(57)【要約】【課題】信頼性および耐久性能を高めやすい圧電薄膜素子およびその製造方法、ならびにインクジェットヘッドおよびインクジェット式記録装置を提供すること。【解決手段】基板１１と、基板１１上に設けられた第１の電極層１３と、第１の電極層１３上に設けられた圧電体層と、圧電体層上に設けられた第２の電極層１９とを備えた圧電薄膜素子２０を構成するにあたり、鉛を構成元素とするペロブスカイト型結晶構造の酸化物からなる第１の圧電体層１４と、第１の圧電体層１４上に設けられて該第１の圧電体層１４での空孔１７を埋める電気絶縁性酸化物からなる第２の圧電体層１８とを上記の圧電体層に含ませる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に設けられた第１の電極層と、前記第１の電極層上に設けられた圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第２の電極層とを備えた圧電薄膜素子であって、
前記圧電体層は、
鉛を構成元素とするペロブスカイト型結晶構造の酸化物からなる第１の圧電体層と、
前記第１の圧電体層上に設けられて該第１の圧電体層での空孔を埋める電気絶縁性酸化物からなる第２の圧電体層と、
を含むことを特徴とする圧電薄膜素子。
【請求項２】
前記空孔の周囲に副生成物層がないことを特徴とする請求項１に記載の圧電薄膜素子。
【請求項３】
前記第１の圧電体層は、（１１１）面または（００１）面に優先配向した多結晶体であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電薄膜素子。
【請求項４】
前記第１の圧電体層の最大厚みは、１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の圧電薄膜素子。
【請求項５】
基板と、前記基板上に設けられた第１の電極層と、前記第１の電極層上に設けられた圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第２の電極層とを備えた圧電薄膜素子の製造方法であって、
鉛を構成元素とするペロブスカイト型結晶構造の酸化物からなる第１の圧電体層が前記第１の電極層を介して片面に形成された基板を洗浄して、前記第１の圧電体層の形成過程で該第１の圧電体層に混入した異物や該第１の圧電体層に形成された副生成物層を除去する異物除去工程と、
前記異物除去工程を経た第１の圧電体層上に、該第１の圧電体層での空孔を埋めるようにして電気絶縁性酸化物からなる第２の圧電体層を形成する第２の圧電体層形成工程と、
を含むことを特徴とする圧電薄膜素子の製造方法。
【請求項６】
第１の電極層上に圧電体層が形成され、該圧電体層上に第２の電極層が形成さた圧電薄膜素子と、前記圧電薄膜素子における第１の電極層および第２の電極層のいずれかの電極層側の面に設けられた振動板層と、前記振動板層における圧電薄膜素子側とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材とを備え、前記圧電薄膜素子の圧電効果により前記振動板層を層厚方向に変位させて前記圧力室のインクを吐出させるインクジェットヘッドであって、
前記圧電体層は、
鉛を構成元素とするペロブスカイト型結晶構造の酸化物からなる第１の圧電体層と、
前記第１の圧電体層上に設けられて該第１の圧電体層での空孔を埋める電気絶縁性酸化物からなる第２の圧電体層と、
を含むことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項７】
インクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドを記録媒体に対して相対移動させる相対移動手段とを備え、前記相対移動手段により前記インクジェットヘッドが前記記録媒体に対して相対移動しているときに、該インクジェットヘッドから前記記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェット式記録装置であって、
前記インクジェットヘッドは請求項６に記載のインクジェットヘッドであることを特徴とするインクジェット式記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械変換機能を有する圧電薄膜素子およびその製造方法、この圧電薄膜素子を用いたインクジェットヘッド、およびインクジェットヘッドを印字手段として備えたインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電薄膜アクチュエータなどで用いられる圧電薄膜素子は、電場を印加したときに歪みを生じて電気機械変換を行う素子であり、一般に、圧電体層をその厚さ方向に２つの電極で挟んだ構造の積層体を備えている。この圧電薄膜素子における圧電体層は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換し、あるいは電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する圧電材料によって形成される。
【０００３】
圧電材料の代表的なものは、ペロブスカイト型結晶構造の酸化物であるチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3（以下、「ＰＺＴ」と略記する。）や、このＰＺＴにマグネシウム、マンガン、ニッケル、ニオブなどを添加したものなどである。ＰＺＴのうちの正方晶系ＰＺＴでは（００１）軸方向（Ｃ軸方向）に、菱面体晶系ＰＺＴでは（１１１）軸方向に、大きな圧電変位が得られる。ただし、多くの圧電体材料は結晶粒子の集合体である多結晶体からなり、個々の結晶粒子の結晶軸はばらばらな方向を向いている。このため、各結晶粒子での自発分極も無秩序に配列している。
【０００４】
圧電薄膜素子における圧電体層は、大きな電気機械変換能を得るために、各結晶粒子での自発分極のベクトルの総和をとったときに当該ベクトルが電界と平行になるように作製される。これにより、例えば上記の積層体に振動板を設けた構造を有する圧電薄膜アクチュエータにおいては、両電極間に電圧を印加すると、その電圧の大きさに比例した機械的変位が得られる。
【０００５】
図１７および図１８は、それぞれ、圧電薄膜素子の一例を基本構造を概略的に示す断面図である。図１７に示す圧電薄膜素子４８は、基板４１上に密着層４２、下部電極層４３、圧電体層４４、および上部電極層４７がこの順番で積層された構造を有している。密着層４２、下部電極層４３、および上部電極４７の各々はスパッタ法などにより形成され、圧電体層はスパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法などにより形成される。
【０００６】
圧電体層４４を形成する際に異物４６が混入すると、異物４６と圧電体層４４の界面では圧電体層４４とは異なる組成の副生成物層が形成されやすくなる。特に、鉛（Ｐｂ）を含むペロブスカイト型結晶構造の圧電体層を形成する際には、結晶性を向上させて圧電性能を高めるために化学量論組成よりもＰｂを５〜１５モル％程度過剰に添加することから、上述した異物４６と圧電体層４４の界面に一酸化鉛（ＰｂＯ）や二酸化鉛（ＰｂＯ2）などの鉛酸化物からなる副生成物層４５が形成されやすい。
【０００７】
一方、図１８に示す圧電薄膜素子５８も、基板５１上に密着層５２、下部電極層５３、圧電体層５４、および上部電極層５７がこの順番で積層された構造を有している。図１７に示した圧電薄膜素子４８との相違は、圧電体層５４を形成してから上部電極層５７を形成するまでの間に図１７に示した異物４６が欠落して異物欠落部（空孔）５６が存在している点にある。異物は圧電体層５４との密着性が悪いため、欠落しやすい。異物欠落部（空孔）５６での圧電体層５４と上部電極５７との界面には、ＰｂＯやＰｂＯ2などの鉛酸化物からなる副生成物層５５が存在する。
【０００８】
例えば圧電薄膜アクチュエータを用いたインクジェットヘッドでは、厚さ数μｍの圧電体層に数十Ｖの電圧を印加する必要があるため、圧電体層には数百ｋＶ／ｃｍ以上の耐電圧性が要求される。このように高い耐電圧性が求められる圧電薄膜素子では、図１７に示した圧電薄膜素子４８におけるように圧電体層４４に異物４６が混入して該異物４６の周囲に副生成物層４５が形成されると、電圧を印加した際に異物４６や副生成物層４５を介してリーク電流が発生しやすくなり、信頼性が低下する。また、図１８に示した圧電薄膜素子５８におけるように圧電体層５４に異物欠落部（空孔）５６が生じると、異物欠落部（空孔）５６の下方での圧電体膜層５４の厚さが薄くなることから、電圧を印加した際に異物欠落部（空孔）５６の下方で電界集中が起こって絶縁破壊が生じやすくなり、信頼性が低下する。
【０００９】
圧電薄膜素子の信頼性を向上させるために、例えば（特許文献１）に記載された発明の圧電体素子では、圧電体層（圧電体膜）に生じた薄肉部を有機絶縁性物質、具体的にはポリイミド樹脂で埋めている。また、（特許文献２）に記載された発明の圧電体素子では、圧電体層（圧電体膜）での結晶粒の粒界露出領域に、圧電体膜と同じ元素構成を有する一方で異なる結晶性（非晶質またはパイロクロア構造）を有する低誘電率性物質を形成している。
【特許文献１】特開２０００−３５１２１２号公報
【特許文献２】特許第３６６６１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
（特許文献１，２）に記載された各圧電素子では、圧電性能を持たない電気絶縁性物質を圧電体層に形成しているため、圧電体層に電圧を印加したときに圧電体層は変形するが上記の電気絶縁性物質は変形しないこととなり、圧電体層と上記電気絶縁性物質層との境界領域に大きな内部応力が発生する。このため、圧電体素子に長期間に渡って周期的または非周期的に電圧を印加して変形を繰り返すと、当該圧電体素子にマイクロクラックなどが生じやすくなり、マイクロクラックが生じるとリーク電流が生じるため、耐久性能が低下する。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、信頼性および耐久性能を高めやすい圧電薄膜素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明では、基板と、基板上に設けられた第１の電極層と、第１の電極層上に設けられた圧電体層と、圧電体層上に設けられた第２の電極層とを備えた圧電薄膜素子を構成するにあたって、圧電体層に２つの層、すなわち鉛を構成元素とするペロブスカイト型結晶構造の酸化物からなる第１の圧電体層と、第１の圧電体層上に設けられて該第１の圧電体層での空孔を埋める電気絶縁性酸化物からなる第２の圧電体層とを含ませたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の圧電薄膜素子では、第１の圧電体層に生じた空孔が第２の圧電体層で埋められているので、電圧を印加した際にリークパスの形成や電界集中の発生が抑制される。また、電圧を印加した際には第１の圧電体層と第２の圧電体層の両方が変形するので、大きな内部応力が生じにくく、したがってマイクロクラックが生じにくい。これらの理由から、本発明の圧電薄膜素子では、その信頼性および耐久性能を高めやすい。本発明の圧電薄膜素子を用いて圧電薄膜アクチュエータを作製することにより、信頼性および耐久性能を高めやすいインクジェットヘッドおよびインクジェット式記録装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明の圧電薄膜素子は、基板と、基板上に設けられた第１の電極層と、第１の電極層上に設けられた圧電体層と、圧電体層上に設けられた第２の電極層とを備えた圧電薄膜素子であって、圧電体層は、鉛を構成元素とするペロブスカイト型結晶構造の酸化物からなる第１の圧電体層と、第１の圧電体層上に設けられて該第１の圧電体層での空孔を埋める電気絶縁性酸化物からなる第２の圧電体層と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
この圧電薄膜素子では、第１の圧電体層に生じた空孔が第２の圧電体層で埋められているので、電圧を印加した際にリークパスの形成や電界集中の発生が抑制される。また、電圧を印加した際には第１の圧電体層と第２の圧電体層の両方が変形するので、大きな内部応力が生じにくく、したがってマイクロクラックが生じにくい。これらの理由から、当該圧電薄膜素子では、その信頼性および耐久性能を高めやすい。この圧電薄膜素子を用いて圧電薄膜アクチュエータを作製することにより、信頼性および耐久性能を高めやすいインクジェットヘッドおよびインクジェット式記録装置が得られる。
【００１６】
第２の発明の圧電薄膜素子は、上記の空孔の周囲に副生成物層がないことを特徴とする。この圧電薄膜素子では、上記の空孔の周囲に副生成物層がないので、電圧を印加したときにリークパスが形成され難い。その結果として、この圧電薄膜素子では、その信頼性および耐久性能を高めやすい。
【００１７】
第３の発明の圧電薄膜素子は、上記第１の圧電体層は、（１１１）面または（００１）面に優先配向した多結晶体であることを特徴とする。この圧電薄膜素子では、第１の圧電体層が上述の多結晶体により形成されているので、優れた圧電特性を実現することができる。
【００１８】
第４の発明の圧電薄膜素子は、上記第１の圧電体層の最大厚みは、１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。この圧電薄膜素子では、第１の圧電体層の最大厚みが上述のように選定されているので、本発明による技術的効果を容易に得ることができる。
【００１９】
第５の発明の圧電薄膜素子の製造方法は、基板と、基板上に設けられた第１の電極層と、第１の電極層上に設けられた圧電体層と、圧電体層上に設けられた第２の電極層とを備えた圧電薄膜素子の製造方法であって、鉛を構成元素とするペロブスカイト型結晶構造の酸化物からなる第１の圧電体層が第１の電極層を介して片面に形成された基板を洗浄して、第１の圧電体層の形成過程で該第１の圧電体層に混入した異物や該第１の圧電体層に形成された副生成物層を除去する異物除去工程と、異物除去工程を経た第１の圧電体層上に、該第１の圧電体層での空孔を埋めるようにして電気絶縁性酸化物からなる第２の圧電体層を形成する第２の圧電体層形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００２０】
この製造方法では、第１の圧電体層の形成時に該第１の圧電体層に混入した異物、および該第１の圧電体層に形成された副生成物をそれぞれ除去した後に第２の圧電体層を形成するので、得られる圧電薄膜素子では、電圧を印加した際にリークパスの形成や電界集中の発生が抑制される。また、電圧を印加した際には第１の圧電体層と第２の圧電体層の両方が変形するので、大きな内部応力が生じにくく、したがってマイクロクラックが生じにくい。これらの理由から、この製造方法によれば、信頼性および耐久性能が高い圧電薄膜素子を得やすくなる。
【００２１】
第６の発明のインクジェットヘッドは、第１の電極層上に圧電体層が形成され、該圧電体層上に第２の電極層が形成さた圧電薄膜素子と、圧電薄膜素子における第１の電極層および第２の電極層のいずれかの電極層側の面に設けられた振動板層と、振動板層における圧電薄膜素子側とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材とを備え、圧電薄膜素子の圧電効果により振動板層を層厚方向に変位させて圧力室のインクを吐出させるインクジェットヘッドであって、圧電体層は、鉛を構成元素とするペロブスカイト型結晶構造の酸化物からなる第１の圧電体層と、第１の圧電体層上に設けられて該第１の圧電体層での空孔を埋める電気絶縁性酸化物からなる第２の圧電体層と、を含むことを特徴とする。
【００２２】
このインクジェットヘッドにおける圧電薄膜素子は、上述した第１の発明の圧電薄膜素子から基板を除去したものに相当し、該圧電薄膜素子も上述した第１の発明の圧電薄膜素子と同様に、その信頼性および耐久性能を高めやすいものである。したがって、このインクジェットヘッドにおいても、その信頼性および耐久性能を高めやすい。
【００２３】
第７の発明のインクジェット式記録装置は、インクジェットヘッドと、インクジェットヘッドを記録媒体に対して相対移動させる相対移動手段とを備え、相対移動手段によりインクジェットヘッドが記録媒体に対して相対移動しているときに、該インクジェットヘッドから記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェット式記録装置であって、インクジェットヘッドは上記第６の発明のインクジェットヘッドであることを特徴とする。
【００２４】
このインクジェット式記録装置では、インクジェットヘッドが上記第６の発明のインクジェットヘッドであることから、その信頼性および耐久性能を高めやすい。
【００２５】
以下、本発明の圧電薄膜素子、圧電薄膜素子の製造方法、インクジェットヘッド、およびインクジェット式記録装置それぞれについて、図面を用いて実施の形態を説明する。なお、本発明は以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の圧電薄膜素子の一例を概略的に示す断面図である。図中の１１は基板、１２は密着層、１３は第１の電極層、１４は第１の圧電体層、１７は空孔、１８は第２の圧電体層、１９は第２の電極層、２０は圧電薄膜素子である。基板１１上に密着層１２、第１の電極層１３、第１の圧電体層１４、第２の圧電体層１８、および第２の電極層１９がこの順番で積層されて、圧電薄膜素子２０を構成している。
【００２７】
基板１１としては、例えばシリコンウェハ、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）単結晶基板、ガラス基板、金属基板、セラミックス基板などを用いることができる。
【００２８】
密着層１２は任意の構成要素であり、基板１１と第１の電極層１３との密着性を高めるために必要に応じて配置される。この密着層１２は、例えばチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、およびクロム（Ｃｒ）等の金属や該金属の化合物よって形成され、その厚さは概ね０．００５〜１μｍの範囲内で適宜選定される。例えば基板としてシリコンウェハを用い、第１の電極層を白金（Ｐｔ）により形成する場合には、チタン（Ｔｉ）からなる密着層１２を設けることにより、基板１１と第１の電極層１２との密着性を向上させることができる。
【００２９】
第１の電極層１３は、第２の電極層１９と共に圧電体層（第１の圧電体層１４および第２の圧電体層１８）に電圧を印加するためのものであり、所望の導電性材料により形成される。圧電薄膜素子２０をインクジェットヘッドの圧電薄膜アクチュエータに用いる場合には基板１１が最終的に除去されるので、基板１１を除去する際に損傷してしまわないように、第１の電極層１３は白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）などの耐食性金属により形成することが好ましい。第１の電極層１３の厚さは、その材質に応じて適宜選定される。
【００３０】
第１の圧電体層１４は、鉛を構成元素とするペロブスカイト型結晶構造の酸化物、例えば菱面体晶系または正方晶系のペロブスカイト型結晶構造を有するＰＺＴや、該ＰＺＴにランタン（Ｌａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）などの添加物を含有させたもの、あるいはマグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）や亜鉛ニオブ酸鉛（ＰＺＮ）、ランタンがドープされたチタン酸鉛（ＰＬＴ）などにより形成される。
【００３１】
例えばＰＺＴによって第１の圧電体層１４を形成する場合、当該第１の圧電体層１４におけ亜鉛（Ｚｎ）原子とチタン（Ｔｉ）原子との原子数比Ｚｒ／Ｔｉを３０／７０〜７０／３０程度の範囲内とすることにより、その結晶構造を菱面体晶系または正方晶系のペロブスカイト型結晶構造とすることができる。なお、ＰＺＴでは、Ｚｒ／Ｔｉが概ね５３／４７のときにモルフォトロピック相境界（正方晶と菱面体晶との境界）となる。
【００３２】
ＰＺＴに限らず、上述の酸化物は、通常、多結晶体である。第１の圧電体層１４を上記酸化物の多結晶体で形成する場合、結晶粒子が少しでも配向していれば分極軸が電圧の印加方向に向きやすくなるので圧電性能が向上するが、第１の圧電体層１４の形成時に発生する内部応力や、高温環境下で形成するために発生する基板との線膨張係数の違いによる応力などの影響により圧電性能が抑えられる。
【００３３】
このため、実用上は（１１１）面または（００１）面に優先配向した多結晶体によって第１の圧電体層１４を形成することが好ましい。このときの（１１１）面への配向率α（１１１）または（００１）面への配向率α（００１）は７０％以上であることが好ましく、当該配向率が９０％以上であれば上記の各応力の影響を無視できるようになるので更に好ましい。上記の配向率α（１１１）はα（１１１）＝Ｉ（１１１）／ΣＩ（ｈｋｌ）で定義され、配向率α（００１）はα（００１）＝Ｉ（００１）／ΣＩ（ｈｋｌ）で定義される。これらの式中のΣＩ（ｈｋｌ）は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折で２θが１０〜７０°となるときの各結晶面からの回折ピーク強度の総和を表している。多結晶体での配向率は、当該多結晶体の成膜方法、成膜条件、下地層の性状などを適宜選定することにより制御される。
【００３４】
第１の圧電体層１４の厚さは、その組成や圧電薄膜素子２０の用途などに応じて適宜選定される。圧電薄膜素子２０をインクジェットヘッドの圧電薄膜アクチュエータとして用いる場合には、当該第１の圧電体層１４の最大厚みを概ね１〜１０μｍの範囲内で選定することが好ましい。第１の圧電体層１４の最大厚みがこの範囲外では、第２の圧電体層１８を設けても圧電薄膜素子２０の信頼性や耐久性能を向上させることが困難である。
【００３５】
なお、第１の圧電体層１４にその形成過程で混入した異物は、第２の圧電体層１８を形成する前に除去しておく。異物の除去に伴って、第１の圧電体層１４には空孔１７が生じる。また、第１の圧電体層１４の形成過程で生じた副生成物も、第２の圧電体層１８を形成する前に除去しておくことが好ましい。異物や副生成物の除去方法については、後述する実施の形態３において説明する。
【００３６】
第２の圧電体層１８は、第１の圧電体層１４から異物を除去したことに伴って当該第１の圧電体層１４に生じた空孔１７を埋めるものであり、電気絶縁性酸化物からなる圧電材料によって形成される。この圧電材料としては、例えば第１の圧電体層１４についての説明の中で述べた酸化物を用いることができるが、その組成は第１の圧電体層１４とは異なる。第２の圧電体層１８の比誘電率は第１の圧電体層１４の比誘電率の１／３以上１以下であることが好ましく、かつ該第２の圧電体層１８の圧電定数ｄ31は第１の圧電体層１４の１／５０以上１以下であることが好ましい。そして、第２の圧電体層１８の圧電定数ｄ31は、第１の圧電体層１４の１／２以上であることが更に好ましい。第２の圧電体層１８での圧電定数ｄ31をこのように選定することにより、圧電薄膜素子２０に電圧を印加したときに第１の圧電体層１４と第２の圧電体層１８との界面での内部応力の発生を抑えやすくなる。
【００３７】
また、第２の圧電体層１８を構成する圧電材料についても、当該圧電材料は（１１１）面または（００１）面に優先配向した多結晶体であることが好ましい。このとき、配向率α（１１１）またはα（００１）は、第１の圧電体層１４におけるのと同様に７０％以上であることが好ましく、９０％以上であることが更に好ましい。
【００３８】
第２の電極層１９は、第１の電極層１３と共に圧電体層（第１の圧電体層１４および第２の圧電体層１８）に電圧を印加するためのものであり、所望の導電性材料により形成される。当該第２の電極層１９の厚さは、その材質に応じて、概ね０．１〜０．４μｍの範囲内で適宜選定される。
【００３９】
このような構造を有する圧電薄膜素子２０では、第１の圧電体層１４に生じた空孔１７が第２の圧電体層１８で埋められているので、電圧を印加した際にリークパスの形成や電界集中の発生が抑制される。また、電圧を印加した際には第１の圧電体層１４と第２の圧電体層１８の両方が変形するので、大きな内部応力が生じにくく、したがってマイクロクラックが生じにくい。これらの理由から、圧電薄膜素子２０では、その信頼性および耐久性能を高めやすい。
【００４０】
（実施の形態２）
図２は、本発明の圧電薄膜素子の他の例を概略的に示す断面図である。図中の６１は基板、６２は密着層、６３は第１の電極層、６４は第１の圧電体層、６７は空孔、７０は第２の圧電体層、７１は第２の電極層、７２は圧電薄膜素子である。基板６１上に密着層１２、第１の電極層６３、および第１の圧電体層６４がこの順番で積層され、第１の圧電体層６４に生じた空孔６７を埋めるようにして該空孔６７にのみ第２の圧電体層７０が形成され、これら第１の圧電体層６４および第２の圧電体層７０を覆うようにして第２の電極層７１が形成されて、圧電薄膜素子７２を構成している。
【００４１】
実施の形態１で説明した圧電薄膜素子２０（図１参照）との相違は、第２の圧電体層７０が空孔６７にのみ形成されている点にある。圧電薄膜素子７２における他の構成は、各層の組成も含めて、圧電薄膜素子２０の構成と同様である。
【００４２】
このような構造を有する圧電薄膜素子７２でも、実施の形態１で説明した圧電薄膜素子２０と同様に、第１の圧電体層６４に生じた空孔６７が第２の圧電体層７０で埋められているので、電圧を印加した際にリークパスの形成や電界集中の発生が抑制される。また、電圧を印加した際には第１の圧電体層６４と第２の圧電体層７０の両方が変形するので、大きな内部応力が生じにくく、したがってマイクロクラックが生じにくい。これらの理由から、圧電薄膜素子７２では、その信頼性および耐久性能を高めやすい。
【００４３】
（実施の形態３）
本発明の圧電薄膜素子は、例えば、異物除去工程と第２の圧電体層形成工程とを含む本発明の圧電薄膜素子の製造方法により製造することができる。以下、実施の形態１で説明した圧電薄膜素子２０（図１参照）を製造する場合を例にとり、本発明の製造方法の一例を工程毎に詳述する。
【００４４】
（異物除去工程）
異物除去工程では、鉛を構成元素とするペロブスカイト型結晶構造の酸化物からなる第１の圧電体層が第１の電極層を介して片面に形成された基板を洗浄して、第１の圧電体層の形成過程で該第１の圧電体層に混入した異物や該第１の圧電体層に形成された副生成物層を除去する。
【００４５】
図３（ａ）は、第１の圧電体層に混入した異物および該第１の圧電体層に生成された副生成物層それぞれの一例を概略的に示す断面図である。同図に示す構成要素のうちで図１に示した構成要素と共通するものについては、図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。図３（ａ）に示すように、第１の圧電体層１４は、基板１１上に第１の電極層１３を介して形成されており、第１の電極層１３と基板１１との間には密着層１２が介在している。当該第１の圧電体層１４には異物１５が混入しており、異物１５の周囲には例えば鉛酸化物からなる副生成物層１６が形成されている。
【００４６】
なお、密着層１２、第１の電極層１３、および第１の圧電体層１４の各々は、その組成に応じて、例えばスパッタ法、真空蒸着法、レーザービーム蒸着法、イオンプレーティング法、および分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法などの物理的気相蒸着法（ＰＶＤ法）や、有機金属気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ法）およびプラズマＣＶＤ法などの化学的気相蒸着法（ＣＶＤ法）、あるいは金属有機化合物堆積法（ＭＯＤ法）などの化学溶液堆積法（ＣＳＤ法）やゾルゲル法により形成される。
【００４７】
異物除去工程では、上述の異物１５や副生成物層１６を特定の洗浄処理により除去する。例えば、水または有機溶剤中で超音波洗浄した後に、副生成物層１６が溶解する液体（溶剤）により洗浄するという動作を１回または複数回繰り返すことにより、異物１５や副生成物層１６を除去する。副生成物層１６に対する溶剤を用いた洗浄は、例えば、希硫酸などによる洗浄と、過酸化水素水などによる洗浄とをこの順番で組み合わせて行ってもよい。
【００４８】
図３（ｂ）は、異物および副生成物層が除去された第１の圧電体層を概略的に示す断面図である。同図に示す構成要素のうちで図１に示した構成要素と共通するものについては、図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。図３（ｂ）に示すように、上述の洗浄により異物１５および副生成物層１６（図３（ａ）参照）が除去された第１の圧電体層１４には、異物１５および副生成物層１６があった箇所に空孔１７が形成される。
【００４９】
（第２の圧電体層形成工程）
第２の圧電体層形成工程では、上述の異物除去工程を経た第１の圧電体層上に、該第１の圧電体層での空孔を埋めるようにして電気絶縁性酸化物からなる第２の圧電体層を形成する。
【００５０】
図３（ｃ）は、第２の圧電体層の一例を概略的に示す断面図である。同図に示す構成要素のうちで図１に示した構成要素と共通するものについては、図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。図３（ｃ）に示すように、第２の圧電体層１８は、空孔１７を埋めるようにして第１の圧電体層１４上に形成されて、該第１の圧電体層１４を覆っている。なお、第２の圧電体層１８は、第１の圧電体層１４の成膜方法と同様の方法により形成することができる。
【００５１】
目的とする圧電薄膜素子２０は、上述のようにして第２の圧電体層１８を形成した後、図３（ｄ）に示すように第２の圧電体層１８上に第２の電極層１９を形成することにより得られる。第２の電極層１９は、第１の電極層１３の成膜方法と同様の方法により形成することができる。
【００５２】
（実施の形態４）
実施の形態２で説明した圧電薄膜素子７２におけるように、第１の圧電体層に形成された空孔を埋めるようにして該空孔にのみ第２の圧電体層が形成された圧電薄膜素子を本発明の製造方法によって得る場合には、実施の形態３で説明した第２の圧電体層形成工程が例えば３つのサブ工程に分かれる。以下、実施の形態２で説明した圧電薄膜素子７２を製造する場合を例にとり、本発明の製造方法の他の例を工程毎に詳述する。
【００５３】
（洗浄工程）
洗浄工程は、実施の形態３で説明した洗浄工程と同様にして行われる。洗浄対象となる第１の圧電体層６４は、図４（ａ）に示すように、基板６１上に第１の電極層６３を介して形成されており、第１の電極層６３と基板６１との間には密着層６２が介在している。当該第１の圧電体層６４には異物６５が混入しており、異物６５の周囲には例えば鉛酸化物からなる副生成物層６６が形成されている。
【００５４】
図４（ｂ）に示すように、洗浄工程を行った後では、第１の圧電体層６４から異物６５および副生成物層６６（図４（ａ）参照）が除去され、これら異物６５および副生成物層６６があった箇所に空孔６７が形成される。
【００５５】
なお、密着層６２、第１の電極層６３、および第１の圧電体層６４の各々は、実施の形態３で説明した密着層１２、第１の電極層１３、または第１の圧電体層１４と同様にして形成される。図４（ａ）または図４（ｂ）に示す構成要素のうちで図２に示した構成要素と共通するものについては、図２で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。後掲の図４（ｃ）〜図４（ｆ）に示す構成要素についても同様である。
【００５６】
（第２の圧電体層形成工程）
第２の圧電体層形成工程では、下記第１〜３サブ工程をこの順番で行って、第１の圧電体層に形成された空孔を埋めるようにして該空孔にのみ第２の圧電体層を形成する。
【００５７】
第１のサブ工程では、図４（ｃ）に示すように、実施の形態３で説明した第２の圧電体層形成工程と同様にして、空孔６７を埋める圧電体層６８を第１の圧電体層６４の上面全体に形成する。後述するように、圧電体層６８をパターニングすることで第２の圧電体層が形成される。この圧電体層６８は、実施の形態３で説明した第２の圧電体層１８と同様にして形成される。
【００５８】
第２のサブ工程では、図４（ｄ）に示すように、圧電体層６８上にレジスト層６９を形成する。このレジスト層６９は、その上面が平坦面となるように、例えばスピンコート法により形成される。
【００５９】
第３のサブ工程では、図４（ｅ）に示すように、レジスト層６９と圧電体層６８とをエッチバックして、空孔６７にのみ上記の圧電体層６８を残す。この圧電体層が第２の圧電体層７０となる。なお、レジスト層６９と圧電体層６８とをエッチバックするにあたっては、これらのエッチングレートが同じであることが最も好ましいので、当該エッチングレートができるだけ一致するように、あるいは完全に一致するように、圧電体層６８の材質に応じてレジスト層６９の材質を選定すると共に、エッチバックの際のエッチングガスおよびエッチング条件を選定する。
【００６０】
目的とする圧電薄膜素子７２は、上述のようにして第２の圧電体層７０を形成した後、図４（ｆ）に示すように第２の圧電体層７０上に第２の電極層７１を形成することにより得られる。第２の電極層７１は、第１の電極層６３の成膜方法と同様の方法により形成することができる。
【００６１】
（実施の形態５）
本発明のインクジェットヘッドは、第１の電極層上に圧電体層が形成され、該圧電体層上に第２の電極層が形成さた圧電薄膜素子と、この圧電薄膜素子における第１の電極層および第２の電極層のいずれかの電極層側の面に設けられた振動板層と、この振動板層における圧電薄膜素子側とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材とを備えており、圧電薄膜素子の圧電効果により振動板層を層厚方向に変位させて圧力室のインクを吐出させる。そして、上記の圧電薄膜素子は、本発明の圧電薄膜素子から基板を除いた構成を有している。
【００６２】
図５は、本発明のインクジェットヘッドの一例を概略的に示す斜視図であり、図６は、図５に示したインクジェットヘッドでの要部の構成を概略的に示す一部断面斜視図である。これら図５および図６において、Ａは、圧力室部材であって、この圧力室部材Ａには、その厚さ方向（上下方向）に貫通する圧力室用開口部１０１（図６参照）が形成されている。Ｂは、上記圧力室用開口部１０１の上端開口を覆うように配置された圧電薄膜アクチュエータ部（以下、単に「アクチュエータ部」という。）であり、Ｃは、圧力室用開口部１０１の下端開口を覆うように配置されたインク流路部材である。上記圧力室部材Ａの圧力室用開口部１０１は、その上下にそれぞれ位置する上記アクチュエータ部Ｂおよびインク流路部材Ｃにより閉塞されることで圧力室１０２とされている。
【００６３】
上記アクチュエータ部Ｂは、上記各圧力室１０２の略真上に位置する第１の電極層１０３（個別電極）を有し、これら圧力室１０２および第１の電極層１０３は、図２から判るように、千鳥状に多数配列されている。
【００６４】
上記インク流路部材Ｃは、インク供給方向に並ぶ圧力室１０２間で共用する共通液室１０５と、この共通液室１０５のインクを上記圧力室１０２に供給するための供給口１０６と、圧力室１０２内のインクを吐出させるためのインク流路１０７とを有している。
【００６５】
Ｄは、ノズル板であって、このノズル板Ｄには、上記インク流路１０７に連通するノズル孔１０８が形成されている。また、ＥはＩＣチップであって、このＩＣチップから上記各第１の電極層１０３に対してボンディングワイヤＢＷを介して電圧をそれぞれ供給するようになっている。
【００６６】
次に、上記アクチュエータ部Ｂの構成を図７に基づいて説明する。この図７は、図５に示したインク供給方向とは直交する方向の断面図である。同図では、上記直交方向に並ぶ４個の圧力室１０２を持つ圧力室部材Ａが参照的に描かれている。このアクチュエータ部Ｂは、上記の如く各圧力室１０２の略真上にそれぞれ位置する第１の電極層１０３と、各第１の電極層１０３上（同図では下側）に設けられた第１の圧電体層１０４と、該第１の圧電体層１０４上（同下側）に設けられた第２の圧電体層１１０と、該第２の圧電体層１１０上（同下側）に設けられ、全ての第２の圧電体層１１０に共通となる第２の電極層１１２（共通電極）と、該第２の電極層１１２上（同下側）に設けられ、上記第１の圧電体層１０４および第２の圧電体層１１０の圧電効果により層厚方向に変位し振動する振動板層１１１と、この振動板層１１１上（同下側）に設けられ、各圧力室１０２を区画する区画壁１０２ａの上方に位置する中間層１１３（縦壁）とを有しており、上記第１の電極層１０３、第１の圧電体層１０４、第２の圧電体層１１０および第２の電極層１１２は、これらが順に積層されてなる圧電薄膜素子を構成することになる。また、振動板層１１１は、この圧電薄膜素子の第２の電極層１１２側の面に設けられていることになる。
【００６７】
なお、図７中の参照符号１１４は圧力室部材Ａとアクチュエータ部Ｂとを接着する接着剤を示しており、上記各中間層１１３は、この接着剤１１４を用いた接着時に、その一部の接着剤１１４が区画壁１０２ａの外方にはみ出した場合でも、この接着剤１１４が振動板層１１１に付着しないで振動板層１１１が所期通りの変位および振動を起こすように、圧力室１０２の上面と振動板層１１１の下面との距離を拡げる役割を有している。このようにアクチュエータ部Ｂの振動板層１１１における第２の電極層１１２とは反対側の面に中間層１１３を介して圧力室部材Ａを接合するのが好ましいが、振動板層１１１における第２の電極層１１２とは反対側の面に直接圧力室部材Ａを接合するようにしてもよい。
【００６８】
上記第１の電極層１０３、第１の圧電体層１０４、第２の圧電体層１１０および第２の電極層１１２の各構成材料は、上記実施の形態１で説明した第１の電極層１３、第１の圧電体層１４、第２の圧電体層１８または第２の電極層１９とそれぞれ同様である（構成元素の含有量が異なるものもある）。
【００６９】
次に、図５のＩＣチップＥを除くインクジェットヘッド、つまり図６または図７に示す上記圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂ、インク流路部材Ｃおよびノズル板Ｄよりなるインクジェットヘッドの製造方法を図８〜図１２に基づいて説明する。
【００７０】
図８（ａ）に示すように、基板１２０上に密着層１２１、第１の電極層１０３、第１の圧電体層１０４、第２の圧電体層１１０、第２の電極層１１２、振動板層１１１、上記中間層１１３をスパッタ法により順次成膜して積層する。なお、基板１２０は上記実施の形態１で説明した基板１１に相当し、密着層１２１は密着層１２に相当する。密着層１２１は、基板１２０と第１の電極層１０３との密着性を高めるために、必要に応じて基板１２０と第１の電極層１０３との間に形成される。この密着層１２１は、後述の如く、基板１２０と同様に除去する。振動板層１１１の材料には例えばクロム（Ｃｒ）が使用され、中間層１１３の材料には例えばチタン（Ｔｉ）が使用される。なお、第１の圧電体層１０４の形成後に異物や、鉛酸化物層等の副生成物層を取り除くための洗浄を行い、その後に第２の圧電体層１１０を形成している。
【００７１】
密着層１２１、第１の電極層１０３、第１の圧電体層１０４、第２の圧電体層１１０、第２の電極層１１２の層成膜方法および洗浄方法は、本発明の実施例１と同様である。
【００７２】
上記振動板層１１１は、例えば、クロム（Ｃｒ）ターゲットを用い、成膜温度を室温にして１Ｐａのアルゴンガス雰囲気中、２００Ｗの高周波電力で６時間スパッタリングを行うことにより得られる。この振動板層１１１の厚さは例えば３μｍとなる。振動板層１１１の材料はクロム（Ｃｒ）に限定されるものではなく、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、およびシリコン（Ｓｉ）等の金属（シリコンも金属に含めるのもとする。）や、これらの金属の酸化物もしくは窒化物、例えば二酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化シリコン等であってもよい。また、振動板層１１１の厚さは概ね２〜５μｍの範囲内で適宜選定可能である。
【００７３】
上記中間層１１３は、例えば、チタン（Ｔｉ）ターゲットを用い、成膜温度を室温にして１Ｐａのアルゴンガス雰囲気中、２００Ｗの高周波電力で５時間スパッタリングを行うことにより得られる。この中間層１１３の厚さは例えば５μｍとなる。中間層１１３の材料はチタン（Ｔｉ）に限定されるものではなく、クロム（Ｃｒ）等の導電性金属であればよい。また、中間層１１３の厚さは概ね３〜１０μｍの範囲内で適宜選定可能である。
【００７４】
これらの層の形成とは別に、図８（ｂ）に示すように、圧力室部材Ａを形成する。この圧力室部材Ａは、上記基板１２０よりも大きいサイズの基板、例えば４インチシリコンウェハ１３０（図１３参照）を使用して形成される。具体的には、シリコンウェハ１３０（圧力室部材用）をパターニングして複数の圧力室用開口部１０１を形成する。このパターニングは、図８（ｂ）から判るように、４つの圧力室用開口部１０１を１組として行われ、各組を区画する区画壁１０２ｂの厚さ（水平方向での厚さ）は、各組内の圧力室用開口部１０１を区画する区画壁１０２ａの厚さの約２倍に設定される。
【００７５】
その後は、前述の各層が成膜された基板１２０と上述の圧力室部材Ａとを接着剤を用いて接着する。このとき使用される接着剤層は、図８（ｃ）に示すように、圧力室部材Ａでの各区画壁１０２ａ、１０２ｂの上面に例えば電着法により形成される。電着法により接着剤層１１４を形成するにあたっては、先ず、上記区画壁１０２ａ、１０２ｂの上面に、光が透過する程度に薄い数百オングストローム（数１０ｎｍ）のニッケル（Ｎｉ）薄膜からなる下地電極膜（図示せず。）をスパッタ法により形成する。次いで、上記ニッケル（Ｎｉ）薄膜上に接着剤層１１４を電着形成する。このときの電着液としては、例えばアクリル樹脂系水分散液に０〜５０重量部の純水を加え、良く攪拌混合した溶液が使用される。ニッケル（Ｎｉ）薄膜の厚さを光が透過するほど薄く設定するのは、圧力部材Ａに接着樹脂が完全に付着したことを容易に視認できるようにするためである。電着条件は、例えば液温約２５℃、直流電圧３０Ｖ、通電時間６０秒とし、接着剤層１１４の厚さは例えば約３〜１０μｍに設定される。
【００７６】
この後、図９（ａ）に示すように、前述の各層が成膜された基板１２０と圧力室部材Ａとを、接着剤層１１４を用いて接着する。この接着は、基板１２０に成膜された中間層１１３を基板側接着面として行う。また、基板１２０（成膜用）よりもシリコンウェハ１３０の方が大きいので、例えば基板１２０のサイズが１８ｍｍで、シリコンウェハ１３０が４インチウェハであるときには、図１３に示すように、複数（同図では１４個）の基板１２０を１個の圧力室部材Ａ（シリコンウェハ１３０）に貼り付けることができる。この貼り付けは、図９（ａ）に示すように、各基板１２０の中心が圧力室部材Ａにおける１つの区画壁１０２ｂの中心に位置するように位置合わせされた状態で行われる。この貼り付け後、圧力室部材Ａを基板１２０側に押圧、密着させて、液密性高く両者を接着する。さらに、上記接着した基板１２０および圧力室部材Ａを加熱炉において徐々に昇温して、上記接着剤層１１４を完全に硬化させる。続いてプラズマ処理を行って、上記接着剤１１４のうちではみ出した断片を除去する。
【００７７】
なお、図９（ａ）では、各層が成膜された基板１２０と圧力室部材Ａとを接着したが、圧力室用開口部１０１を形成しない段階のシリコンウェハ１３０を上記各層が成膜された基板１２０に接着してもよい。
【００７８】
次に、図９（ｂ）に示すように、圧力室部材Ａの各区画壁１０２ａ、１０２ｂをマスクとして用いて中間層１１３をエッチングして、該中間層１１３を所定形状、すなわち各区画壁１０２ａ、１０２ｂに連続する形状（縦壁）にパターニングする。
【００７９】
次いで、図１０（ａ）に示すように、基板１２０および密着層１２１をエッチングにより除去する。続いて、図１０（ｂ）に示すように、上記圧力室部材Ａ上に位置する第１の電極層１０３をフォトリソグラフィー技術によりエッチングして、圧力室１０２毎に個別化する。そして、図１１（ａ）に示すように、フォトリソグラフィー技術により第１の圧電体層１０４と第２の圧電体層１１０とをエッチングして、第１の電極層１０３と同様の形状に個別化する。これらエッチング後の第１の電極層１０３、第１の圧電体層１０４および第２の圧電体層１１０は、圧力室１０２の各々の上方に位置し、かつ第１の電極層１０３、第１の圧電体層１０４および第２の圧電体層１１０の幅方向の中心が、対応する圧力室１０２の幅方向の中心に対し高精度に一致するように形成される。
【００８０】
このように第１の電極層１０３、第１の圧電体層１０４および第２の圧電体層１１０を圧力室１０２毎に個別化した後、図１１（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１３０を各区画壁１０２ｂの部分で切断して、４つの圧力室１０２を持つ圧力室部材Ａとその上面に固着されたアクチュエータ部Ｂとを４組得る。
【００８１】
続いて、図１２（ａ）に示すように、インク流路部材Ｃに共通液室１０５、供給口１０６およびインク流路１０７を形成すると共に、ノズル板Ｄにノズル孔１０８を形成する。次いで、図１２（ｂ）に示すように、上記インク流路部材Ｃとノズル板Ｄとを接着剤１０９を用いて接着する。
【００８２】
その後、図１２（ｃ）に示すように、圧力室部材Ａの下端面またはインク流路部材Ｃの上端面に接着剤（図示せず）を転写し、圧力室部材Ａとインク流路部材Ｃとのアライメント調整を行いながら両者を上記接着剤により接着する。以上により、図１２（ｄ）に示すように、圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂ、インク流路部材Ｃおよびノズル板Ｄを持つインクジェットヘッド１５０が完成する。
【００８３】
上記のようにして得られたインクジェットヘッド１５０での第１の電極層１０３と第２の電極層１１２との間に所定電圧を印加して、振動板層１１１における各圧力室１０２に対応する部分の層厚方向の変位量を測定したところ、該変位量のばらつきσは１．８％であった。また、周波数が２０ｋＨｚの２０Ｖ交流電圧を１０日間印加し続けてもインクの吐出不良は全く起こらず、吐出性能の低下は見られなかった。
【００８４】
一方、上記のインクジェットヘッド１５０に対して第２の圧電体層１１０を設けない点のみが異なるインクジェットヘッドを作製し、このインクジェットヘッドでの第１の電極層１０３と第２の電極層１１２との間に所定電圧を印加して、振動板層１１１における各圧力室１０２に対応する部分の層厚方向の変位量を測定したところ、該変位量のばらつきσは２．２％であった。また、周波数が２０ｋＨｚの２０Ｖ交流電圧を１０日間印加し続けたところ、全圧力室１０２のうちの約７０％の圧力室１０２に対応する部分でインクの吐出不良が発生した。これは、インクの詰まり等ではないことから、アクチュエータ部Ｂ（圧電薄膜素子）の耐久性能が低いことに起因するものと考えられる。
【００８５】
これらのことから、本実施の形態のインクジェットヘッド１５０は耐久性能に優れているものであることが判る。
【００８６】
（実施の形態６）
図１４は、本発明のインクジェットヘッドの他の一例での主要部を概略的に示す断面図である。同図に示すインクジェットヘッド４２０は、実施の形態５で説明したインクジェットヘッド１５０（図１２（ｄ）参照）のように基板を圧電薄膜素子用と圧力室部材用とに別個に用いるのではなく、圧電薄膜素子用と圧力室部材用とを１つの基板に兼用させるようにしたものである。
【００８７】
具体的には、エッチング加工により圧力室４０２が形成された圧力室基板４０１上に、振動板層４０３、密着層４０４、第１の電極層４０６（共通電極）、第１の圧電体層４０７、第２の圧電体層４０８、および第２の電極層４０９（個別電極）がこの順番で積層されている。上記第１の電極層４０６、第１の圧電体層４０７、第２の圧電体層４０８、および第２の電極層４０９は、これらが順に積層されてなる圧電薄膜素子を構成することになる。また、振動板層４０３は、この圧電薄膜素子の第１の電極層４０６側の面に密着層４０４を介して設けられていることになる。この密着層４０４は、振動板層４０３と第１の電極層４０６との密着性を高めるものであり、上記実施の形態５における密着層１２１と同様になくてもよい。
【００８８】
上記密着層４０４、第１の電極層４０６、第１の圧電体層４０７、第２の圧電体層４０８、および第２の電極層４０９の各構成材料は、上記実施の形態５で説明した密着層１２１、第１の電極層１０３、第１の圧電体層１０４、第２の圧電体層１１０、または第２の電極層１１２とそれぞれ同様である。また、第１の圧電体層４０７および第２の圧電体層４０８それぞれの構造も、第１の圧電体層１０４または第２の圧電体層１１０の構造とそれぞれ同様である。第１の圧電体層４０７の形成後には異物や、鉛酸化物層などの副生成物層を取り除くための洗浄を行い、第２の圧電体層４０８を形成している。
【００８９】
上記圧力室基板４０１は、例えば厚さ２００μｍの４インチシリコンウェハや、ガラス基板、金属基板、あるいはセラミックス基板などが用いられる。
【００９０】
上記振動板層４０３の厚さは概ね０．５〜１０μｍの範囲内で適宜選定される。例えば、膜みが２．８μｍの二酸化シリコン層により振動板層４０３を形成することができる。なお、この振動板層４０３の材料は二酸化シリコンに限定されるものではなく、上記実施の形態５で説明した材料（ニッケルやクロム等の単体またはその酸化物もしくは窒化物など）であってもよい。
【００９１】
次に、上記インクジェットヘッド４２０の製造方法について図１５を参照しながら説明する。
【００９２】
インクジェットヘッド４２０を製造するにあたっては、先ず、図１５（ａ）に示すように、圧力室４０２が形成されていない圧力室基板４０１に、振動板層４０３、密着層４０４、第１の電極層４０６、第１の圧電体層４０７、第２の圧電体層４０８、および第２の電極層４０９をスパッタ法により順次形成する。
【００９３】
上記振動板層４０３は、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ2）ガスとの混合ガス（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝５：２５）雰囲気中で雰囲気圧力を０．４Ｐａ、成膜温度を室温にし、二酸化シリコン焼結体のターゲットを３００Ｗの高周波電力で８時間スパッタリングすることにより得られる。なお、この振動板層４０３の成膜法は、スパッタ法に限らず、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ゾルゲル法等であってもよい。さらには、圧力室基板４０１を熱酸化処理することで振動板層４０３を形成してもよい。
【００９４】
振動板層４０３に形成される密着層４０４、第１の電極層４０６、第１の圧電体層４０７、第２の圧電体層４０８、および第２の電極層４０９それぞれの成膜方法、ならびに第１の圧電体層４０７の成膜後に行う洗浄方法は、実施の形態１で説明した密着層１２、第１の電極層１３、第１の圧電体層１４、第２の圧電体層１８、および第２の電極層１９の成膜方法、ならびに第１の圧電体層１４の成膜後に行う洗浄方法と同様である。
【００９５】
上記第２の電極層４０９の形成後に、該第２の電極層４０９上にレジストをスピンコートにより塗布し、圧力室４０２が形成されるべき位置に合わせて露光・現像を行ってレジストパターンを得る。このレジストパターンをエッチングマスクとしても用いて第２の電極層４０９、第２の圧電体層４０８、および第１の圧電体層４０７をエッチングして個別化する。このエッチングは、例えば、アルゴンガスとフッ素元素を含む有機ガスとの混合ガスをエッチングガスとして用いたドライエッチングにより行われる。
【００９６】
続いて、図１５（ｂ）に示すように、圧力室基板４０１に圧力室４０２を形成する。この圧力室４０２の形成は、例えば、六フッ化硫黄ガス、フッ素元素を含む有機ガス、またはこれらの混合ガスをエッチングガスとして用いた異方性ドライエッチングにより行われる。圧力室基板４０１のうちで上記各膜を形成した面とは反対側の面に、側壁４１３となる部分を覆うようにしてレジストパターンを形成し、このレジストパターンをエッチングマスクとして用いて異方性ドライエッチングを行って、圧力室４０２を形成する。
【００９７】
この後、予めノズル孔４１０を形成したノズル板４１２（図１４参照）を、接着剤を用いて圧力室基板４０１の上記各膜を形成した面とは反対側の面に接合することにより、インクジェットヘッド４２０（図１４参照）が完成する。上記ノズル孔４１０は、リソグラフィー法、レーザー加工法、放電加工法等により、ノズル板４１２の所定位置に形成する。そして、ノズル板４１２を圧力室基板４０１に接合する際には、各ノズル孔４１０が圧力室４０２に対応して配置されるように位置合わせを行う。
【００９８】
上記のようにして得られたインクジェットヘッド４２０での第１の電極層４０６と第２の電極層４０９と間に所定電圧を印加して、振動板層４０３における各圧力室４０２に対応する部分の層厚方向の変位量を測定したところ、その変位量のばらつきσは１．８％であった。また、周波数が２０ｋＨｚの２０Ｖ交流電圧を１０日間印加し続けてもインクの吐出不良は全く起こらず、吐出性能の低下は見られなかった。
【００９９】
一方、上記のインクジェットヘッド４２０に対して第２の圧電体層４０８を設けない点のみが異なるインクジェットヘッドを作製し、このインクジェットヘッドでの第１の電極層４０６と第２の電極層４０９との間に所定電圧を印加して、振動板層４０３における各圧力室４０２に対応する部分の層厚方向の変位量を測定したところ、その変位量のばらつきσは２．４％であった。また、周波数が２０ｋＨｚの２０Ｖ交流電圧を１０日間印加し続けたところ、全圧力室４０２のうちの約６５％の圧力室４０２に対応する部分でインクの吐出不良が発生した。これは、インクの詰まり等ではないことから、アクチュエータ部（圧電薄膜素子）の耐久性能が低いことに起因するものと考えられる。
【０１００】
これらのことから、本実施の形態のインクジェットヘッド４２０は、前記述した実施の形態５のインクジェットヘッド１５０（図１２（ｄ）参照）と同様に、耐久性能に優れているものであることが判る。
【０１０１】
（実施の形態７）
本発明のインクジェット式記録装置は、上述した本発明のインクジェットヘッドと、このインクジェットヘッドを記録媒体に対して相対移動させる相対移動手段とを備え、相対移動手段によりインクジェットヘッドが記録媒体に対して相対移動しているときに、該インクジェットヘッドから記録媒体にインクを吐出して記録を行う。
【０１０２】
図１６は、本発明のインクジェット式記録装置の要部の一例を概略的に示す斜視図である。同図に示すインクジェット式記録装置２７は、上記実施の形態５または６で説明したものと同様のインクジェットヘッド２８を備えており、インクジェットヘッド２８において圧力室（上記実施の形態５における圧力室１０２や実施の形態６における圧力室４０２）に連通するように設けたノズル孔（上記実施の形態５におけるノズル孔１０８や実施の形態６におけるノズル孔４１０）から該圧力室内のインクを記録紙などの記録媒体２９に吐出して記録を行うように構成されている。
【０１０３】
上記インクジェットヘッド２８は、主走査方向Ｘに延びるキャリッジ軸３０に設けられたキャリッジ３１に搭載されていて、このキャリッジ３１がキャリッジ軸３０に沿って往復動するのに応じて主走査方向Ｘに往復動するように構成されている。キャリッジ３１は、インクジェットヘッド２８と記録媒体２９とを主走査方向Ｘに相対移動させる相対移動手段を構成する。
【０１０４】
また、このインクジェット式記録装置２７は、上記記録媒体２９をインクジェットヘッド２８の主走査方向Ｘ（幅方向）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動させる複数のローラ３２を備えている。これら複数のローラ３２は、インクジェットヘッド２８と記録媒体２９とを副走査方向Ｙに相対移動させる相対移動手段を構成する。インクジェットヘッド２８がキャリッジ３１により主走査方向Ｘに移動しているときに、インクジェットヘッド２８のノズル孔からインクを記録媒体２９に吐出させ、この一走査の記録が終了すると、上記各ローラ３２により記録媒体２９を所定量移動させて次の一走査の記録を行う。なお、図１６中の参照符号「Ｚ」は上下方向を示している。
【０１０５】
このように構成されたインクジェット式記録装置２７は、上記実施の形態５または実施の形態６で説明したインクジェットヘッドと同様のインクジェットヘッド２８を備えているので、良好な印字性能および耐久性能を有している。
【実施例】
【０１０６】
（実施例１）
実施の形態１で説明した圧電薄膜素子２０（図１参照）の実施例について、図１で用いた参照符号を適宜引用して詳細に説明する。
【０１０７】
４インチシリコンウェハ（基板１１）上に密着層１２、第１の電極層１３、および第１の圧電体層１４をそれぞれスパッタ法により順次形成し、洗浄することによって異物１５および副生成物層１６を除去した後に第２の圧電体層１８を第１の圧電体層１４上にスパッタ法により形成し、その後に所定の大きさにダイシングしてから第２の電極層１９をスパッタ法により形成して、所定数の圧電薄膜素子２０を得た。
【０１０８】
先ず、１Ｐａのアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中でシリコンウェハ（基板１１）を４００℃に加熱しながら、チタン（Ｔｉ）ターゲットを１００Ｗの高周波電力で１分間スパッタリングして、シリコンウェハ（基板１１）上にチタンからなる厚さ０．０２μｍの密着層１２を形成した。
【０１０９】
次いで、１Ｐａのアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中でシリコンウェハ（基板１１）を４００℃に加熱しながら、白金（Ｐｔ）ターゲットを２００Ｗの高周波電力で１２分間スパッタリングして、密着層１２上に白金からなる厚さ０．２２μｍの第１の電極層１３を形成した。該第１の電極層１３（白金層）は、（１１１）面に優先配向した多結晶体である。
【０１１０】
次に、アルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ2）ガスとの混合ガス雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１６：４）でシリコンウェハ（基板１１）を５８０℃に加熱しながら、ジルコニウム（Ｚｒ）とチタン（Ｔｉ）との原子数比がＺｒ／Ｔｉ＝５２／４８のＰＺＴ焼結体ターゲットを２５０Ｗの高周波電力で１時間スパッタリングして、第１の電極層１３上にＰＺＴからなる厚さ１．６μｍの第１の圧電体層１４を形成した。このとき、成膜時の上記混合ガス雰囲気の圧力は０．３Ｐａとした。
【０１１１】
当該第１の圧電体層１４が形成されたシリコンウェハ（基板１１）を取り出し、超音波洗浄後に希硫酸により洗浄し、その後更に過酸化水素水により洗浄するという洗浄動作を３回繰り返すことにより、第１の圧電体層１４に混入している異物、および当該第１の圧電体層１４に形成された鉛酸化物からなる副生成物層を除去した。
【０１１２】
そして、異物および副生成物層が除去された第１の圧電体層１４上に、ＰＺＴからなる厚さ１．０μｍの第２の圧電体層１８をスパッタ法により形成した。このときのスパッタリングターゲットとしては、ジルコニウム（Ｚｒ）とチタン（Ｔｉ）との原子数比がＺｒ／Ｔｉ＝５８／４２のＰＺＴ焼結体を用いた。アルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ2）ガスとの混合ガス雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１６：４）でシリコンウェハ（基板１１）を６２０℃に加熱しながら、上記のスパッタリングターゲットを２２０Ｗの高周波電力で１時間スパッタリングした。成膜時の上記混合ガス雰囲気の圧力は０．３Ｐａとした。
【０１１３】
この後、シリコンウェハ（基板１１）をダイシングして、平面視上の大きさが１５ｍｍ×２ｍｍの中間品を計５０個得、これらの中間品それぞれにおける第２の圧電体層１８上に白金からなる厚さ０．２μｍの第２の電極層１９をスパッタ法により形成して、圧電薄膜素子２０を計５０個得た。第２の電極層１９を形成するにあたっては、１Ｐａのアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中でシリコンウェハ（基板１１）の温度を室温に保ちながら、白金（Ｐｔ）ターゲットを２００Ｗの高周波電力で１０分間スパッタリングした。
【０１１４】
このようにして得られた各圧電薄膜素子２０での第１の圧電体層１４および第２の圧電体層１８それぞれでの結晶構造、結晶配向性をＸ線回折により調べた。なお、第１の圧電体層１４の結晶構造、結晶配向性は、第２の圧電体層１８を形成する前の状態で測定した。その結果、第１の圧電体層１４および第２の圧電体層１８ともに、菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を有し、（１１１）面に優先配向していた。配向率α（１１１）はいずれの層においても９９％であった。
【０１１５】
また、各圧電薄膜素子２０について、圧電定数ｄ31の測定を行った（圧電定数ｄ31の測定方法については、例えば特開２００２−２２５２８５号参照）。その結果、各圧電薄膜素子２０の圧電定数ｄ31は平均１６５ｐＣ／Ｎであり、ばらつきσは３．５％であった。また比誘電率εrも測定したところ、該比誘電率εrは８３０であった。
【０１１６】
これとは別に、第２の圧電体層１８を形成する前の状態でシリコンウェハ（基板１１）をダイシングして平面視上の大きさが１５ｍｍ×２ｍｍのサンプルを切り出し、個々のサンプルにおける第１の圧電体層１４上に白金からなる厚さ０．２μｍの第２の電極層をスパッタ法により形成して、第１の圧電体層１４の圧電定数ｄ31を測定した。その結果、第１の圧電体層１４の圧電定数ｄ31は平均１７２ｐＣ／Ｎであり、ばらつきσは３．９％であった。また比誘電率εrも測定したところ、該比誘電率εrは８７０であった。
【０１１７】
上記結果から、第２の圧電体層１８の圧電定数ｄ31と比誘電率εrとを算出すると、第２の圧電体層１８の圧電定数ｄ31と比誘電率εrは、それぞれ１５５ｐＣ／Ｎ、７８０であった。
【０１１８】
次に、上記５０個の各圧電薄膜素子２０に対して１５０Ｖの直流電圧を５分間印加したところ、全ての圧電薄膜素子２０においてリーク電流の増加は見られず、素子破壊は起こらなかった。
【０１１９】
さらに、上記の圧電薄膜素子２０と同一形状の３０個の圧電薄膜素子２０を再度作製し、ｓｉｎ波形を呈する５０Ｖ、２００Ｈｚの交流電圧を連続で１０００時間印加して耐久性能を調べた。その結果、３０個全ての圧電薄膜素子２０において圧電定数ｄ31の低下は生じなかった。
【０１２０】
（比較例１）
この比較例のものは、図１７に示した従来の圧電薄膜素子４８と同じ層構成の圧電薄膜素子であり、各層は上述した条件で形成した。上記実施例１のものに対して、圧電体層に存在する異物、および鉛酸化物からなる副生成物層を洗浄により取り除く工程、ならびに第２の圧電体層を形成する工程がない。
【０１２１】
圧電体層の厚さは２．６μｍであり、（１１１）に優先配向していた。配向率α（１１１）は９９％であった。
【０１２２】
上記圧電体層の形成後、シリコンウェハをダイシングして、平面視上の大きさが１５ｍｍ×２ｍｍの中間品を計５０個得た。各中間品における圧電体層上に白金からなる厚さ０．２μｍの第２の電極層をスパッタ法により形成して圧電薄膜素子を得、これらの圧電薄膜素子について圧電定数ｄ31の測定を行った。その結果、本比較例で作製した圧電薄膜素子の圧電定数ｄ31は平均１７７ｐＣ／Ｎであり、ばらつきσは３．３％であった。また比誘電率εrも測定したところ、該比誘電率εrは８３５であった。
【０１２３】
次に、上記５０個の圧電薄膜素子に対して１５０Ｖの直流電圧を５分間印加したところ、２３個のサンプルにおいてリーク電流の増加が見られ、そのうちの１６個に素子破壊が生じた。
【０１２４】
さらに、上記の圧電薄膜素子と同一形状の３０個の圧電薄膜素子を再度作製し、ｓｉｎ波形を呈する５０Ｖ、２００Ｈｚの交流電圧を連続で１０００時間印加して耐久性能を調べた。その結果、３０個全ての圧電薄膜素子において圧電定数ｄ31の低下が生じた。
【０１２５】
（比較例２）
この比較例のものは、図１８に示した従来の圧電薄膜素子５８と同じ層構成の圧電薄膜素子であり、各層は上述した条件で形成した。上記実施例１のものに対して、圧電体層に存在する異物、および鉛酸化物からなる副生成物層を洗浄により取り除く工程の後の第２の圧電体層の形成工程がない。
【０１２６】
圧電体層の厚さは２．６μｍであり、（１１１）に優先配向していた。配向率α（１１１）は９９％であった。
【０１２７】
上記圧電体層の形成後、シリコンウェハをダイシングして、平面視上の大きさが１５ｍｍ×２ｍｍの中間品を計５０個得た。各中間品における圧電体層上に白金からなる厚さ０．２μｍの第２の電極層をスパッタ法により形成して圧電薄膜素子を得、これらの圧電薄膜素子について圧電定数ｄ31の測定を行った。その結果、本比較例で作製した圧電薄膜素子の圧電定数ｄ31は平均１７５ｐＣ／Ｎであり、ばらつきσは３．５％であった。また比誘電率εrも測定したところ、該比誘電率εrは８３０であった。
【０１２８】
次に、上記５０個の圧電薄膜素子に対して１５０Ｖの直流電圧を５分間印加したところ、３４個のサンプルにおいてリーク電流の増加が見られ、そのうちの２８個に素子破壊が生じた。
【０１２９】
さらに、上記の圧電薄膜素子と同一形状の３０個の圧電薄膜素子を再度作製し、ｓｉｎ波形を呈する５０Ｖ、２００Ｈｚの交流電圧を連続で１０００時間印加して耐久性能を調べた。その結果、３０個全ての圧電薄膜素子において圧電定数ｄ31の低下が生じた。
【０１３０】
実施例１、比較例１、および比較例２の結果から、実施例１に示した本発明の圧電薄膜素子２０は、従来の圧電薄膜素子と比較して信頼性および耐久性能に優れていることが判る。
【０１３１】
（実施例２）
この実施例のものは、第２の圧電体層１８をランタン（Ｌａ）がドープされたチタン酸鉛（ＰＬＴ）で形成し、他の層は実施例１における条件と同じ条件で作製した圧電薄膜素子である。
【０１３２】
第２の圧電体層１８は、ランタン（Ｌａ）を３０モル％含有したＰＬＴ焼結体ターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ2）ガスとの混合ガス雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１６：４）でシリコンウェハ（基板１１）を５８０℃に加熱しながら、上記のスパッタリングターゲットを２００Ｗの高周波電力で１時間スパッタリングすることで形成した。成膜時の上記混合ガス雰囲気の圧力は０．３Ｐａであり、形成された第２の圧電体層１８の厚さは１．１μｍである。
【０１３３】
（実施例３）
この実施例のものは、第２の圧電体層１８をＰＬＺＴで形成し、他の層は実施例１における条件と同じ条件で作製した圧電薄膜素子である。
【０１３４】
第２の圧電体層１８は、ランタン（Ｌａ）を２０モル％含有したＰＬＺＴ焼結体ターゲット（ジルコニウム（Ｚｒ）とチタン（Ｔｉ）との原子数比はＺｒ／Ｔｉ＝５８／４２）を用い、アルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ2）ガスとの混合ガス雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝２５：５）でシリコンウェハ（基板１１）を６３０℃に加熱しながら、上記のスパッタリングターゲットを２００Ｗの高周波電力で１時間スパッタリングすることで形成した。成膜時の上記混合ガス雰囲気の圧力は０．４Ｐａであり、形成された第２の圧電体層１８の厚さは０．９μｍである。
【０１３５】
（実施例４）
この実施例のものは、第２の圧電体層１８をＰＬＺＴで形成し、他の層は実施例１における条件と同じ条件で作製した圧電薄膜素子である。
【０１３６】
第２の圧電体層１８は、ランタン（Ｌａ）を１０モル％含有したＰＬＺＴ焼結体ターゲット（ジルコニウム（Ｚｒ）とチタン（Ｔｉ）との原子数比はＺｒ／Ｔｉ＝５５／４５）を用い、アルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ2）ガスとの混合ガス雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１５：５）でシリコンウェハ（基板１１）を６３０℃に加熱しながら、上記のスパッタリングターゲットを２１０Ｗの高周波電力で１時間スパッタリングすることで形成した。成膜時の上記混合ガス雰囲気の圧力は０．３Ｐａであり、形成された第２の圧電体層１８の厚さは１．２μｍである。
【０１３７】
（実施例５）
この実施例のものは、第２の圧電体層１８を特定組成のＰＺＴで形成し、他の層は実施例１における条件と同じ条件で作製した圧電薄膜素子である。
【０１３８】
第２の圧電体層１８は、ジルコニウム（Ｚｒ）とチタン（Ｔｉ）との原子数比がＺｒ／Ｔｉ＝４５／５５）であるＰＺＴ焼結体ターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ2）ガスとの混合ガス雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝２０：５）でシリコンウェハ（基板１１）を６００℃に加熱しながら、上記のスパッタリングターゲットを２００Ｗの高周波電力で１時間スパッタリングすることで形成した。成膜時の上記混合ガス雰囲気の圧力は０．３Ｐａであり、形成された第２の圧電体層１８の厚さは１．０μｍである。
【０１３９】
上述した実施例２〜５の各圧電薄膜素子について、１５０Ｖの交流電圧を５分間印加したときのリーク電流の増加の有無、およびｓｉｎ波形を呈する５０Ｖ、２００Ｈｚの交流電圧を連続で１０００時間印加したときの耐久性能（圧電定数の低下の有無）を実施例１と同じ条件の下に測定した。結果を表１に示す。なお表１には、実施例１での測定結果も併記してある。
【０１４０】
【表１】
2008041921.tif 000003
【０１４１】
（表１）から明らかなように、第２の圧電体層１８を設けることにより圧電薄膜素子でのリーク電流の発生を抑えることができると共に、当該圧電薄膜素子の耐久性能を高めることができる。そして、第２の圧電体層１８での圧電定数ｄ31が第１の圧電体層１４での圧電定数ｄ31の約１／１０以上となるように当該第２の圧電体層１８での組成を選定することにより、耐久性能を更に高めることができる。
【０１４２】
（実施例６）
この実施例では、４インチ酸化マグネシウム単結晶基板を基板１１（以下、「ＭｇＯ単結晶基板１１」という。）として用いて、所定数の圧電薄膜素子２０を得た。
【０１４３】
先ず、１Ｐａのアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中でＭｇＯ単結晶基板１１を４００℃に加熱しながら、チタン（Ｔｉ）ターゲットを１００Ｗの高周波電力で１分間スパッタリングして、ＭｇＯ単結晶基板１１上にチタンからなる厚さ０．０２μｍの密着層１２を形成した。
【０１４４】
次いで、１Ｐａのアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中でＭｇＯ単結晶基板１１を６５０℃に加熱しながら、白金（Ｐｔ）ターゲットを１８０Ｗの高周波電力で１２分間スパッタリングして、密着層１２上に白金からなる厚さ０．２２μｍの第１の電極層１３を形成した。該第１の電極層１３（白金層）は、（００１）面に優先配向した多結晶体である。
【０１４５】
次に、アルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ2）ガスとの混合ガス雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝２９：１）でＭｇＯ単結晶基板１１を６３０℃に加熱しながら、ジルコニウム（Ｚｒ）とチタン（Ｔｉ）との原子数比がＺｒ／Ｔｉ＝５２／４８のＰＺＴ焼結体ターゲットを２３０Ｗの高周波電力で１時間スパッタリングして、第１の電極層１３上にＰＺＴからなる厚さ１．７μｍの第１の圧電体層１４を形成した。成膜時の上記混合ガス雰囲気の圧力は０．３Ｐａとした。
【０１４６】
当該第１の圧電体層１４が形成されたＭｇＯ単結晶基板１１を取り出し、超音波洗浄後に希硫酸により洗浄し、その後更に過酸化水素水により洗浄するという洗浄動作を３回繰り返すことにより、第１の圧電体層１４に混入している異物、および当該第１の圧電体層１４に形成された鉛酸化物からなる副生成物層を除去した。
【０１４７】
そして、異物および副生成物層が除去された第１の圧電体層１４上に、ＰＺＴからなる厚さ０．９μｍの第２の圧電体層１８をスパッタ法により形成した。このときのスパッタリングターゲットとしては、ジルコニウム（Ｚｒ）とチタン（Ｔｉ）との原子数比がＺｒ／Ｔｉ＝５８／４２のＰＺＴ焼結体を用いた。アルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ2）ガスとの混合ガス雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝２８．５：１．５）でＭｇＯ単結晶基板１１を６５０℃に加熱しながら、上記のスパッタリングターゲットを２１０Ｗの高周波電力で１時間スパッタリングした。成膜時の上記混合ガス雰囲気の圧力は０．３Ｐａとした。
【０１４８】
この後、ＭｇＯ単結晶基板１１をダイシングして、平面視上の大きさが１５ｍｍ×２ｍｍの中間品を計５０個得、これらの中間品それぞれにおける第２の圧電体層１８上に白金からなる厚さ０．２μｍの第２の電極層１９をスパッタ法により形成して、圧電薄膜素子２０を計５０個得た。第２の電極層１９を形成するにあたっては、１Ｐａのアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中でシリコンウェハ（基板１１）の温度を室温に保ちながら、白金（Ｐｔ）ターゲットを２００Ｗの高周波電力で１０分間スパッタリングした。
【０１４９】
このようにして得られた各圧電薄膜素子２０での第１の圧電体層１４および第２の圧電体層１８それぞれでの結晶構造、結晶配向性をＸ線回折により調べた。なお、第１の圧電体層１４の結晶構造、結晶配向性は、第２の圧電体層１８を形成する前の状態で測定した。その結果、第１の圧電体層１４および第２の圧電体層１８ともに、正方晶系ペロブスカイト型結晶構造を有し、（００１）面に優先配向していた。配向率α（００１）はいずれの層においても９９．５％であった。
【０１５０】
また、各圧電薄膜素子２０について、圧電定数ｄ31の測定を行った。その結果、各圧電薄膜素子２０の圧電定数ｄ31は平均１４５ｐＣ／Ｎであり、ばらつきσは１．５％であった。また比誘電率εrも測定したところ、該比誘電率εrは３３０であった。
【０１５１】
これとは別に、第２の圧電体層１８を形成する前の状態でシリコンウェハ（基板１１）をダイシングして平面視上の大きさが１５ｍｍ×２ｍｍのサンプルを切り出し、個々のサンプルにおける第１の圧電体層１４上に白金からなる厚さ０．２μｍの第２の電極層をスパッタ法により形成して、第１の圧電体層１４の圧電定数ｄ31を測定した。その結果、第１の圧電体層１４の圧電定数ｄ31は平均１５２ｐＣ／Ｎであり、ばらつきσは３．９％であった。また比誘電率εrも測定したところ、該比誘電率εrは３７０であった。
【０１５２】
上記結果から、第２の圧電体層１８の圧電定数ｄ31と比誘電率εrとを算出すると、第２の圧電体層１８の圧電定数ｄ31と比誘電率εrは、それぞれ１２８ｐＣ／Ｎ、２８０であった。
【０１５３】
次に、上記５０個の各圧電薄膜素子２０に対して１５０Ｖの直流電圧を５分間印加したところ、全ての圧電薄膜素子２０においてリーク電流の増加は見られず、素子破壊は起こらなかった。
【０１５４】
さらに、上記の圧電薄膜素子２０と同一形状の３０個の圧電薄膜素子２０を再度作製し、ｓｉｎ波形を呈する５０Ｖ、２００Ｈｚの交流電圧を連続で１０００時間印加して耐久性能を調べた。その結果、３０個全ての圧電薄膜素子２０において圧電定数ｄ31の低下は生じなかった。
【０１５５】
これらの結果から、本発明の圧電薄膜素子２０においては、第１の圧電体層および第２の圧電体層１８の各々が（００１）面に優先配向した場合においても、当該第１の圧電体層および第２の圧電体層１８の各々が（１１１）面に優先配向した場合と同様に、優れた信頼性および耐久性能が得られることが判る。
【０１５６】
（実施例７）
実施の形態２で説明した圧電薄膜素子７２（図２参照）の実施例について、図２または図４（ａ）〜図４（ｆ）で用いた参照符号を適宜引用して詳細に説明する。
【０１５７】
先ず、実施例１におけるのと同様の条件の下に、基板６１としてのシリコンウェハ（以下、「シリコンウェハ（基板６１）」という。）上に密着層６２、第１の電極層６３、および第１の圧電体層６４をこの順番で積層した後、実施例１におけるのと同じ条件の下に第１の圧電体層６４を洗浄して、該第１の圧電体層６４に混入している異物、および該第１の圧電体層６４に形成された鉛酸化物からなる副生成物層を除去した。なお、異物が混入していない箇所での第１の圧電体層６４の厚さは２．５μｍである。
【０１５８】
次に、実施例１における第２の圧電体層１８の成形と同じ条件の下に、第２の圧電体層７０の元となる圧電体層６８（図４（ｃ）参照）を第１の圧電体層６４上に積層した。
【０１５９】
次いで、圧電体層６８上にレジストを塗布して、上面が平坦なレジスト層６９（図４（ｄ）参照）を形成した。このレジスト層６９と圧電体層６８とをエッチバックして、第１の圧電体層６４の空孔６７を埋めるようにして該空孔６７にのみ圧電体層６８（図４（ｅ）、図４（ｆ）参照）を残した。このとき、レジスト層６９のエッチングレートと圧電体層６８のエッチングレートとが互いに略同じとなるように、エッチングガスを選定した。空孔６７に残された圧電体層６８が第２の圧電体層７０である。
【０１６０】
この後、シリコンウェハ（基板６１）をダイシングして、平面視上の大きさが１５ｍｍ×２ｍｍの中間品を計５０個得、これらの中間品それぞれにおける第１の圧電体層６４と第２の圧電体層７０とを覆うようにして実施例１におけるのと同じ条件の下に第２の電極層７１をスパッタ法により形成して、圧電薄膜素子７２を計５０個得た。
【０１６１】
このようにして得られた各圧電薄膜素子７２について、圧電定数ｄ31の測定を行った。その結果、各圧電薄膜素子７２の圧電定数ｄ31は平均１７２ｐＣ／Ｎであり、ばらつきσは３．４％であった。また比誘電率εrも測定したところ、該比誘電率εrは８７０であった。
【０１６２】
次に、上記５０個の各圧電薄膜素子７２に対して１５０Ｖの直流電圧を５分間印加したところ、全ての圧電薄膜素子７２においてリーク電流の増加は見られず、素子破壊は起こらなかった。
【０１６３】
さらに、上記の圧電薄膜素子７２と同一形状の３０個の圧電薄膜素子７２を再度作製し、ｓｉｎ波形を呈する５０Ｖ、２００Ｈｚの交流電圧を連続で１０００時間印加して耐久性能を調べた。その結果、３０個全ての圧電薄膜素子７２において圧電定数ｄ31の低下は生じなかった。
【０１６４】
これらのことから、第１の圧電体層６４に存在する空孔６７にのみに第２の圧電体層７０を形成した場合においても、実施例１や実施例６で示したのと同様に、信頼性および耐久性能に優れた圧電薄膜素子が得られることが判る。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
以上説明したように、本発明の圧電薄膜素子は、インクジェットヘッドにおける圧電薄膜アクチュエータの材料として好適である。また、ハードディスク装置（コンピュータの記憶装置等として用いられるもの）への情報の記録、またはハードディスク装置からの情報の読み出しを行うヘッドが基板上に設けられているヘッド支持機構での薄膜圧電体アクチュエータ、すなわち上記基板を変形させてヘッドを変位させるアクチュエータの材料としても好適である。これら以外に、薄膜コンデンサー、不揮発性メモリ素子の電荷蓄積キャパシタ、各種アクチュエータ、赤外センサー、超音波センサー、圧力センサー、角速度センサー、加速度センサー、流量センサー、ショックセンサー、圧電トランス、圧電点火素子、圧電スピーカー、圧電マイクロフォン、圧電フィルタ、圧電ピックアップ、音叉発振子、遅延線等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【図１】本発明の圧電薄膜素子の一例を概略的に示す断面図
【図２】本発明の圧電薄膜素子の他の例を概略的に示す断面図
【図３】本発明の圧電薄膜素子の製造方法の一例を概略的に示す工程図
【図４】本発明の圧電薄膜素子の製造方法の他の例を概略的に示す工程図
【図５】本発明のインクジェットヘッドの一例を概略的に示す斜視図
【図６】図５に示したインクジェットヘッドでの要部の構成を概略的に示す一部断面斜視図
【図７】図５に示したインクジェットヘッドにおけるアクチュエータ部の構成を概略的に示す断面図
【図８】図６または図７に示した圧力室部材、アクチュエータ部、インク流路部材およびノズル板よりなるインクジェットヘッドの製造方法の一例での一部の工程を概略的に示す工程図
【図９】図６または図７に示した圧力室部材、アクチュエータ部、インク流路部材およびノズル板よりなるインクジェットヘッドの製造方法の一例での他の一部の工程を概略的に示す工程図
【図１０】図６または図７に示した圧力室部材、アクチュエータ部、インク流路部材およびノズル板よりなるインクジェットヘッドの製造方法の一例での更に他の一部の工程を概略的に示す工程図
【図１１】図６または図７に示した圧力室部材、アクチュエータ部、インク流路部材およびノズル板よりなるインクジェットヘッドの製造方法の一例での更に他の一部の工程を概略的に示す工程図
【図１２】図６または図７に示した圧力室部材、アクチュエータ部、インク流路部材およびノズル板よりなるインクジェットヘッドの製造方法の一例での更に他の一部の工程を概略的に示す工程図
【図１３】図６または図７に示した圧力室部材の形成に使用される基板の一例を概略的に示す平面図
【図１４】本発明のインクジェットヘッドの他の一例での主要部を概略的に示す断面図
【図１５】図１４に示したインクジェットヘッドを製造する際の工程の一例を概略的に示す工程図
【図１６】本発明のインクジェット式記録装置の要部の一例を概略的に示す斜視図
【図１７】圧電薄膜素子の基本構造の一例を概略的に示す断面図
【図１８】圧電薄膜素子の基本構造の一例を概略的に示す断面図
【符号の説明】
【０１６７】
１１，６１，１２０    基板
１２，６２，１２１，４０４    密着層
１３，６３，４０７    第１の電極層
１４，６４，１０４    第１の圧電体層
１５，６５    異物
１６，６６    副生成物層
１７，６７    空孔
１８，７０，１１０，４０８    第２の圧電体層
１９，７１    第２の電極層
２０，７２    圧電薄膜素子
２７    インクジェット式記録装置
２８，１５０，４２０    インクジェットヘッド
２９    記録媒体
３１    キャリッジ（相対移動手段）
３２    ローラ（相対移動手段）
６８    圧電体層
６９    レジスト
１０２，４０２    圧力室
１０３，４０６    第１の電極層（個別電極）
１０８，４１０    ノズル孔
１１１，４０３    振動板層
１１２    第２の電極層（共通電極）
４０１    圧力室基板
４０９    第２の電極層（個別電極）
【図１】
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【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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