(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティを有する基板と、
前記キャビティ上に配置されかつ前記キャビティの天面部を区画する可動膜を含む可動膜形成層と、
前記可動膜上に形成された圧電素子とを含み、
前記圧電素子は、前記可動膜上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された上部電極とを含み、
前記可動膜の主面に対して法線方向から見た平面視において、前記上部電極は、前記可動膜よりも前記キャビティの内方に後退した周縁を有し、
前記平面視において、一端部が前記上部電極の上面に接続され、他端部が前記キャビティの周縁の外側に引き出された配線を含み、
前記圧電体膜は、上面が前記上部電極の下面に接した能動部と、前記能動部の側部から前記配線の下面に沿って前記キャビティの周縁の外側まで延びた非能動部とを含み、
前記キャビティは、前記平面視において矩形状に形成されており、
前記可動膜は、前記平面視において前記キャビティの天面部の周縁と整合する矩形状に形成されており、
前記上部電極および前記圧電体膜の前記能動部は、前記平面視において、前記可動膜の短手方向の幅より短い幅と、前記可動膜の長手方向の長さより短い長さとを有する矩形であり、その両端縁および両側縁が前記可動膜の両端縁および両側縁よりも前記可動膜の内方にそれぞれ後退しており、
前記圧電体膜の前記非能動部は、前記平面視において、前記上部電極の一端部に対応する前記能動部の一端部から前記能動部の長手方向延長上に前記キャビティの前記キャビティの天面部の対応する端縁を超えて外側に延びており、
前記圧電体膜における前記非能動部が形成されていない方の他端縁は、前記平面視において、前記キャビティの天面部の対応する端縁よりも前記キャビティの天面部の内方に後退している、圧電素子利用装置。
【請求項２】
前記非能動部の厚さが前記能動部の厚さよりも薄い、請求項１に記載の圧電素子利用装置。
【請求項３】
前記上部電極の上面中央に開口を有し、前記上部電極の上面の周縁部と、前記上部電極および前記圧電体膜の側面全域と、前記圧電体膜の前記非能動部の上面とを覆う水素バリア膜と、
前記水素バリア膜上に形成され、前記水素バリア膜と前記配線との間に配置された絶縁膜とをさらに含み、
前記水素バリア膜および前記絶縁膜に、前記上部電極の一部を露出させるコンタクト孔が形成されており、前記配線の一端部は、前記コンタクト孔を介して前記上部電極に接続されている、請求項１または２に記載の圧電素子利用装置。
【請求項４】
前記絶縁膜上に形成され、前記配線を被覆するパッシベーション膜をさらに含む、請求項３に記載の圧電素子利用装置。
【請求項５】
前記可動膜形成層は、ＳｉＯ２単膜からなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電素子利用装置。
【請求項６】
前記可動膜形成層は、前記基板上に形成されたＳｉ膜と、前記Ｓｉ膜上に形成されＳｉＯ２膜と、前記ＳｉＯ２膜上に形成されたＳｉＮ膜との積層膜からなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電素子利用装置。
【請求項７】
前記圧電体膜は、ＰＺＴ膜からなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧電素子利用装置。
【請求項８】
前記上部電極は、Ｐｔ単膜からなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧電素子利用装置。
【請求項９】
前記上部電極は、前記圧電体膜上に形成されたＩｒ０２膜と、前記Ｉｒ０２膜上に形成されたＩｒ膜との積層膜からなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧電素子利用装置。
【請求項１０】
前記下部電極は、前記可動膜側に形成されたＴｉ膜と、前記Ｔｉ膜上に形成されたＰｔ膜との積層膜からなる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の圧電素子利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧電素子を利用した圧電素子利用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、圧電素子を利用したインクジェットプリントヘッドを開示している。特許文献１のインクジェットプリントヘッドは、圧力室（キャビティ）を有するアクチュエータ基板と、圧力室に対向するようにアクチュエータ基板に支持された可動膜と、可動膜に接合された圧電素子とを備えている。圧電素子は、可動膜側から、下部電極、圧電体膜および上部電極を積層して構成されている。可動膜の変位量を大きくするために、可動膜の周縁部には、圧電体膜は設けられていない。圧電素子の上面全域および側面全域は、水素バリア膜によって覆われている。水素バリア膜上には絶縁膜（層間絶縁膜）が形成されている。
【０００３】
絶縁膜上には、上部電極に接続される配線が形成されている。配線の一端部は、上部電極の一端部の上方に配置されている。配線と上部電極との間において、水素バリア膜および絶縁膜を連続して貫通するコンタクト孔が形成されている。配線の一端部は、コンタクト孔に入り込み、コンタクト孔内で上部電極に接続されている。配線は、上部電極の上方から、圧力室の外縁を横切って圧力室の外方に延びている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１１９１８２号公報
【特許文献２】特開２０１３−２１５９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のインクジェットプリントヘッドでは、可動膜の周縁部のうち上方に配線が通っている領域には、配線の応力がかかるため、クラックが発生するおそれがある。
この発明の目的は、配線の応力によって、可動膜にクラックが発生するのを防止できる圧電素子利用装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による圧電素子利用装置は、キャビティを有する基板と、前記キャビティ上に配置されかつ前記キャビティの天面部を区画する可動膜を含む可動膜形成層と、前記可動膜上に形成された圧電素子とを含む。前記圧電素子は、前記可動膜上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された上部電極とを含み、前記可動膜の主面に対して法線方向から見た平面視において、前記上部電極は、前記可動膜よりも前記キャビティの内方に後退した周縁を有する。前記圧電素子利用装置は、前記平面視において、一端部が前記上部電極の上面に接続され、他端部が前記キャビティの周縁の外側に引き出された配線をさらに含む。前記圧電体膜は、上面が前記上部電極の下面に接した能動部と、前記能動部の側部から前記配線の下面に沿って前記キャビティの周縁の外側まで延びた非能動部とを含む。
【０００７】
平面視において、可動膜における上部電極とキャビティの周縁との間の部分を、可動膜の周縁部ということにする。この構成では、可動膜の周縁部における配線の直下の領域と配線との間に、圧電体膜の非能動部が介在している。圧電体膜の非能動部の先端部は、基板におけるキャビティの周壁によって支持されている。したがって、配線に発生して可動膜へ加えられる応力が、圧電体膜の非能動部によって和らげられる。これにより、配線の応力による可動膜のクラックの発生を防止できる。
【０００８】
この発明の一実施形態では、前記非能動部の厚さが前記能動部の厚さよりも薄い。この構成では、非能動部の厚さが能動部の厚さと同じである場合に比べて、非能動部による可動膜の変位量の低下を抑制することができる。
この発明の一実施形態では、前記上部電極の上面中央に開口を有し、前記上部電極の上面の周縁部と、前記上部電極および前記圧電体膜の側面全域と、前記圧電体膜の前記非能動部の上面とを覆う水素バリア膜と、前記水素バリア膜上に形成され、前記水素バリア膜と前記配線との間に配置された絶縁膜とをさらに含む。前記水素バリア膜および前記絶縁膜に、前記上部電極の一部を露出させるコンタクト孔が形成されている。前記配線の一端部は、前記コンタクト孔を介して前記上部電極に接続されている。この構成では、圧電体膜の水素還元による特性劣化を防止することができる。また、この構成では、水素バリア膜は上部電極の上面中央に開口を有しているので、圧電体膜が変形しやすくなるから、可動膜の変位を大きくすることができる。
【０００９】
この発明の一実施形態では、前記絶縁膜上に形成され、前記配線を被覆するパッシベーション膜をさらに含む。この構成では、パッシベーション膜によって配線を保護することができる。
この発明の一実施形態では、前記キャビティは、前記平面視において矩形状に形成されている。前記可動膜は、前記平面視において前記キャビティの周縁と整合する矩形状に形成されている。前記上部電極および前記圧電体膜の前記能動部は、前記平面視において、前記可動膜の短手方向の幅より短い幅と、前記可動膜の長手方向の長さより短い長さとを有する矩形であり、その両端縁および両側縁が前記可動膜の両端縁および両側縁よりも前記可動膜の内方にそれぞれ後退している。前記配線は、前記平面視において、前記上部電極の一端部から前記上部電極の長手方向延長上に前記キャビティの周縁を超えて延びている。前記圧電体膜の前記非能動部は、前記平面視において、前記上部電極の一端部に対応する前記能動部の一端部から前記能動部の長手方向延長上に前記キャビティの前記キャビティの周縁を超えて外側に延びている。この構成では、配線の応力による可動膜のクラックの発生を防止することができる。
【００１０】
この発明の一実施形態では、前記可動膜形成層は、ＳｉＯ２単膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記可動膜形成層は、前記基板上に形成されたＳｉ膜と、前記Ｓｉ膜上に形成されＳｉＯ２膜と、前記ＳｉＯ２膜上に形成されたＳｉＮ膜との積層膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記圧電体膜は、ＰＺＴ膜からなる。
【００１１】
この発明の一実施形態では、前記上部電極は、Ｐｔ単膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記上部電極は、前記圧電体膜上に形成されたＩｒ０２膜と、前記Ｉｒ０２膜上に形成されたＩｒ膜との積層膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記下部電極は、前記可動膜側に形成されたＴｉ膜と、前記Ｔｉ膜上に形成されたＰｔ膜との積層膜からなる。
【００１２】
この発明による第１の圧電素子利用装置の製造方法は、基板上に可動膜形成領域を含む可動膜形成層を形成する工程と、前記可動膜形成層上に、下部電極膜、圧電体材料膜および上部電極膜を順に形成する工程と、前記上部電極膜を、エッチングにより、前記可動膜形成層の主面に対して法線方向から見た平面視において、前記可動膜形成領域の周縁よりも内方に後退した周縁を有する上部電極パターンにパターニングして、上部電極を形成する工程と、前記エッチングを継続してオーバーエッチングを行うことによって、前記圧電体材料膜のうち前記上部電極から露出している部分を薄膜化する工程と、前記圧電体材料膜を、圧電体膜パターンにパターニングして、上面が前記上部電極の下面に接する能動部と、前記能動部から前記可動膜形成領域の外側に延びかつ前記能動部よりも薄肉の非能動部とからなる圧電体膜を形成する工程と、前記下部電極膜を、下部電極パターンにパターニングして、下部電極を形成することにより、前記下部電極と前記上部電極とそれらに挟まれた前記能動部とを含む圧電素子を形成する工程と、前記可動膜形成層上に、前記圧電素子および前記非能動部を覆う水素バリア膜を形成する工程と、前記上部電極上において、前記水素バリア膜に、前記上部電極の一部を露出させるコンタクト孔を形成する工程と、前記水素バリア膜上に、一端部が前記コンタクト孔を介して前記上部電極に接触し、長さ中間部が前記圧電体膜の前記非能動部上を通り、他端部が前記圧電素子の外側に引き出された配線を形成する工程と、前記基板を下方からエッチングすることにより、前記可動膜形成領域に対向するキャビティを形成する工程とを含む。
【００１３】
この圧電素子利用装置の製造方法では、配線に発生して可動膜へ加えられる応力が、圧電体膜の非能動部によって和らげられる。これにより、配線の応力による可動膜のクラックの発生を防止できる。
この発明による第２の圧電素子利用装置の製造方法は、基板上に可動膜形成領域を含む可動膜形成層を形成する工程と、前記可動膜形成層上に、下部電極膜、圧電体材料膜および上部電極膜を順に形成する工程と、前記上部電極膜を、エッチングにより、前記可動膜形成層の主面に対して法線方向から見た平面視において、前記可動膜形成領域の周縁よりも内方に後退した周縁を有する上部電極パターンにパターニングして、上部電極を形成する工程と、前記エッチングを継続してオーバーエッチングを行うことによって、前記圧電体材料膜のうち前記上部電極から露出している部分を薄膜化する工程と、前記圧電体材料膜を、圧電体膜パターンにパターニングして、上面が前記上部電極の下面に接する能動部と、前記能動部から前記可動膜形成領域の外側に延びかつ前記能動部よりも薄肉の非能動部とからなる圧電体膜を形成する工程と、前記下部電極膜を、下部電極パターンにパターニングして、下部電極を形成することにより、前記下部電極と前記上部電極とそれらに挟まれた前記能動部とを含む圧電素子を形成する工程と、前記可動膜形成層上に、前記圧電素子および前記非能動部を覆う水素バリア膜および絶縁膜を順に形成する工程と、前記上部電極上において、前記水素バリア膜および前記絶縁膜に、前記上部電極の一部を露出させるコンタクト孔を形成する工程と、前記絶縁膜上に、一端部が前記コンタクト孔を介して前記上部電極に接触し、長さ中間部が前記圧電体膜の前記非能動部上を通り、他端部が前記圧電素子の外側に引き出された配線を形成する工程と、前記基板を下方からエッチングすることにより、前記可動膜形成領域に対向するキャビティを形成する工程とを含む。
【００１４】
この圧電素子利用装置の製造方法では、配線に発生して可動膜へ加えられる応力が、圧電体膜の非能動部によって和らげられる。これにより、配線の応力による可動膜のクラックの発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】図１Ａは、この発明の一実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの構成を説明するための図解的な平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１の要部の拡大平面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１ＡのIIA-IIA線に沿う図解的な断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａの要部の拡大断面図である。
【図３】図３は、図１ＡのIII-III線に沿った切断面のうちの一部を図解的に示す拡大断面図である。
【図４】図４は、図４は、図２ＢのIV-IV線に沿う図解的な拡大断面図である。
【図５】図５は、前記インクジェットプリントヘッドの下部電極のパターン例を示す図解的な平面図である。
【図６】図６は、前記インクジェットプリントヘッドの第１水素バリア膜のパターン例を示す図解的な平面図である。
【図７】図７は、前記インクジェットプリントヘッドの層間絶縁膜のパターン例を示す図解的な平面図である。
【図８】図８は、前記インクジェットプリントヘッドの第２水素バリア膜およびパッシベーション膜のパターン例を示す図解的な平面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、前記インクジェットプリントヘッドの製造工程の一例を示す断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａの次の工程を示す断面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９Ｂの次の工程を示す断面図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、図９Ｃの次の工程を示す断面図である。
【図９Ｅ】図９Ｅは、図９Ｄの次の工程を示す断面図である。
【図９Ｆ】図９Ｆは、図９Ｅの次の工程を示す断面図である。
【図９Ｇ】図９Ｇは、図９Ｆの次の工程を示す断面図である。
【図９Ｈ】図９Ｈは、図９Ｇの次の工程を示す断面図である。
【図９Ｉ】図９Ｉは、図９Ｈの次の工程を示す断面図である。
【図９Ｊ】図９Ｊは、図９Ｉの次の工程を示す断面図である。
【図９Ｋ】図９Ｋは、図９Ｊの次の工程を示す断面図である。
【図９Ｌ】図９Ｌは、図９Ｋの次の工程を示す断面図である。
【図９Ｍ】図９Ｍは、図１１Ｌの次の工程を示す断面図である。
【図９Ｎ】図９Ｎは、図１１Ｍの次の工程を示す断面図である。
【図９Ｏ】図９Ｏは、図１１Ｎの次の工程を示す断面図である。
【図１０】図１０は、前記インクジェットプリントヘッドの制限流路の他の例を説明するための図解的な拡大断面図である。
【図１１】図１１は、圧電体膜のパターンの他の例を図解的に示す平面図である。
【図１２】図１２は、圧電体膜のパターンのさらに他の例を図解的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１Ａは、この発明の一実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの構成を説明するための図解的な平面図である。図１Ｂは、図１の要部の拡大平面図である。図２Ａは、図１ＡのIIA-IIA線に沿う図解的な断面図である。図２Ｂは、図２Ａの要部の拡大断面図である。図３は、図１ＡのIII-III線に沿った切断面のうちの一部を図解的に示す拡大断面図である。図４は、図２ＢのIV-IV線に沿う図解的な拡大断面図である。図５は、前記インクジェットヘッドの下部電極のパターン例を示す図解的な平面図である。
【００１７】
図２Ａおよび図２Ｂを参照して、インクジェットプリントヘッド１の構成を概略的に説明する。
インクジェットプリントヘッド１は、アクチュエータ基板２と、ノズル基板３と、保護基板４とを備えている。アクチュエータ基板２の表面には、可動膜形成層１０が積層されている。アクチュエータ基板２には、インク流路（インク溜まり）としての圧力室(キャビティ)５が形成されている。圧力室５は、この実施形態では、アクチュエータ基板２を貫通して形成されている。
【００１８】
ノズル基板３は、たとえばシリコン基板からなる。ノズル基板３は、アクチュエータ基板２の裏面２ｂに張り合わされている。ノズル基板３は、アクチュエータ基板２および可動膜形成層１０とともに、圧力室５を区画している。より具体的には、ノズル基板３は、圧力室５の底面部を区画している。ノズル基板３は、圧力室５に臨む凹部３ａを有し、凹部３ａの底面にインク吐出通路３ｂが形成されている。インク吐出通路３ｂは、ノズル基板３を貫通しており、圧力室５とは反対側に吐出口３ｃを有している。したがって、圧力室５の容積変化が生じると、圧力室５に溜められたインクは、インク吐出通路３ｂを通り、吐出口３ｃから吐出される。
【００１９】
アクチュエータ基板２には、さらに、圧力室５に連通する制限流路６（図１Ａ、図１Ｂおよび図４を合わせて参照）と、制限流路６に連通するインク流入部７とが形成されている。圧力室５は、図２Ａおよび図２Ｂの左右方向であるインク流通方向４１に沿って細長く延びて形成されている。
可動膜形成層１０における圧力室５の天壁部分は、可動膜１０Ａを構成している。可動膜１０Ａ（可動膜形成層１０）は、たとえば、アクチュエータ基板２上に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜からなる。可動膜１０Ａ（可動膜形成層１０）は、たとえば、アクチュエータ基板２上に形成されるシリコン（Ｓｉ）膜と、シリコン膜上に形成される酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜と、酸化シリコン膜上に形成される窒化シリコン（ＳｉＮ）膜との積層膜から構成されていてもよい。この明細書において、可動膜１０Ａとは、可動膜形成層１０のうち圧力室５の天面部を区画している天壁部を意味している。したがって、可動膜形成層１０のうち、圧力室５の天壁部以外の部分は、可動膜１０Ａを構成していない。
【００２０】
可動膜１０Ａの厚さは、たとえば、０．４μｍ〜２μｍである。可動膜１０Ａが酸化シリコン膜から構成される場合は、酸化シリコン膜の厚さは１．２μｍ程度であってもよい。可動膜１０Ａが、シリコン膜と酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜から構成される場合には、シリコン膜、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜の厚さは、それぞれ０．４μｍ程度であってもよい。
【００２１】
圧力室５は、可動膜１０Ａと、アクチュエータ基板２と、ノズル基板３とによって区画されており、この実施形態では、略直方体状に形成されている。圧力室５の長さはたとえば８００μｍ程度、その幅は５５μｍ程度であってもよい。制限流路６は、圧力室５の長手方向一端部（この実施形態では、インク流通方向４１の上流側の端部）に連通している。インク流入部７は、制限流路６の一端部（この実施形態では、インク流通方向４１の上流側の端部）に連通している。
【００２２】
可動膜１０Ａの表面には、圧電素子９が配置されている。圧電素子９は、可動膜形成層１０上に形成された下部電極１１と、下部電極１１上に形成された圧電体膜１２と、圧電体膜１２上に形成された上部電極１３とを備えている。言い換えれば、圧電素子９は、圧電体膜１２を上部電極１３および下部電極１１で上下から挟むことにより構成されている。
【００２３】
上部電極１３は、白金（Ｐｔ）の単膜であってもよいし、たとえば、導電性酸化膜（たとえば、ＩｒＯ２（酸化イリジウム）膜）および金属膜（たとえば、Ｉｒ（イリジウム）膜）が積層された積層構造を有していてもよい。上部電極１３の厚さは、たとえば、０．２μｍ程度であってもよい。
圧電体膜１２としては、たとえば、ゾルゲル法またはスパッタ法によって形成されたＰＺＴ（ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３：チタン酸ジルコン酸鉛）膜を適用することができる。このような圧電体膜１２は、金属酸化物結晶の焼結体からなる。圧電体膜１２は、上部電極１３の下面に接した能動部１２Ａと、能動部１２Ａの周壁の一部から圧力室５の周縁の外側まで延びた非能動部１２Ｂとを含む。能動部１２Ａは、上部電極１３と平面視で同形状に形成されている。
【００２４】
能動部１２Ａの厚さは、１μｍ〜５μｍ程度である。非能動部１２Ｂの厚さは、能動部１２Ａの厚さの１／２程度であってもよい。可動膜１０Ａの全体の厚さは、能動部１２Ａの厚さと同程度か、能動部１２Ａの厚さの２／３程度とすることが好ましい。
下部電極１１は、たとえば、Ｔｉ（チタン）膜およびＰｔ（プラチナ）膜を可動膜形成層１０側から順に積層した２層構造を有している。この他にも、Ａｕ（金）膜、Ｃｒ（クロム）層、Ｎｉ（ニッケル）層などの単膜で下部電極１１を形成することもできる。下部電極１１は、圧電体膜１２の能動部１２Ａの下面に接した主電極部１１Ａと、能動部１２Ａの外方の領域まで延びた延長部１１Ｂとを有している。下部電極１１の厚さは、たとえば、０．２μｍ程度であってもよい。
【００２５】
下部電極１１の延長部１１Ｂ上および圧電素子９上には、第１水素バリア膜１４が形成されている。第１水素バリア膜１４は、たとえば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる。第１水素バリア膜１４の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。第１水素バリア膜１４は、圧電体膜１２の水素還元による特性劣化を防止するために設けられている。
第１水素バリア膜１４上に、絶縁膜１５が積層されている。絶縁膜１５は、たとえば、ＳｉＯ２、低水素のＳｉＮ等からなる。絶縁膜１５の厚さは、２００ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。絶縁膜１５上には、上部配線１７、下部配線１８およびダミー配線１９が形成されている。これらの配線１７，１８，１９は、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなっていてもよい。これらの配線１７，１８，１９の厚さは、たとえば、１０００ｎｍ程度である。
【００２６】
上部配線１７の一端部は、上部電極１３の一端部の上方に配置されている。上部配線１７と上部電極１３との間において、第１水素バリア膜１４および絶縁膜１５を連続して貫通するコンタクト孔３３が形成されている。上部配線１７の一端部は、コンタクト孔３３に入り込み、コンタクト孔３３内で上部電極１３に接続されている。上部配線１７は、上部電極１３の上方から、圧力室５の外縁を横切って圧力室５の外方に延びている。
【００２７】
下部配線１８は、圧力室５の外方領域において、下部電極１１の延長部１１Ｂに対向している。下部配線１８と下部電極１１の延長部１１Ｂとの間において、第１水素バリア膜１４および絶縁膜１５を連続して貫通するコンタクト孔３４が形成されている。下部配線１８は、コンタクト孔３４に入り込み、コンタクト孔３４内で下部電極１１の延長部１１Ｂに接続されている。
【００２８】
ダミー配線１９は、上部配線１７および下部配線１８のいずれにも、電気的に接続されておらず、電気的に絶縁された配線である。
絶縁膜１５上には、配線１７，１８，１９および絶縁膜１５を覆う第２水素バリア膜２０が形成されている。第２水素バリア膜２０は、たとえば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる。第２水素バリア膜２０は、ＳｉＴａＯｘ，ＳｉＺｒＯｘ等から構成されてもよい。第２水素バリア膜２０は、スパッタ法またはＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)法によって形成されてもよい。第２水素バリア膜２０の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。
【００２９】
第２水素バリア膜２０上には、パッシベーション膜２１が形成されている。第２水素バリア膜２０は、後に詳しく説明するように、パッシベーション膜２１の形成工程時に、圧電体膜１２の水素還元による特性劣化を防止するために設けられている。パッシベーション膜２１は、たとえば、ＳｉＮ（窒化シリコン）からなる。パッシベーション膜２１の厚さは、たとえば、８５０ｎｍ程度であってもよい。
【００３０】
第２水素バリア膜２０およびパッシベーション膜２１には、上部配線１７および下部配線１８の一部をパッドとして露出させるパッド開口３５，３６が形成されている。パッド開口３５は、圧力室５の外方領域に形成されており、たとえば、上部配線１７の先端部（上部電極１３へのコンタクト部の反対側端部）に形成されている。
インク流入部７に対応する位置に、パッシベーション膜２１、第２水素バリア膜２０、絶縁膜１５、第１水素バリア膜１４および下部電極１１を貫通するインク供給路２２が形成されている。下部電極１１には、インク供給路２２を含み、インク供給路２２よりも大きな貫通孔２３が形成されている。下部電極１１の貫通孔２３とインク供給路２２との隙間には、第１水素バリア膜１４が入り込んでいる。インク供給路２２とインク流入部７との間において、可動膜形成層１０にはインク流通孔２４が形成されている。インク供給路２２とインク流入部７とは、インク流通孔２４を介して連通している。
【００３１】
保護基板４は、たとえば、シリコン基板からなる。保護基板４は、圧電素子９を覆うようにアクチュエータ基板２上に配置されている。保護基板４は、パッシベーション膜２１に、接着剤５０を介して接合されている。保護基板４は、アクチュエータ基板２の表面２ａに対向する対向面５１に収容凹所５２を有している。収容凹所５２内に圧電素子９が収容されている。さらに、保護基板４には、上部配線１７のパッドを露出させる配線用貫通孔５３と、下部配線１８のパッドを露出させる配線用貫通孔５４とが形成されている。
【００３２】
保護基板４上には、インクを貯留したインクタンク（図示せず）が配置されている。保護基板４には、収容凹所５２と配線用貫通孔５４との間に、インク供給路２２に連通するインク供給路５５が形成されている。インク供給路５５は、保護基板４を貫通している。
圧電素子９は、可動膜１０Ａを挟んで圧力室５に対向する位置に形成されている。すなわち、圧電素子９は、可動膜１０Ａの圧力室５とは反対側の表面に接するように形成されている。インクタンクからインク供給路５５、インク供給路２２、インク流通孔２４、インク流入部７および制限流路６を通って圧力室５にインクが供給されることによって、圧力室５にインクが充填される。可動膜１０Ａは、圧力室５の天面部を区画していて、圧力室５に臨んでいる。可動膜１０Ａは、アクチュエータ基板２における圧力室５の周囲の部分によって支持されており、圧力室５に対向する方向（換言すれば可動膜１０Ａの厚さ方向）に変形可能な可撓性を有している。
【００３３】
上部配線１７および下部配線１８は、駆動回路（図示せず）に接続されている。具体的には、上部配線１７のパッドと駆動回路とは、保護基板４の配線用貫通孔５３を通る接続金属部材（図示せず）を介して接続されている。同様に、下部配線１８のパッドと駆動回路とは、保護基板４の配線用貫通孔５４を通る接続金属部材（図示せず）を介して接続されている。駆動回路から圧電素子９に駆動電圧が印加されると、逆圧電効果によって、圧電体膜１２が変形する。これにより、圧電素子９とともに可動膜１０Ａが変形し、それによって、圧力室５の容積変化がもたらされ、圧力室５内のインクが加圧される。加圧されたインクは、インク吐出通路３ｂを通って、吐出口３ｃから微小液滴となって吐出される。
【００３４】
図１Ａ〜図５を参照して、インクジェットプリントヘッド１の構成についてさらに詳しく説明する。
アクチュエータ基板２には、複数の圧力室５が互いに平行に延びてストライプ状に形成されている。複数の圧力室５毎に、制限流路６およびインク流入部７が設けられている。複数の圧力室５毎に、圧電素子９が配置されている。複数の圧力室５は、それらの幅方向に微小な間隔（たとえば３０μｍ〜３５０μｍ程度）を開けて等間隔で形成されている。各圧力室５は、平面視において、制限流路６から吐出通路３ｂに向かうインク流通方向４１に沿って細長く延びた長方形形状を有している。つまり、圧力室５の天面部は、インク流通方向４１に沿う２つの側縁５ｃ，５ｄと、インク流通方向４１に直交する方向に沿う２つの端縁５ａ，５ｂとを有している（図１Ｂ参照）。
【００３５】
制限流路６は、インク流入部７と圧力室５との間に形成された、液体抵抗の大きな流路である。制限流路６は、圧力室５内のインクが加圧されたときに、圧力室５内のインクが圧力室５からインク流入部７に向かって流れるのを防止するために形成されている。図４に示すように、制限流路６は、平面視で蛇行状に形成された蛇行状流路６１を含んでいる。蛇行状流路６１は、平面視において、インク流通方向４１に間隔をおいて互いに平行に配された複数の直線状部分６１ａと、それらの直線状部分６１ａを繋いで１本の流路が形成されるように、隣接する直線状部分６１ａの端部を連結するする連結部分６１ｂとを含む。蛇行状流路６１の一端は圧力室５に接続され、蛇行状流路６１の他端はインク流入部７に接続されている。この実施形態では、制限流路６の深さは圧力室５の深さと同じである。制限流路６の深さは、圧力室５よりも浅くてもよい。
【００３６】
制限流路６は蛇行状流路６１を含んでいるので、特許文献２に記載の直線状の制限流路に比べて、制限流路形成領域の長さ（インク流入部７と圧力室５との間の長さ）に対する、制限流路全体の流体抵抗を大きくすることができる。これにより、制限流路形成領域の長さを短くすることがきる。これにより、インクジェットプリントヘッドの小型化が図れる。
【００３７】
インク供給路２２は、平面視において、インク流通方向４１と直交する方向に複数のインク流入部７を跨いで延びた矩形状である（特に図１Ａ参照）。インク供給路２２は、複数のインク流入部７に対して共用される共通インク供給路である。インク供給路２２は、可動膜形成層１０に形成されたインク流通孔２４を介して、複数のインク流入部７に連通している。
【００３８】
圧電素子９は、インク流通方向４１に沿う長さが、可動膜１０Ａの長手方向の長さよりも短く形成されており、平面視矩形形状を有している。図１Ｂに示すように、圧電素子９の短手方向に沿う両端縁９ａおよび９ｂは、可動膜１０Ａ（圧力室５の天面部）の対応する両端縁１０Ａａおよび１０Ａｂに対して、それぞれ、所定の間隔ｄ１，ｄ２を開けて内側に配置されている。また、圧電素子９は、短手方向の幅が、可動膜１０Ａの短手方向の幅よりも狭く形成されている。圧電素子９の長手方向に沿う両側縁９ｃ，９ｄは、可動膜１０Ａの対応する両側縁１０Ａｃ，１０Ａｄに対して、所定の間隔ｄ３を開けて内側に配置されている。
【００３９】
下部電極１１は、可動膜形成層１０の表面のほぼ全域に形成されている（特に図５参照）。下部電極１１は、複数の圧電素子９に対して共用される共通電極である。下部電極１１は、圧電素子９を構成する平面視矩形状の主電極部１１Ａと、主電極部１１Ａから可動膜形成層１０の表面に沿う方向に引き出され、圧力室５の天面部の周縁の外方に延びた延長部１１Ｂとを含んでいる。
【００４０】
主電極部１１Ａは、可動膜１０Ａの長手方向に沿って、可動膜１０Ａよりも短く形成されている。図１Ｂに示すように、主電極部１１Ａの両端縁は、可動膜１０Ａの対応する両端縁１０Ａａおよび１０Ａｂに対して、それぞれ、所定の前記間隔ｄ１，ｄ２を開けて内側に配置されている。また、主電極部１１Ａは、可動膜１０Ａの短手方向に沿う幅が、可動膜１０Ａの当該短手方向の幅よりも狭く形成されている。主電極部１１Ａの両側縁は、可動膜１０Ａの対応する両側縁１０Ａｃ，１０Ａｄに対して、前記間隔ｄ３を開けて内側に配置されている。延長部１１Ｂに形成された貫通孔２３は、平面視でインク供給路２２よりも大きな矩形状である。延長部１１Ｂにおける貫通孔２３の周縁部は、平面視において、インク供給路２２を取り囲んでいる。
【００４１】
上部電極１３は、平面視において、下部電極１１の主電極部１１Ａと同じパターンの矩形状に形成されている。すなわち、上部電極１３は、可動膜１０Ａの長手方向に沿って、可動膜１０Ａよりも短く形成されている。図１Ｂに示すように、上部電極１３の両端縁は、可動膜１０Ａの対応する両端縁１０Ａａおよび１０Ａｂに対して、それぞれ、所定の前記間隔ｄ１，ｄ２を開けて内側に配置されている。また、上部電極１３は、可動膜１０Ａの短手方向に沿う幅が、可動膜１０Ａの当該短手方向の幅よりも狭く形成されている。上部電極１３の両側縁は、可動膜１０Ａの対応する両側縁１０Ａｃ，１０Ａｄに対して、前記間隔ｄ３を開けて内側に配置されている。
【００４２】
圧電体膜１２は、前述したように、能動部１２Ａと非能動部１２Ｂとを含む。能動部１２Ａは、平面視において、上部電極１３と同じパターンの矩形状に形成されている。すなわち、能動部１２Ａは、可動膜１０Ａの長手方向に沿って、可動膜１０Ａよりも短く形成されている。図１Ｂに示すように、能動部１２Ａの両端縁は、可動膜１０Ａの対応する両端縁１０Ａａおよび１０Ａｂに対して、それぞれ、所定の前記間隔ｄ１，ｄ２を開けて内側に配置されている。また、能動部１２Ａは、可動膜１０Ａの短手方向に沿う幅が、可動膜１０Ａの当該短手方向の幅よりも狭く形成されている。能動部１２Ａの両側縁は、可動膜１０Ａの対応する両側縁１０Ａｃ，１０Ａｄに対して、前記間隔ｄ３を開けて内側に配置されている。能動部１２Ａの下面は下部電極１１の主電極部１１Ａの上面に接しており、能動部１２Ａの上面は上部電極１３の下面に接している。
【００４３】
非能動部１２Ｂは、平面視において、能動部１２Ａのインク流通方向４１の下流側端から上部配線１７の下面に沿って圧力室５の端縁５ａの外方に延びている。非能動部１２Ｂの幅は、この実施形態では、能動部１２Ａの幅とほぼ等しい。非能動部１２Ｂの厚さは、この実施形態では、能動部１２Ａの１／２程度である。非能動部１２Ｂの先端部は、圧力室５の端縁５ａの外方において、アクチュエータ基板２に支持されている。非能動部１２Ｂの下面は下部電極１１の延長部１１Ｂの上面に接している。非能動部１２Ｂの上面は、第１水素バリア膜１４によって覆われている。
【００４４】
金属からなる上部配線１７は、伸縮して応力を発生する。非能動部１２Ｂは、上部配線１７の応力によって、可動膜１０Ａにクラックが発生するのを防止するために設けられている。この点について、より詳しく説明する。可動膜１０Ａの周縁部には、可動膜１０Ａの変位量を大きくするために圧電素子９は設けられていない。可動膜１０Ａの周縁部のうち、上方に上部配線１７が通っている領域には、上部配線１７の応力がかかるため、クラックが発生するおそれがある。
【００４５】
この実施形態では、可動膜１０Ａの周縁部における上部配線１７の直下の領域と上部配線１７との間に、圧電体膜１２の非能動部１２Ｂが介在している。圧電体膜１２の非能動部１２Ｂの先端部は、アクチュエータ基板２における圧力室５の周壁に支持されている。したがって、上部配線１７に発生して可動膜１０Ａへ加えられる応力が、圧電体膜１２の非能動部１２Ｂによって和らげられる。これにより、上部配線１７の応力による可動膜１０Ａのクラックの発生を防止できる。
【００４６】
上部配線１７は、一端部が上部電極１３の一端部（圧電素子９の一方の端縁９ａ側の端部）に接続されかつ平面視においてインク流通方向４１に沿って延びた引き出し部１７Ａと、引き出し部１７Ａと一体化し、引き出し部１７Ａの先端に接続された平面視矩形状のパッド部１７Ｂとからなる。パッド部１７Ｂは、圧力室５の一方の端縁５ａよりも外方に配置されている。引き出し部１７Ａは、圧電素子９の一端部の上面からそれに連なる圧電素子９の端面に沿って延び、さらに圧電体膜１２の非能動部１２Ｂおよび下部電極１１の表面に沿って、パッド部１７Ｂまで延びている。パッシベーション膜２１には、パッド部１７Ｂ表面の中央部を露出させるパッド開口３５が形成されている。
【００４７】
下部配線１８は、平面視において、インク流通方向４１と直交する方向に長い矩形状である。コンタクト孔３４は、この実施形態では、各圧力室５の延長状に一つずつ形成されている。下部配線１８は、複数のコンタクト孔３４に入り込み、コンタクト孔３４内で下部電極１１の延長部１１Ｂに接続されている。
保護基板４の収容凹所５２は、平面視において、インク流通方向４１と直交する方向に複数の圧力室５を跨いで延びた矩形状である。収容凹所５２内に、複数の圧力室５にそれぞれ対応する複数の圧電素子９が収容されている。保護基板４の配線用貫通孔５３は、平面視において、インク流通方向４１と直交する方向に複数のパッド部１７Ｂを跨いで延びた矩形状である。配線用貫通孔５３に複数のパッド部１７Ｂがパッド開口３５を介して露出している。保護基板４の配線用貫通孔５４は、平面視において、下部配線１８に沿って延びた矩形状である。配線用貫通孔５４に下部配線１８がパッド開口３６を介して露出している。保護基板４のインク供給路５５は、平面視において、アクチュエータ基板２側のインク供給路２２と同じパターンの矩形状である。インク供給路５５は、平面視でインク供給路２２に整合している。
【００４８】
ダミー配線１９は、この実施形態では、平面視において、配線用貫通孔５３の圧電素子９側の側縁に沿う仮想線と、配線用貫通孔５４の圧電素子９側の側縁に沿う仮想線との間の領域のうち、収容凹所５２およびインク供給路２２を除いた領域（以下、「ダミー配線用領域」という。）に、所定のパターンで形成されている。ダミー配線１９は、平面視において、インク供給路２２を取り囲む矩形環状配線を含む。この矩形環状配線は、インク供給路２２から一定の距離だけ離れた位置に内周縁を有している。ダミー配線１９は、さらに、ダミー配線用領域における矩形環状配線の外側領域のうち、矩形環状配線の周囲近傍領域と、上部配線１７およびその近傍領域とを除いた領域にも形成されている。
【００４９】
図６は、第１水素バリア膜１４のパターン例を示す図解的な平面図である。
この実施形態では、第１水素バリア膜１４は、アクチュエータ基板２上において、平面視で各圧力室５の外側領域のほぼ全域に形成されている。ただし、この領域において、第１水素バリア膜１４には、インク供給路２２およびコンタクト孔３４が形成されている。
各圧力室５の内側領域においては、圧電体膜１２および上部電極１３の側面全域と、圧電体膜１２の非能動部１２Ｂの上面と、上部電極１３の上面周縁部とに、第１水素バリア膜１４が形成されている。つまり、第１水素バリア膜１４には、上部電極１３の上面中央部に平面視矩形状の開口３１が形成されている。換言すれば、上部電極１３の上面中央部には、第１水素バリア膜１４は形成されていない。
【００５０】
また、第１水素バリア膜１４には、平面視において、圧力室５の周縁と圧電体膜１２の側面に形成された第１水素バリア膜１４との間の領域に有端環状の開口３２が形成されている。換言すれば、平面視において、圧力室５の周縁と圧電体膜１２の側面に形成された第１水素バリア膜１４との間に第１水素バリア膜１４が形成されていない領域が存在する。
【００５１】
図７は、絶縁膜１５のパターン例を示す図解的な平面図である。図８は、第２水素バリア膜２０およびパッシベーション膜２１のパターン例を示す図解的な平面図である。
この実施形態では、絶縁膜１５、第２水素バリア膜２０およびパッシベーション膜２１は、アクチュエータ基板２上において、平面視で保護基板４の収容凹所５２の外側領域のほぼ全域に形成されている。ただし、この領域において、絶縁膜１５には、インク供給路２２およびコンタクト孔３４が形成されている。この領域において、第２水素バリア膜２０およびパッシベーション膜２１には、インク供給路２２およびパッド開口３５，３６が形成されている。
【００５２】
保護基板４の収容凹所５２の内側領域においては、絶縁膜１５、第２水素バリア膜２０およびパッシベーション膜２１は、上部配線１７が存在する上部配線領域のみに形成されている。この領域において、第２水素バリア膜２０およびパッシベーション膜２１は、絶縁膜１５上の上部配線１７の上面および側面を覆うように形成されている。換言すれば、絶縁膜１５、第２水素バリア膜２０およびパッシベーション膜２１には、平面視で収容凹所５２の内側領域のうち、上部配線領域を除いた領域に、開口３７が形成されている。絶縁膜１５には、さらに、コンタクト孔３３が形成されている。
【００５３】
この実施形態では、平面視で圧力室５の周縁の内側領域において、絶縁膜１５、第２水素バリア膜２０およびパッシベーション膜２１は、上部配線１７の存在する上部配線領域のみに形成されている。したがって、圧電素子９の側面および上面の大部分は絶縁膜１５、第２水素バリア膜２０およびパッシベーション膜２１によって覆われていない。これにより、圧電素子９の側面および上面の全域が絶縁膜およびパッシベーション膜によって覆われている特許文献１記載の従来例に比べて、可動膜１０Ａの変位を大きくすることができる。
【００５４】
さらに、この実施形態では、第１水素バリア膜１４には、圧電素子９の上面中央部に開口３１が形成されている。これにより、圧電体膜１２が変形しやすくなるので、圧電素子９の上面全域が水素バリア膜および絶縁膜によって覆われている特許文献１記載の従来例に比べて、可動膜１０Ａの変位をより大きくすることができる。さらに、この実施形態では、第１水素バリア膜１４には、平面視で圧力室５の周縁と圧電体膜１２の側面上の第１水素バリア膜１４との間領域に有端環状の開口３２が形成されている。これにより、可動膜１０Ａの変位をさらに大きくすることができる。
【００５５】
図９Ａ〜図９Ｏは、前記インクジェットプリントヘッド１の製造工程の一例を示す断面図であり、図２Ａに対応する切断面を示す。
まず、図９Ａに示すように、アクチュエータ基板２の表面２ａに可動膜形成層１０が形成される。ただし、アクチュエータ基板２としては、最終的なアクチュエータ基板２の厚さより厚いものが用いられる。具体的には、アクチュエータ基板２の表面に酸化シリコン膜（たとえば、１．２μｍ厚）が形成される。可動膜形成層１０が、シリコン膜と酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜で構成される場合には、アクチュエータ基板２の表面にシリコン膜（たとえば０．４μｍ厚）が形成され、シリコン膜上に酸化シリコン膜（たとえば０．４μｍ厚）が形成され、酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜（たとえば０．４μｍ厚）が形成される。
【００５６】
可動膜形成層１０の表面には、たとえば、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２などの下地酸化膜が形成されてもよい。これらの下地酸化膜は、後に形成される圧電体膜１２からの金属原子の抜け出しを防ぐ。金属電子が抜け出すと、圧電体膜１２の圧電特性が悪くなるおそれがある。また、抜け出した金属原子が可動膜１０Ａを構成するシリコン層に混入すると可動膜１０Ａの耐久性が悪化するおそれがある。
【００５７】
次に、図９Ｂに示すように、可動膜形成層１０の上（前記下地酸化膜が形成されている場合には当該下地酸化膜の上）に、下部電極１１の材料層である下部電極膜７１が形成される。下部電極膜７１は、たとえば、Ｔｉ膜（たとえば１０ｎｍ〜４０ｎｍ厚）を下層としＰｔ膜（たとえば１０ｎｍ〜４００ｎｍ厚）を上層とするＰｔ／Ｔｉ積層膜からなる。このような下部電極膜７１は、スパッタ法で形成されてもよい。
【００５８】
次に、圧電体膜１２の材料膜（圧電体材料膜）７２が下部電極膜７１上の全面に形成される。具体的には、たとえば、ゾルゲル法によって１μｍ〜５μｍ厚の圧電体材料膜７２が形成される。このような圧電体材料膜７２は、金属酸化物結晶粒の焼結体からなる。
次に、圧電体材料膜７２の全面に上部電極１３の材料である上部電極膜７３が形成される。上部電極膜７３は、たとえば、白金（Ｐｔ）の単膜であってもよい。上部電極膜７３は、たとえば、ＩｒＯ２膜（たとえば４０ｎｍ〜１６０ｎｍ厚）を下層とし、Ｉｒ膜（たとえば４０ｎｍ〜１６０ｎｍ厚）を上層とするＩｒ０２／Ｉｒ積層膜であってもよい。このような上部電極膜７３は、スパッタ法で形成されてもよい。
【００５９】
次に、図９Ｃ〜図９Ｅに示すように、上部電極膜７３、圧電体材料膜７２および下部電極膜７１のパターニングが行われる。まず、フォトグラフィによって、上部電極１３のパターンのレジストマスクが形成される。そして、図９Ｃに示すように、このレジストマスクをマスクとして、上部電極膜７３がエッチングされることにより、所定パターンの上部電極１３が形成される。この後、エッチングを継続してオーバーエッチングを行うことによって、圧電体材料膜７２のうち上部電極１３から露出している部分が薄膜化される。これにより、圧電体材料膜７２のうち上部電極１３から露出している部分の厚さが、上部電極１３に覆われている部分の厚さの例えば１／２程度にされる。
【００６０】
次に、レジストマスクが剥離された後、フォトグラフィによって、圧電体膜１２のパターンのレジストマスクが形成される。そして、図９Ｄに示すように、このレジストマスクをマスクとして、圧電体材料膜７２がエッチングされることにより、所定パターンの圧電体膜１２が形成される。これにより、上面が上部電極１３の下面に接する能動部１２Ａと、能動部１２Ａよりも厚さの薄い非能動部１２Ｂとからなる圧電体膜１２が形成される。
【００６１】
次に、レジストマスクが剥離された後、フォトグラフィによって、下部電極１１のパターンのレジストマスクが形成される。そして、図９Ｅに示すように、このレジストマスクをマスクとして、下部電極膜７１がエッチングされることにより、所定パターンの下部電極１１が形成される。これにより、主電極部１１Ａと、貫通孔２３を有する延長部１１Ｂとからなる下部電極１１が形成される。このようにして、下部電極１１の主電極部１１Ａ、圧電体膜１２の能動部１２Ａおよび上部電極１３からなる圧電素子９が形成される。
【００６２】
次に、図９Ｆに示すように、レジストマスクが剥離された後、全面を覆う第１水素バリア膜１４が形成される。第１水素バリア膜１４は、スパッタ法で形成されたＡｌ２Ｏ３膜であってもよく、その膜厚は、５０ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。この後、第１水素バリア膜１４上の全面に絶縁膜１５が形成される。絶縁膜１５は、ＳｉＯ２膜であってもよく、その膜厚は、２００ｎｍ〜３００ｎｍであってもよい。続いて、絶縁膜１５および第１水素バリア膜１４が連続してエッチングされることにより、コンタクト孔３３，３４が形成される。
【００６３】
次に、図９Ｇに示すように、コンタクト孔３３，３４内を含む絶縁膜１５上に、スパッタ法によって、上部配線１７、下部配線１８およびダミー配線１９を構成する配線膜が形成される。この後、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、配線膜がパターニングされることにより、上部配線１７、下部配線１８およびダミー配線１９が同時に形成される。
【００６４】
次に、図９Ｈに示すように、絶縁膜１５の表面に配線１７，１８，１９を覆う第２水素バリア膜２０が形成される。第２水素バリア膜２０は、スパッタ法で形成されたＡｌ２Ｏ３膜であってもよく、その膜厚は、５０ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。この後、第２水素バリア膜２０上の全面にパッシベーション膜２１が形成される。パッシベーション膜２１は、例えば、ＳｉＮからなる。パッシベーション膜２１は、例えば、プラズマＣＶＤによって形成される。
【００６５】
絶縁膜１５の表面に配線１７，１８，１９を覆う第２水素バリア膜２０を形成することなく、パッシベーション膜２１を形成すると、次のような問題が生じるおそれがある。パッシベーション膜２１を形成する際には、水素が発生する。この水素が、上部配線１７、コンタクト孔３３および上部電極１３を通過して、圧電体膜１２に達する。これにより、圧電体膜１２が水素還元される。この結果、圧電体膜１２の耐圧不良が生じたり、圧電体膜１２のヒストリシス特性劣化が生じたりするおそれがある。
【００６６】
この実施形態では、絶縁膜１５の表面に配線１７，１８，１９を覆う第２水素バリア膜２０が形成された後に、第２水素バリア膜２０上にパッシベーション膜２１が形成される。したがって、パッシベーション膜２１を形成する際には、上部配線１７が第２水素バリア膜２０で覆われている。このため、パッシベーション膜２１を形成する際に発生した水素が、上部配線１７、コンタクト孔３３および上部電極１３を通過して、圧電体膜１２に達するのを防止できる。これにより、パッシベーション膜２１の形成工程時に、圧電体膜１２の水素還元による特性劣化を防止することができる。
【００６７】
次に、フォトグラフィによってパッド開口３５，３６に対応した開口を有するレジストマスクが形成され、このレジストマスクをマスクとして、第２水素バリア膜２０およびパッシベーション膜２１がエッチングされる。これにより、図９Ｉに示すように、第２水素バリア膜２０およびパッシベーション膜２１に、パッド開口３５，３６が形成される。
次に、レジストマスク剥離される。そして、フォトグラフィによって開口３７およびインク供給路２２に対応した開口を有するレジストマスクが形成され、このレジストマスクをマスクとして、パッシベーション膜２１、第２水素バリア膜２０および絶縁膜１５が連続してエッチングされる。これにより、図９Ｊに示すように、パッシベーション膜２１、第２水素バリア膜２０および絶縁膜１５に、開口３７およびインク供給路２２が形成される。
【００６８】
次に、レジストマスクが剥離される。そして、フォトグラフィによって開口３１，３２およびインク供給路２２に対応した開口を有するレジストマスクが形成され、このレジストマスクをマスクとして、第１水素バリア膜１４がパターニングされる。これにより、図９Ｋに示すように、第１水素バリア膜１４に、開口３１，３２およびインク供給路２２が形成される。
【００６９】
次に、レジストマスクが剥離される。そして、図９Ｌに示すように、フォトグラフィおよびエッチングにより、可動膜形成層１０に、インク流通孔２４が形成される。
次に、図９Ｍに示すように、保護基板４の対向面５１に接着剤５０が塗布され、インク供給路５５とインク供給路２２とが一致するように、アクチュエータ基板２に保護基板４が固定される。
【００７０】
次に、図９Ｎに示すように、アクチュエータ基板２を薄くするための裏面研削が行われる。アクチュエータ基板２が裏面２ｂから研磨されることにより、アクチュエータ基板２が薄膜化される。たとえば、初期状態で６７０μｍ厚程度のアクチュエータ基板２が、３００μｍ厚程度に薄型化されてもよい。次に、アクチュエータ基板２に対して、アクチュエータ基板２の裏面からエッチング（ドライエッチングまたはウェットエッチング）を行うことによって、圧力室５、制限流路６およびインク流入部７が形成される。
【００７１】
このエッチングの際、可動膜形成層１０の表面に形成される下地酸化膜は、圧電体膜１２から金属元素（ＰＺＴの場合は、Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉ）が抜け出すことを防止し、圧電体膜１２の圧電特性を良好に保つ。また、前述のとおり、可動膜形成層１０の表面に形成される下地酸化膜は、可動膜１０Ａを形成するシリコン層の耐久性の維持に寄与する。
この後、図９Ｏに示すように、ノズル基板３がアクチュエータ基板２の裏面に張り合わされることにより、インクジェットプリントヘッド１が得られる。
【００７２】
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の実施形態で実施することもできる。前述の実施形態では、制限流路６は、図４に示されるような形態であるが、図１０に示すような形態であってもよい。この制限流路６は、平面視で蛇行状に形成された蛇行状流路６２を含んでいる。蛇行状流路６２は、平面視において、インク流通方向４１と直交する方向に間隔をおいて互いに平行に配された複数の直線状部分６２ａと、それらの直線状部分６２ａを繋いで１本の流路が形成されるように、隣接する直線状部分６２ａの端部を連結する連結部分６２ｂとを含む。蛇行状流路６２の一端は圧力室５に接続され、蛇行状流路６２の他端はインク流入部７に接続されている。制限流路６の深さは圧力室５の深さと同じであってもよく、圧力室５よりも浅くてもよい。
【００７３】
また、前述の実施形態では、第１水素バリア膜１４の表面の一部に絶縁膜１５が形成されているが、第１水素バリア膜１４の表面の全域に絶縁膜１５が形成されていてもよい。
また、前述の実施形態では、第１水素バリア膜１４表面の一部に絶縁膜１５が形成されているが、絶縁膜１５はなくてもよい。
また、前述の実施形態では、第１水素バリア膜１４に開口３１，３２が形成されているが、第１水素バリア膜１４にこれらの開口３１，３２を形成しなくてもよい。
【００７４】
また、前述の実施形態では、絶縁膜１５上に配線１７，１８，１９を覆う第２水素バリア膜２０が形成されているが第２水素バリア膜２０はなくてもよい。
また、前述の実施形態では、制限流路６は蛇行状流路６１，６２を有しているが、制限流路６は蛇行状流路６１，６２を有していなくてもよい。
また、前述の実施形態では、圧電体膜の材料としてＰＺＴを例示したが、そのほかにも、チタン酸鉛（ＰｂＰＯ３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、ニオブ酸ノチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などに代表される金属酸化物からなる圧電材料が適用されてもよい。
【００７５】
前述の実施形態では、この発明をインクジェットプリントヘッドに適用した場合について説明したが、この発明は、圧電素子を利用した圧電マイクロホン、圧力センサ等にも適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【００７６】
この明細書からはさらに以下のような特徴（以下、第２発明という場合がある）が抽出され得る。
Ａ１．  圧力室、前記圧力室に連通する制限流路および前記制限流路に連通するインク流入部を有するアクチュエータ基板と、前記圧力室上に配置されかつ前記圧力室の天面部を区画する可動膜と、前記可動膜上に形成された圧電素子とを含み、前記制限流路は、前記可動膜の主面に対して法線方向から見た平面視において、蛇行状に形成された蛇行状流路を含む、インクジェットプリントヘッド。
【００７７】
この構成では、制限流路は蛇行状流路を含んでいるので、特許文献２に記載の直線状の制限流路に比べて、制限流路形成領域の長さ（インク流入部と圧力室との間の長さ）に対する、制限流路全体の流体抵抗を大きくすることができる。これにより、制限流路形成領域の長さを短くすることがきる。これにより、インクジェットプリントヘッドの小型化が図れる。
【００７８】
Ａ２．  前記蛇行状流路は、前記平面視において、間隔をおいて互いに平行に配された複数の直線状部分と、それらの直線状部分を繋いで１本の流路が形成されるように、隣接する前記直線状部分の端部を連結する複数の連結部分とを含む、「Ａ１．」に記載のインクジェットプリントヘッド。
Ａ３．  前記圧力室の底面部を区画し、かつ前記圧力室に連通するインク吐出口を有するノズル基板をさらに含む、「Ａ１．」または「Ａ２．」に記載のインクジェットプリントヘッド。この構成では、圧力室内のインクが加圧されると、圧力室内のインクがインク吐出口から吐出される。
【００７９】
Ａ４．  前記圧電素子は、前記可動膜上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された上部電極とを有する、「Ａ１．」〜「Ａ３．」のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
Ａ５．  前記上部電極の上面中央に開口を有し、前記上部電極の上面周縁部と、前記上部電極および前記圧電体膜の側面全域を覆う水素バリア膜とを含む、「Ａ４．」に記載のインクジェットプリントヘッド。
【００８０】
この構成では、水素バリア膜は上部電極の上面中央に開口を有しているので、圧電体膜が変形しやすくなる。これにより、可動膜の変位量を大きくすることができる。
Ａ６．  前記可動膜の主面に対して法線方向から見た平面視において、前記上部電極および前記圧電体膜は、それぞれ、前記可動膜よりも前記キャビティの内方に後退した周縁を有し、前記圧電体膜の側面を覆う水素バリア膜と前記可動膜の周縁との間領域に、前記水素バリア膜が形成されていない領域が存在する、「Ａ５．」に記載のインクジェットプリントヘッド。
【００８１】
この構成では、上部電極および圧電体膜は、可動膜の周縁部上には配置されていないので、可動膜の変位をより大きくすることができる。さらに、この構成では、圧電体膜の側面を覆う水素バリア膜と可動膜の周縁との間領域に、水素バリア膜が形成されていない領域が存在するので、可動膜の変位量をさらに大きくすることができる。
Ａ７．  前記圧力室は、前記平面視において矩形状に形成されており、前記可動膜は、前記平面視において前記圧力室の周縁と整合する矩形状に形成されており、前記圧電体膜は、前記平面視において、前記可動膜の短手方向の幅より短い幅と、前記可動膜の長手方向の長さより短い長さとを有する矩形であり、その両端縁および両側縁が前記可動膜の両端縁および両側縁よりも前記可動膜の内方にそれぞれ後退しており、前記上部電極は、前記平面視において、前記可動膜の短手方向の幅より短い幅と、前記可動膜の長手方向の長さより短い長さとを有する矩形であり、その両端縁および両側縁が前記可動膜の両端縁および両側縁よりも前記可動膜の内方にそれぞれ後退している、「Ａ６．」に記載のインクジェットプリントヘッド。
【００８２】
この構成では、上部電極および圧電体膜は、可動膜の周縁部上には配置されていないので、可動膜の変位を大きくすることができる。
Ａ８．  前記水素バリア膜上に形成された絶縁膜をさらに含み、前記圧電素子上において、前記水素バリア膜および前記絶縁膜に、前記上部電極の一部を露出させるコンタクト孔が形成されており、前記絶縁膜上に、一端部が前記コンタクト孔を介して前記上部電極に接続され、他端部が前記圧電素子の外側に引き出された配線が形成されている、「Ａ４．」〜「Ａ７．」のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
【００８３】
この構成では、上部電極を、配線を介して、圧電素子の駆動回路に接続できる。
Ａ９．  前記絶縁膜上に形成され、前記配線を被覆するパッシベーション膜をさらに含む、「Ａ８．」に記載のインクジェットプリントヘッド。
この構成では、パッシベーション膜によって配線を保護することができる。
Ａ１０．  前記水素バリア膜はＡｌ２Ｏ３からなる、「Ａ５．」〜「Ａ９．」のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
【００８４】
Ａ１１．  前記圧電体膜はＰＺＴ膜からなる、「Ａ４．」〜「Ａ１０．」のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
Ａ１２．  前記上部電極はＰｔ単膜からなる、「Ａ４．」〜「Ａ１１．」のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
Ａ１３．  前記上部電極は、前記圧電体膜上に形成されたＩｒ０２膜と、前記Ｉｒ０２膜上に形成されたＩｒ膜との積層膜からなる、「Ａ４．」〜「Ａ１１．」のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
【００８５】
Ａ１４．  前記下部電極は、前記可動膜側に形成されたＴｉ膜と、前記Ｔｉ膜上に形成されたＰｔ膜との積層膜からなる、「Ａ４．」〜「Ａ１３．」のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
Ａ１５．  前記可動膜はＳｉＯ２単膜からなる、「Ａ４．」〜「Ａ１４．」のいずれかに記載の圧電素子利用装置。
【００８６】
Ａ１６．  前記可動膜は、前記基板上に形成されたＳｉ膜と、前記Ｓｉ膜上に形成されＳｉＯ２膜と、前記ＳｉＯ２膜上に形成されたＳｉＮ膜との積層膜からなる、「Ａ４．」〜「Ａ１４．」のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
前記「Ａ１．」を特徴とする第２発明においては、圧電体膜１２は、非能動部１２Ｂを有してなくてもよい。つまり、図１１に示すように、圧電体膜１２は、平面視において、上部電極１３と同じパターンの矩形状に形成されていてもよい。この場合、上部電極１３および圧電体膜１２は、それぞれ、平面視において、可動膜１０Ａよりも圧力室５の内方に後退した周縁を有する。
【００８７】
また、図１２に示すように、圧電体膜１２は、平面視において、上部電極の周縁よりも外方に位置しかつ可動膜１０Ａよりも圧力室５の内方に後退した周縁を有するパターンの矩形状に形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１  インクジェットプリントヘッド
２  アクチュエータ基板
２ａ  表面
２ｂ  裏面
３  ノズル基板
３ａ  凹部
３ｂ  インク吐出通路
３ｃ  吐出口
４  保護基板
５  圧力室（キャビティ）
６  制限流路
７  インク流入部
９  圧電素子
１０  可動膜形成層
１０Ａ  可動膜
１１  下部電極
１１Ａ  主電極部
１１Ｂ  延長部
１２  圧電体膜
１２Ａ  能動部
１２Ｂ  非能動部
１３  上部電極
１４  第１水素バリア膜
１５  絶縁膜
１７  上部配線
１７Ａ  引き出し部
１７Ｂ  パッド部
１８  下部配線
１９  ダミー配線
２０  第２水素バリア膜
２１  パッシベーション膜
２２  インク供給路
２３  貫通孔（下部電極）
２４  インク流通孔（可動膜形成層）
３１  開口
３２  開口
３３  コンタクト孔
３４  コンタクト孔
３５  パッド開口
３６  パッド開口
３７  開口（絶縁膜、第２水素バリア膜およびパッシベーション膜）
４１  インク流通方向
５０  接着剤
５１  対向面
５２  収容凹所
５３  配線用貫通孔
５４  配線用貫通孔
５５  インク供給路
６１，６２  蛇行状流路
【図１Ａ】
0006575901.tif 000002
【図１Ｂ】
0006575901.tif 000003
【図２Ａ】
0006575901.tif 000004
【図２Ｂ】
0006575901.tif 000005
【図３】
0006575901.tif 000006
【図４】
0006575901.tif 000007
【図５】
0006575901.tif 000008
【図６】
0006575901.tif 000009
【図７】
0006575901.tif 000010
【図８】
0006575901.tif 000011
【図９Ａ】
0006575901.tif 000012
【図９Ｂ】
0006575901.tif 000013
【図９Ｃ】
0006575901.tif 000014
【図９Ｄ】
0006575901.tif 000015
【図９Ｅ】
0006575901.tif 000016
【図９Ｆ】
0006575901.tif 000017
【図９Ｇ】
0006575901.tif 000018
【図９Ｈ】
0006575901.tif 000019
【図９Ｉ】
0006575901.tif 000020
【図９Ｊ】
0006575901.tif 000021
【図９Ｋ】
0006575901.tif 000022
【図９Ｌ】
0006575901.tif 000023
【図９Ｍ】
0006575901.tif 000024
【図９Ｎ】
0006575901.tif 000025
【図９Ｏ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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