２００，３００，４００，５００において、本実施形態に係る圧電デバイス１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６２】
（１）第１変形例に係る圧電デバイス
まず、本実施形態の第１変形例に係る圧電デバイス２００について、図面を参照しながら説明する。図１１は、圧電デバイス２００を模式的に示す平面図である。図１２は、圧電デバイス２００を模式的に示す図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。図１３は、圧電デバイス２００を模式的に示す図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。
【００６３】
圧電デバイス１００の例では、図１〜図３に示すように、配線層５０は、第１配線層５２、第２配線層５４および第３配線層５６から構成されていた。これに対して、圧電デバイス２００では、図１１および図１３に示すように、配線層５０は、第１配線層５２および第２配線層５４から構成されていることができる。これにより、圧電デバイス２００では、圧電デバイス１００の例に比べて、製造工程を削減することができる。
【００６４】
（２）第２変形例に係る圧電デバイス
次に、本実施形態の第２変形例に係る圧電デバイス３００について、図面を参照しながら説明する。図１４は、圧電デバイス３００を模式的に示す平面図である。図１５は、圧電デバイス３００を模式的に示す図１４のＸＶ−ＸＶ線断面図である。図１６は、圧電デバイス３００を模式的に示す図１４のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。
【００６５】
圧電デバイス１００の例では、図１〜図３に示すように、配線層５０は、第１配線層５２、第２配線層５４および第３配線層５６から構成されていた。これに対して、圧電デバイス３００では、図１４および図１６に示すように、配線層５０は、第３配線層５６のみから構成されていてもよい。
【００６６】
（３）第３変形例に係る圧電デバイス
次に、本実施形態の第３変形例に係る圧電デバイス４００について、図面を参照しながら説明する。図１７は、圧電デバイス４００を模式的に示す断面図であり、図３に対応している。
【００６７】
圧電デバイス１００の例では、図３に示すように、開口部６０は、基板１０の上面１２を露出するように形成されていた。これに対し、圧電デバイス４００では、図１７に示すように、開口部６０は、基板１０の上面１２を露出しないように形成されている。例えば、開口部６０を形成するためのドライエッチングにおける選択比が高い材質で、少なくとも下部電極２０の上面２２を形成することより、基板１０の上面１２を露出しないように形成することができる。すなわち、下部電極２０の上面２２を構成する材質の選択比は、下部電極２０の下面を構成する材質の選択に比べて高い。より具体的には、下部電極２０の上面２２を構成する材質としては、ランタンニッケル酸化物（ＬａＮｉＯ３：ＬＮＯ）、ストロンチウムルテニウム酸化物（ＳｒＲｕＯ３：ＳＲＯ）などの酸化物材料を列挙することができる。下部電極２０の下面を構成する材質としては、白金、イリジウム、それらの導電性酸化物などを列挙することができる。なお、上記の酸化物材料で形成された層は、配線層５０とのコンタクト抵抗が高いため、該層を除去するように開口部６０を形成することが望ましい。
【００６８】
圧電デバイス４００によれば、基板１０の上面１２が露出されないので、例えば圧電デバイス１００に比べて、さらに下部電極２０と配線層５０との接触面積を大きくすることができる。
【００６９】
（４）第４変形例に係る圧電デバイス
次に、本実施形態の第４変形例に係る圧電デバイス５００について、図面を参照しながら説明する。図１８は、圧電デバイス５００を模式的に示す平面図であり、図１に対応している。
【００７０】
圧電デバイス１００の例では、図１に示すように、開口部６０の平面形状は、矩形であった。これに対し、圧電デバイス５００では、図１８に示すように、開口部６０の平面形状は、少なくとも一つの角が鋭角を有する。図示の例では、開口部６０の平面形状は、八角形であるが、特に限定されない。
【００７１】
圧電デバイス５００によれば、開口部６０の平面形状は鋭角を有することにより、例えばμローディング効果が大きくなって、該鋭角の部分では圧電体層３０ａのエッチングレートが小さくなる。そのため、例えば圧電デバイス１００に比べて、圧電素子３０ａの側面３３ａは、第４部分３８ａを有しやすくなる（図６（ｂ）参照）。すなわち、第４部分３８ａの面積を大きくすることができる。したがって、下部電極２０の側面２４に、第４部分２５を形成しやすくなる。
【００７２】
４．  液体噴射ヘッド
次に、本発明に係る圧電デバイスが圧電アクチュエーターとして機能している液体噴射ヘッド６００について、図面を参照しながら説明する。図１９は、液体噴射ヘッド６００の要部を模式的に示す断面図である。図２０は、液体噴射ヘッド６００の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。
【００７３】
液体噴射ヘッド６００は、本発明に係る圧電デバイスを有することができる。以下の例では、本発明に係る圧電デバイスとして圧電デバイス１００を有する液体噴射ヘッド６００について説明する。なお、上述のとおり、圧電デバイス１００が圧電アクチュエーターとして機能する場合、基板１０は、可撓性を有し、圧電体層３０の動作によって変形する振動板となることができる。
【００７４】
液体噴射ヘッド６００は、図１９および図２０に示すように、ノズル孔６１２を有するノズル板６１０と、圧力室６２２を形成するための圧力室基板６２０と、圧電デバイス１００（圧電アクチュエーター１００ともいえる）と、を含む。さらに、液体噴射ヘッド６００は、図２０に示すように、筐体６３０を有することができる。なお、図２０では、圧電デバイス１００の圧電素子１１０（下部電極２０、圧電体層３０および上部電極４０を有する圧電素子１１０）を簡略化して図示している。
【００７５】
ノズル板６１０は、図１９および図２０に示すように、ノズル孔６１２を有する。ノズル孔６１２からは、インクが吐出されることができる。ノズル板６１０には、例えば、多数のノズル孔６１２が一列に設けられている。ノズル板６２０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などを列挙することができる。
【００７６】
圧力室基板６２０は、ノズル板６１０上（図２０の例では下）に設けられている。圧力室基板６２０の材質としては、例えば、シリコンなどを列挙することができる。圧力室基板６２０がノズル板６１０と基板１０との間の空間を区画することにより、図２０に示すように、リザーバー（液体貯留部）６２４と、リザーバー６２４と連通する供給口６２６と、供給口６２６と連通する圧力室６２２と、が設けられている。すなわち、リザーバー６２４、供給口６２６および圧力室６２２は、ノズル板６１０と圧力室基板６２０と基板１０とによって区画されている。リザーバー６２４は、外部（例えばインクカートリッジ）から、基板１０に設けられた貫通孔６２８を通じて供給されるインクを一時貯留することができる。リザーバー６２４内のインクは、供給口６２６を介して、圧力室６２２に供給されることができる。圧力室６２２は、基板１０の変形により容積が変化する。圧力室６２２はノズル孔６１２と連通しており、圧力室６２２の容積変化によって、ノズル孔６１２からインクが吐出される。
【００７７】
圧電デバイス１００は、圧力室基板６２０上（図２０の例では下）に設けられている。下部電極２０、圧電体層３０および上部電極４０を有する圧電素子１１０は、圧電素子駆動回路（図示せず）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動作（振動、変形）することができる。基板１０は、圧電素子１１０（圧電体層３０）の動作によって変形し、圧力室６２２の内部圧力を瞬間的に高めることができる。
【００７８】
筐体６３０は、図２０に示すように、ノズル板６１０、圧力室基板６２０および圧電デバイス１００を収納することができる。筐体６３０の材質としては、例えば、樹脂、金属などを列挙することができる。
【００７９】
液体噴射ヘッド６００によれば、上述のとおり信頼性の高い圧電デバイス１００を有することができる。これにより、信頼性の高い液体噴射ヘッド６００を得ることができる。
【００８０】
なお、上述した例では、液体噴射ヘッド６００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液体噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
【００８１】
５．  液体噴射装置
次に、本実施形態に係る液体噴射装置について、図面を参照しながら説明する。図２１は、本実施形態に係る液体噴射装置７００を模式的に示す斜視図である。液体噴射装置７００は、本発明に係る液体噴射ヘッドを有する。以下では、液体噴射装置７００がインクジェットプリンターである場合について説明する。
【００８２】
液体噴射装置７００は、図２１に示すように、ヘッドユニット７３０と、駆動部７１０と、制御部７６０と、を含む。さらに、液体噴射装置７００は、装置本体７２０と、給紙部７５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ７２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口７２２と、装置本体７２０の上面に配置された操作パネル７７０と、を含むことができる。
【００８３】
ヘッドユニット７３０は、例えば、上述した液体噴射ヘッド６００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット７３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ７３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ７３１を搭載した運搬部（キャリッジ）７３２と、を備える。
【００８４】
駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０を往復動させることができる。駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０の駆動源となるキャリッジモーター７４１と、キャリッジモーター７４１の回転を受けて、ヘッドユニット７３０を往復動させる往復動機構７４２と、を有する。
【００８５】
往復動機構７４２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７４４と、キャリッジガイド軸７４４と平行に延在するタイミングベルト７４３と、を備える。キャリッジガイド軸７４４は、キャリッジ７３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ７３２を支持している。さらに、キャリッジ７３２は、タイミングベルト７４３の一部に固定されている。キャリッジモーター７４１の作動により、タイミングベルト７４３を走行させると、キャリッジガイド軸７４４に導かれて、ヘッドユニット７３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッド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。
【００８６】
制御部７６０は、ヘッドユニット７３０、駆動部７１０および給紙部７５０を制御することができる。
【００８７】
給紙部７５０は、記録用紙Ｐをトレイ７２１からヘッドユニット７３０側へ送り込むことができる。給紙部７５０は、その駆動源となる給紙モーター７５１と、給紙モーター７５１の作動により回転する給紙ローラー７５２と、を備える。給紙ローラー７５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー７５２ａおよび駆動ローラー７５２ｂを備える。駆動ローラー７５２ｂは、給紙モーター７５１に連結されている。制御部７６０によって供紙部７５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット７３０の下方を通過するように送られる。
【００８８】
ヘッドユニット７３０、駆動部７１０、制御部７６０および給紙部７５０は、装置本体７２０の内部に設けられている。
【００８９】
液体噴射装置７００によれば、上述のとおり信頼性の高い液体噴射ヘッド６００を有することができる。これにより、信頼性の高い液体噴射装置７００を得ることができる。
【００９０】
なお、上述した例では、液体噴射装置７００がインクジェットプリンターである場合について説明したが、本発明の液体噴射装置は、工業的な液体吐出装置として用いられることもできる。この場合に吐出される液体（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たものなどを用いることができる。
【００９１】
なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【００９２】
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。
【符号の説明】
【００９３】
１０  基板、１２  基板の上面、２０  下部電極、２２  下部電極の上面、
２４  下部電極の側面、２５  第４部分、２６  第５部分、３０  圧電体層、
３０ａ  圧電体層、３２  圧電体層の上面、３３  圧電体層の側面、
３３ａ  圧電体層の側面、３４  第１部分、３４ａ  第１部分、３５  第２部分、
３５ａ  第２部分、３６  圧電体層の側面、３６ａ  圧電体層の側面、３７  第３部分、
３７ａ  第３部分、３８ａ  第４部分、４０  上部電極、４０ａ  上部電極層、
４２  導電層、４２ａ  導電層、５０  配線層、５２  第１配線層、
５２ａ  第１配線層、５４  第２配線層、５４ａ  第２配線層、５６  第３配線層、
５６ａ  第３配線層、６０  開口部、６２  開口部、６２ａ  開口部の底面、
１００  圧電デバイス、１０１  第１領域、１０２  第２領域、１１０  圧電素子、
２００  圧電デバイス、３００  圧電デバイス、４００  圧電デバイス、
５００  圧電デバイス、６００  液体噴射ヘッド、６１０  ノズル板、
６１２  ノズル孔、６２０  圧力室基板、６２２  圧力室、６２４  リザーバー、
６２６  供給口、６２８  貫通孔、６３０  筐体、７００  液体噴射装置、
７１０  駆動部、７２０  装置本体、７２１  トレイ、７２２  排出口、
７３０  ヘッドユニット、７３１  インクカートリッジ、７３２  キャリッジ、
７４１  キャリッジモーター、７４２  往復動機構、７４３  タイミングベルト、
７４４  キャリッジガイド軸、７５０  給紙部、７５１  給紙モーター、
７５２  給紙ローラー、７５２ａ  従動ローラー、７５２ｂ  駆動ローラー、
７６０  制御部、７７０  操作パネル
【図１】
2011040424.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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