(57)【要約】  【課題】  電極の剥がれが生じ難い積層構造体及びその製造方法等を提供する。  【解決手段】  積層構造体は、支持基板１０と、金属酸化物を含む密着層１１と該密着層を介して支持基板上に形成された導電層１２とを含む下部電極と、該下部電極上に配置された誘電体層１３と、該誘電体層上に配置された上部電極とを有する。また、その製造方法は、支持基板上に金属酸化物を含む密着層を介して導電層を形成することにより下部電極を配置するステップ（ａ）と、誘電体材料の粉体を下部電極に吹き付けて堆積させることにより誘電体層を配置するステップ（ｂ）と、誘電体層を熱処理するステップ（ｃ）と、ステップ（ｃ）の前又は後に、誘電体層上に上部電極を配置するステップ（ｄ）とを含む。【選択図】  図１
2005101577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
金属酸化物を含む密着層と、前記密着層を介して前記支持基板上に形成された導電層とを含む第１の電極と、
前記第１の電極上に配置された誘電体層と、
前記誘電体層上に配置された第２の電極と、
を具備する積層構造体。
【請求項２】
少なくとも１つの中間電極と、
前記少なくとも１つの中間電極を介して積層されている複数の誘電体層と、
を具備し、
前記少なくとも１つの中間電極が、金属酸化物を含む密着層と、前記密着層を介して前記誘電体層上に形成された導電層とを含む、積層構造体。
【請求項３】
前記少なくとも１つの中間電極及び前記複数の誘電体層がその上に積層された支持基板をさらに具備する、請求項２記載の積層構造体。
【請求項４】
支持基板と、
前記支持基板の主面上に形成された電極であって、前記少なくとも１つの中間電極及び前記複数の誘電体層がその上に積層された前記電極と、
をさらに具備する、請求項２記載の積層構造体。
【請求項５】
前記電極が、金属酸化物を含む密着層と、前記密着層を介して前記支持基板上に形成された導電層とを含む、請求項４記載の積層構造体。
【請求項６】
前記密着層が、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、ニッケル、ハフニウム、バナジウム、マグネシウム、ニオブ、クロム、タンタル、及び、タングステンの内の少なくとも１つの材料の酸化物によって形成された薄膜を含む、請求項１〜５のいずれか１項記載の積層構造体。
【請求項７】
前記導電層が、白金、ルテニウム、イリジウム、レニウム、オスミウム、及び、ロジウムの内の少なくとも１つの材料によって形成された金属薄膜を含む、請求項１〜６のいずれか１項記載の積層構造体。
【請求項８】
前記導電層が、白金、ルテニウム、イリジウム、レニウム、オスミウム、及び、ロジウムの内の少なくとも１つの材料の酸化物によって形成された薄膜を含む、請求項１〜６のいずれか１項記載の積層構造体。
【請求項９】
前記誘電体層が、材料の粉体を下層に吹き付けて堆積させることによって形成されている、請求項１〜８のいずれか１項記載の積層構造体。
【請求項１０】
前記誘電体層において、前記密着層が配置されている表面が、０．３μｍ以上のラフネスを有する、請求項２〜９のいずれか１項記載の積層構造体。
【請求項１１】
複数の圧電体層と、第１の中間電極と、第２の中間電極とを含み、前記複数の圧電体層と前記第１の中間電極と前記第２の中間電極とが、圧電体層、第１の中間電極、圧電体層、第２の中間電極の順に積層されている積層構造体と、
前記積層構造体の第１の側面領域に配置された第１の側面電極と、
前記積層構造体の第１の側面領域とは異なる第２の側面領域に配置された第２の側面電極と、
を具備し、前記第１及び第２の中間電極の各々が、金属酸化物を含む密着層と、前記密着層を介して前記誘電体層上に形成された導電層とを含み、前記第１の中間電極が、前記第１の側面電極に接続されていると共に、前記第２の側面電極から絶縁されており、前記第２の中間電極が、前記第２の側面電極に接続されていると共に、前記第１の側面電極から絶縁されている、圧電アクチュエータ。
【請求項１２】
積層構造体の製造方法であって、
支持基板上に、金属酸化物を含む密着層を介して導電層を形成することにより、第１の電極を配置するステップ（ａ）と、
誘電体材料の粉体を前記第１の電極に吹き付けて堆積させることにより、前記第１の電極上に誘電体層を配置するステップ（ｂ）と、
前記誘電体層を熱処理するステップ（ｃ）と、
ステップ（ｃ）の前又は後に、前記誘電体層上に第２の電極を形成するステップ（ｄ）と、
を具備する製造方法。
【請求項１３】
積層構造体の製造方法であって、
支持基板上に、金属酸化物を含む密着層を介して導電層を形成することにより、第１の電極を配置するステップ（ａ）と、
誘電体材料の粉体を前記第１の電極に吹き付けて堆積させることにより、前記第１の電極上に誘電体層を配置するステップ（ｂ）と、
前記誘電体層上に、金属酸化物を含む密着層を介して導電層を形成することにより、第２の電極を配置するステップ（ｃ）と、
誘電体材料の粉体を前記第２の電極に吹き付けて堆積させることにより、前記第２の電極上に誘電体層を配置するステップ（ｄ）と、
これらの誘電体層を熱処理するステップ（ｅ）と、
ステップ（ｅ）の前又は後に、ステップ（ｄ）において配置された前記誘電体層上に第３の電極を形成するステップ（ｆ）と、
を具備する製造方法。
【請求項１４】
ステップ（ｃ）〜（ｄ）を所定の回数だけ繰り返すステップをさらに具備する請求項１３記載の製造方法。
【請求項１５】
積層構造体の製造方法であって、
誘電体材料の粉体を支持基板に吹き付けて堆積させることにより、誘電体層を配置するステップ（ａ）と、
前記誘電体層上に、金属酸化物を含む密着層を介して導電層を形成することにより、第１の電極を配置するステップ（ｂ）と、
誘電体材料の粉体を前記第１の電極に吹き付けて堆積させることにより、前記第１の電極上に誘電体層を配置するステップ（ｃ）と、
これらの誘電体層を熱処理するステップ（ｄ）と、
ステップ（ｄ）の前又は後に、ステップ（ｃ）において配置された前記誘電体層上に第２の電極を形成するステップ（ｅ）と、
前記誘電体層から支持基板を除去するステップ（ｆ）と、
を具備する製造方法。
【請求項１６】
ステップ（ｂ）〜（ｃ）を所定の回数だけ繰り返すステップをさらに具備する請求項１５記載の製造方法。
【請求項１７】
積層構造を有する圧電アクチュエータの製造方法であって、
圧電材料の粉体を支持基板に吹き付けて堆積させることにより、圧電体層を配置するステップ（ａ）と、
前記圧電体層上に、金属酸化物を含む密着層を介して導電層を形成することにより、第１の中間電極を配置するステップ（ｂ）と、
圧電材料の粉体を前記第１の中間電極に吹き付けて堆積させることにより、前記第１の中間電極上に圧電体層を配置するステップ（ｃ）と、
前記圧電体層上に、金属酸化物を含む密着層を介して導電層を形成することにより、第２の中間電極を配置するステップ（ｄ）と、
圧電材料の粉体を前記第２の中間電極に吹き付けて堆積させることにより、前記第２の中間電極上に圧電体層を配置するステップ（ｅ）と、
これらの圧電体層を熱処理するステップ（ｆ）と、
前記圧電体層から支持基板を除去するステップ（ｇ）と、
前記積層構造の少なくとも第１及び第２の側面に側面電極を形成するステップ（ｈ）と、
を具備する製造方法。
【請求項１８】
ステップ（ｂ）〜（ｅ）を所定の回数だけ繰り返すステップ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（ａ）〜（ｇ）において形成された前記積層構造の第１の側面に露出している前記第１の中間電極の端面に絶縁部を形成するステップと、
ステップ（ａ）〜（ｇ）において形成された前記積層構造の第１の側面とは異なる第２の側面に露出している前記第２の中間電極の端面に絶縁部を形成するステップと、
をさらに具備する請求項１７又は１８記載の製造方法。
【請求項２０】
ステップ（ｃ）が、前記積層構造の第１の側において前記第１の中間電極の端面を覆うように前記圧電体層を配置することを含み、
ステップ（ｅ）が、前記積層構造の第１の側とは異なる第２の側において前記第２の中間電極の端面を覆うように前記圧電体層を配置することを含む、
請求項１７又は１８記載の製造方法。
【請求項２１】
ステップ（ｆ）の前又は後に、ステップ（ｅ）において配置された前記圧電体層の主面に第１の電極を形成するステップと、
ステップ（ｇ）において前記支持基板が除去された面に第２の電極を形成するステップと、
をさらに具備する、請求項１７〜２０のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項２２】
ステップ（ｈ）が、前記積層構造の第１及び第２の側面と、ステップ（ｅ）において配置された前記圧電体層の主面と、ステップ（ｇ）において前記支持基板が除去された面とに電極を形成することを含む、請求項１７〜２０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、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に用いられる対向電極が設けられた積層構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電材料等の誘電体と電極とを積層した積層構造体は、コンデンサや、圧電ポンプや、圧電アクチュエータや、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。このような積層構造体としては、誘電体の両側に電極が形成された単層の構造体だけでなく、複数の誘電体と複数の電極とが交互に形成された複数層の構造体も用いられている。積層された複数の層を並列に接続することにより、サイズは小さくても、積層構造体全体としては電極間容量を大きくすることができるので、電気インピーダンスの上昇を抑えることができる。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体の微細化及び集積化がますます進んでいる。
【０００３】
ところで、誘電体に効率良く電圧を印加するためには、誘電体と電極とが密着していることが重要である。誘電体として圧電材料を用いた素子を作製する場合には、一般に、圧電材料との反応性が低い白金（Ｐｔ）が電極材料として用いられる。しかしながら、白金は圧電材料や基板等との密着性が低い。そこで、白金と下層の材料とを密着させるためにチタン（Ｔｉ）層をさらに設け、電極を２重構造にすることが行われている。
【０００４】
しかしながら、素子の製造過程においては、一般に、圧電材料の焼成が行われるので、その際に、白金を透過してくる酸素によってチタン等の密着層が酸化してしまう。その結果、圧電材料と密着層との結合が弱くなり、電極が圧電材料から剥がれてしまう。また、圧電材料と電極材料との熱膨張率の違いによっても、電極が圧電材料から剥がれる場合がある。
【０００５】
また、特許文献１には、圧電膜／電極界面での剥離を防ぐ為に、電極膜を配置したＳｉ基板上にガスデポジション法で圧電体膜を形成してなる積層構造電極において、電極膜が１種以上からなり、膜厚が０．１５μｍより厚いことを特徴とする積層構造電極が開示されている。特許文献１においては、白金、イリジウム（Ｉｒ）、タンタル（Ｔａ）の３種の金属を積層した電極を、圧電膜の下部電極として用いている。即ち、白金層と、下層の基板との密着層としてのタンタル層との間に、酸素を透過し難いイリジウム層を挿入することにより、白金層を透過した酸素がタンタル層に侵入するのを防いでいる。
【０００６】
このような構造の電極は、圧電材料層が単層である構造体の下部電極として用いる場合には有効である。しかしながら、このような構造の電極を、複数の圧電材料層が積層化された積層構造体の内部電極として使用する場合には、電極の上層の圧電材料からだけでなく、電極の下層の圧電材料からも酸素が侵入してくるので、やはり、電極の剥がれが生じてしまう。
【特許文献１】特開２００１−１５６３５１号公報（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、電極が剥がれ難い積層構造体及びそのような積層構造体を含む圧電アクチュエータ、並びに、それらの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る積層構造体は、支持基板と、金属酸化物を含む密着層と該密着層を介して支持基板上に形成された導電層とを含む第１の電極と、該第１の電極上に配置された誘電体層と、該誘電体層上に配置された第２の電極とを具備する。
【０００９】
また、本発明の第２の観点に係る積層構造体は、少なくとも１つの中間電極と、該少なくとも１つの中間電極を介して積層されている複数の誘電体層とを具備し、上記少なくとも１つの中間電極が、金属酸化物を含む密着層と、該密着層を介して誘電体層上に形成された導電層とを含む。
【００１０】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータは、複数の圧電体層と、第１の中間電極と、第２の中間電極とを含み、複数の圧電体層と第１の中間電極と第２の中間電極とが、圧電体層、第１の中間電極、圧電体層、第２の中間電極の順に積層されている積層構造体と、該積層構造体の第１の側面領域に配置された第１の側面電極と、上記積層構造体の第１の側面領域とは異なる第２の側面領域に配置された第２の側面電極とを具備し、第１及び第２の中間電極の各々が、金属酸化物を含む密着層と、該密着層を介して誘電体層上に形成された導電層とを含み、上記第１の中間電極が、第１の側面電極に接続されていると共に、第２の側面電極から絶縁されており、上記第２の中間電極が、第２の側面電極に接続されていると共に、第１の側面電極から絶縁されている。
【００１１】
本発明の第１の観点に係る積層構造体の製造方法は、支持基板上に、金属酸化物を含む密着層を介して導電層を形成することにより、第１の電極を配置するステップ（ａ）と、誘電体材料の粉体を該第１の電極に吹き付けて堆積させることにより、該第１の電極上に誘電体層を配置するステップ（ｂ）と、該誘電体層を熱処理するステップ（ｃ）と、ステップ（ｃ）の前又は後に、誘電体層上に第２の電極を形成するステップ（ｄ）とを具備する。
【００１２】
本発明の第２の観点に係る積層構造体の製造方法は、支持基板上に、金属酸化物を含む密着層を介して導電層を形成することにより、第１の電極を配置するステップ（ａ）と、誘電体材料の粉体を該第１の電極に吹き付けて堆積させることにより、該第１の電極上に誘電体層を配置するステップ（ｂ）と、該誘電体層上に、金属酸化物を含む密着層を介して導電層を形成することにより、第２の電極を配置するステップ（ｃ）と、誘電体材料の粉体を該第２の電極に吹き付けて堆積させることにより、該第２の電極上に誘電体層を配置するステップ（ｄ）と、これらの誘電体層を熱処理するステップ（ｅ）と、ステップ（ｅ）の前又は後に、ステップ（ｄ）において配置された誘電体層上に第３の電極を形成するステップ（ｆ）とを具備する。
【００１３】
本発明の第３の観点に係る積層構造体の製造方法は、誘電体材料の粉体を支持基板に吹き付けて堆積させることにより、誘電体層を配置するステップ（ａ）と、該誘電体層上に、金属酸化物を含む密着層を介して導電層を形成することにより、第１の電極を配置するステップ（ｂ）と、誘電体材料の粉体を該第１の電極に吹き付けて堆積させることにより、該第１の電極上に第２の誘電体層を配置するステップ（ｃ）と、これらの誘電体層を熱処理するステップ（ｄ）と、ステップ（ｄ）の前又は後に、ステップ（ｃ）において配置された誘電体層上に第２の電極を形成するステップ（ｅ）と、上記誘電体層から支持基板を除去するステップ（ｆ）とを具備する。
【００１４】
本発明に係る積層構造を有する圧電アクチュエータの製造方法は、圧電材料の粉体を支持基板に吹き付けて堆積させることにより、圧電体層を配置するステップ（ａ）と、該圧電体層上に、金属酸化物を含む密着層を介して導電層を形成することにより、第１の中間電極を配置するステップ（ｂ）と、圧電材料の粉体を第１の中間電極に吹き付けて堆積させることにより、該第１の中間電極上に圧電体層を配置するステップ（ｃ）と、該圧電体層上に、金属酸化物を含む密着層を介して導電層を形成することにより、第２の中間電極を配置するステップ（ｄ）と、圧電材料の粉体を該第２の中間電極に吹き付けて堆積させることにより、該第２の中間電極上に圧電体層を配置するステップ（ｅ）と、これらの圧電体層を熱処理するステップ（ｆ）と、上記圧電体層から支持基板を除去するステップ（ｇ）と、上記積層構造の少なくとも第１及び第２の側面に側面電極を形成するステップ（ｈ）とを具備する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、支持基板や誘電体層の上に、導電層を下層に密着させる密着層を介して導電層を形成するので、積層構造体の熱処理工程において、酸素が発生したり、熱膨張率の違いにより応力が発生しても、電極が下層から剥がれるのを防止することができる。また、密着層として金属酸化物を用いるので、酸化による電極の剥がれを防止することができる。従って、そのような積層構造体を用いることにより、圧電アクチュエータの製造歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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、本発明の第１の実施形態に係る積層構造体を示す断面図である。
【００１７】
図１に示すように、積層構造体１は、例えば、底面の一辺が０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度で高さが１．０ｍｍ程度の微小な柱状の構造体である。積層構造体１は、基板１０と、密着層１１及び導電層１２を含む下部電極と、誘電体層１３と、密着層１４及び導電層１５を含む上部電極とを含んでいる。
本実施形態に係る積層構造体は、誘電体層１３として圧電性物質であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）を用いている。ＰＺＴ層に電極を介して電圧を印加すると、ＰＺＴ層は、圧電効果により伸縮する。このような積層構造体は、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られる。
【００１８】
基板１０は、上部に積層される構造体を支持するためのものである。基板１０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）によって形成されており、その上面には、上部に形成される層を電気的に絶縁するために、絶縁膜（ＳｉＯ２）が形成されている。
【００１９】
下部電極において、導電層１２は、誘電体層１３に電圧を印加するために用いられる。導電層１２としては、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）等の金属材料や、それらの金属の内の少なくとも１つを含む金属酸化物を用いることができる。本実施形態においては、白金を用いている。
【００２０】
導電層１２は、３００ｎｍ程度の厚さを有している。その理由は、以下の通りである。本実施形態においては、導電層１２の上に、材料の粉体を高速で下層に吹き付けて堆積させることにより膜を形成する噴射堆積法を用いて誘電体層１３が形成される。なお、噴射堆積法は、エアロゾルデポジション法、又は、ガスデポジション法とも呼ばれており、以下においては、「ＡＤ（aerosol deposition）法」という。このＡＤ法においては、堆積させる材料の粉体が下層の電極層に食い込む現象（「アンカーリング」と呼ばれる）が生じる。このアンカーリングによって生じるアンカー層（粉体が食い込んだ層）の厚さは、下層（電極層）の材質や粉体の速度等によって異なるが、通常は、１０ｎｍ〜３００ｎｍ程度となる。従って、十分にアンカーリングを生じさせて導電層と誘電体層とを密着させると共に、導電層として良好に機能させるためには、導電層の厚さが３００ｎｍ以上あることが望ましいからである。なお、ＡＤ法については、後で詳しく説明する。
【００２１】
密着層１１は、導電層１２を基板１０に密着させるために、両者の間に配置されている中間層である。ここで、導電層１２は、スパッタリングや真空蒸着法等を用いて形成されるので、下層との密着性が比較的低い。そこで、本実施形態においては、導電層１２と基板１０とを密着させるために、両者の間に２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度、より好ましくは、２０ｎｍ〜５０ｎｍの厚さを有する密着層１１を設けている。
【００２２】
一般に、密着層としては、チタン（Ｔｉ）等のように、導電層及び基板との間で高い密着性を有する材料が用いられる。しかしながら、積層構造体の製造過程においては、誘電体層（ＰＺＴ層）の熱処理が行われるので、その際に酸素が導電層を透過し、密着層に侵入する。それにより、密着層が酸化して、密着層と導電層、又は、密着層と基板との結合状態が変性し、密着性が低下してしまう。そこで本実施形態においては、密着層１１として、酸化チタン（ＴｉＯ２）を用いている。このように予め酸化されている物質は、ＰＺＴの熱処理の際に発生し、導電層１２を透過した酸素が侵入しても変性することがないので、密着性を維持することができる。密着層１１としては、この他にも、酸化チタン（ＴｉＸＯＹ、ここで、（Ｘ，Ｙ）＝（１，１）、（２，３）、（３，５））や、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）や、酸化クロム（ＣｒＸＯＹ、ここで、（Ｘ，Ｙ）＝（１，１）、（１，３）、（２，３））や、ジルコニウム（Ｚｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニオブ（Ｎｂ）、又は、タングステン（Ｗ）の内の少なくとも１つの材料の酸化物を含む金属酸化物を用いることができる。
【００２３】
誘電体層１３は、例えば、１００μｍ程度の厚さを有するＰＺＴ層である。
上部電極において、導電層１５は、例えば、白金層であり、誘電体層１３に電圧を印加するために用いられる。また、密着層１４は、例えば、酸化チタン層であり、導電層１５を誘電体層１３に密着させるために配置されている。誘電体層１３の熱処理後に上部電極を形成する場合には、密着層１４として、白金及びＰＺＴとの間で高い密着性を有するチタン（Ｔｉ）を用いても良い。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施形態に係る積層構造体について、図２を参照しながら説明する。
図２に示す積層構造体２は、下部電極２１と、複数の誘電体層２２と、密着層２３及び導電層２４を含む複数の内部電極（中間電極とも呼ばれる）と、密着層２５及び導電層２６を含む上部電極とを含んでいる。このように、複数の誘電体層と内部電極とが交互に積層された構造体は、単層の構造体と比較して、構造体全体として、対向する電極の面積を増加させることが可能であるので、電気的インピーダンスを下げることができる。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。
【００２５】
下部電極２１は、例えば、白金層であり、上部に誘電体層２２を形成する際に生じるアンカー層の厚さを考慮して、３００ｎｍ程度の厚さを有している。
誘電体層２２は、例えば、１００μｍ程度の厚さを有するＰＺＴ層である。誘電体層２２の上面（密着層２３側）は、少なくとも０．３μｍのラフネス（表面粗さ）を有している。本実施形態において、誘電体層２２は、密着層２３を介して導電層２４と結合されている。しかしながら、積層構造体の製造過程において、誘電体層（ＰＺＴ層）の熱処理が行われると、誘電体層と密着層との熱膨張率の違いにより応力が発生して、両者が剥がれ易くなる。そこで、誘電体層２２の上面を粗くすることにより、誘電体層と密着層との接触面積を増やし、熱膨張率の違いによって発生した応力を吸収するようにしている。ラフネスの値については、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）による観察により、０．３μｍ以上あれば、誘電体層と密着層との間において剥がれが生じないことが確認できた。
【００２６】
内部電極において、導電層２４は、その両側に配置された誘電体層２２に電圧を印加するために用いられる。導電層２４の材料及び厚さについては、図１に示す導電層１２と同様である。また、密着層２３は、導電層２４を誘電体層２２に密着させるために、両者の間に配置されている中間層である。密着層の機能や材料や厚さについては、図１に示す密着層１１と同様である。
密着層２５及び導電層２６を含む上部電極の構成については、図１に示す密着層１４及び導電層１５と同様である。
【００２７】
ここで、本実施形態においては、誘電体層２２と、その下層の導電層２４との間には、密着層を設けていない。誘電体層をＡＤ法によって形成する場合には、材料の粉体が下層の電極層に食い込むアンカーリングにより、それらの層の間においては、高い密着性が保たれるからである。
【００２８】
次に、本発明の第３の実施形態に係る積層構造体について、図３を参照しながら説明する。
図３に示す積層構造体３は、基板３０上に、図２に示す積層構造体２と同様の構造を有する積層構造体を形成したものである。積層構造体３は、基板３０と、密着層３１及び導電層３２を含む下部電極と、複数の誘電体層３３と、密着層３４及び導電層３５を含む複数の内部電極と、密着層３６及び導電層３７を含む上部電極とを含んでいる。
【００２９】
基板３０は、上部に積層される構造体を支持するためのものである。基板３０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）によって形成されており、その上面には、上部に形成される層を電気的に絶縁するために、絶縁膜（ＳｉＯ２）が形成されている。
下部電極において、密着層３１は、導電層３２を基板３０に密着させるために、両者の間に配置されている中間層である。密着層３１の機能及び材料については、図１に示す密着層１１と同様である。
基板３０の上部に積層された各層３２〜３７の構成については、図２に示す積層構造体２における各層２１〜２６と同様である。
【００３０】
次に、本発明の一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。図４は、本実施形態に係る積層構造体の製造方法を示すフローチャートである。
図４のステップＳ１において、積層構造体を支持するための基板３０を用意する。即ち、所定の大きさを有するシリコン基板を用意し、熱酸化処理を行うことにより、シリコン基板の少なくとも１つの面に絶縁膜（ＳｉＯ２）を形成する。
【００３１】
次に、ステップＳ２及びＳ３において、下部電極を形成する。即ち、ステップＳ２において、基板３０上に、密着層３１となる酸化チタン層をスパッタリング等により形成し、ステップＳ３において、その上に、導電層３２となる白金層をスパッタリング等により形成する。
【００３２】
次に、ステップＳ４において、導電層３２の上に誘電体層３３を形成する。本実施形態においては、誘電体層であるＰＺＴ層を、ＡＤ法を用いて形成する。
図５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５１を配置するエアロゾル生成容器５２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５２には、キャリアガス導入部５３、エアロゾル導出部５４、振動部５５が設けられている。キャリアガス導入部５３から窒素ガス（Ｎ２）等の気体を導入することにより、エアロゾル生成容器５２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５５によってエアロゾル生成容器５２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５４を通って、成膜チャンバ５６に導かれる。
【００３３】
成膜チャンバ５６には、排気管５７、ノズル５８、可動ステージ５９が設けられている。排気管５７は、真空ポンプに接続されており、成膜チャンバ５６内を排気する。エアロゾル生成容器５２において生成され、エアロゾル導出部５４を通って成膜チャンバ５６に導かれたエアロゾルは、ノズル５８から基板５０に向けて噴射される。これにより、原料の粉体が基板５０上に衝突して堆積する。基板５０は、３次元に移動可能な可動ステージ５９に戴置されており、可動ステージ５９を制御することにより、基板５０とノズル５８との相対的位置が調節される。
【００３４】
原料として、例えば、平均粒径０．３μｍのＰＺＴ単結晶粉体を用い、図５に示す成膜装置を駆動することにより、図３に示すようなＰＺＴ層（誘電体層３３）が導電層３２上に形成される。ここで、形成されたＰＺＴ層の上面において、ラフネスが０．３μｍより小さい場合には、サンドブラスト等の表面加工技術を用いて表面を粗くする。
【００３５】
次に、ステップＳ５及びＳ６において、内部電極を形成する。即ち、ステップＳ５において、誘電体層３３上に、密着層３４となる酸化チタン層をスパッタリング等により形成し、ステップＳ６において、その上に、導電層３５となる白金層をスパッタリング等により形成する。
【００３６】
ステップＳ７において、ステップＳ４と同様に、誘電体層３３を形成する。これらのステップＳ５〜Ｓ７を繰り返すことにより、内部電極と誘電体層とを必要な数だけ交互に積層する。
ステップＳ８において、複数の内部電極と複数の誘電体層とが交互に積層された積層体を、５００℃〜１０００℃程度の酸素雰囲気又は空気中で熱処理する。これにより、誘電体層３３に含まれるＰＺＴ結晶のグレインサイズを大きくする。
【００３７】
ステップＳ９及びＳ１０において、上部電極を形成する。即ち、ステップＳ９において、密着層３６となる酸化チタン層又はチタン層をスパッタリング等により形成し、ステップＳ１０において、その上に、導電層３７となる白金層をスパッタリング等により形成する。ここで、ステップＳ９においては、最上部の誘電体層３３の上面におけるラフネスを考慮する必要はない。ステップＳ８において既に熱処理を終えているので、熱応力により密着層３６が剥がれるおそれがないからである。これにより、図３に示す積層構造体３が製造される。
【００３８】
或いは、上部電極を、ステップＳ８における熱処理の前に形成しても良い。この場合には、最上部の誘電体層３３の上面におけるラフネスを、他の誘電体層３３と同様に、０．３μｍ以上とする必要がある。また、この場合には、密着層３６の材料として、酸化チタン等の金属酸化物を用いることが望ましい。酸化されていないチタン等を用いると、熱処理の際に酸素によって密着層が酸化してしまうおそれがあるからである。
【００３９】
図１に示す単層の積層構造体１を製造するためには、図４に示す製造方法において、ステップＳ５〜Ｓ７を省略すれば良い。
また、図２に示す積層構造体２を製造するためには、図４に示す製造方法において、ステップＳ２及びＳ３を省略し、ステップＳ１０の後で誘電体層２２から基板を剥離し、基板が除去された面に下部電極２１を配置すれば良い。
【００４０】
或いは、図４に示す製造方法において、ステップＳ２及びＳ３を省略すると共に、ステップＳ７の後で基板を剥離し、その後で熱処理を行っても良い。さらに、熱処理された積層体に必要に応じてレジストを形成し、メッキ法により、上部電極及び下部電極や、側面電極を形成しても良い。この場合には、それらの電極をまとめて形成することにより、工程数を少なくすることができる。
【００４１】
図６の（ａ）は、本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータの構造を示す断面図である。この圧電アクチュエータは、電圧を印加されることによって伸縮する圧電体層６１と、密着層６２ａ及び導電層６２ｂを含む２種類の内部電極６２と、下部電極６３及び上部電極６４と、２つの側面電極６５及び６６とを含む積層型アクチュエータである。
【００４２】
図６の（ａ）に示すように、第１群の内部電極６２及び下部電極６３は、側面電極６５に接続されていると共に、各電極の端面に形成された絶縁部６７により、側面電極６６から絶縁されている。反対に、第２群の内部電極６２及び上部電極６４は、側面電極６６に接続されていると共に、各電極の端面に形成された絶縁部６７により、側面電極６５から絶縁されている。このように電極６２〜６６を形成することにより、圧電体層及びそれを挟む電極を含むアクチュエータ構造が並列に接続される。このような積層構造においては、素子を微細化しつつ、圧電アクチュエータのインピーダンスを下げて、出力を大きくことが可能になる。
【００４３】
図６の（ｂ）は、図６の（ａ）に示す圧電アクチュエータの変形例である。この圧電アクチュエータは、圧電体層７１と、密着層７２ａ及び導電層７２ｂを含む２種類の内部電極７２と、下部電極７３と、上部電極７４と、側面電極７５及び７６とを含んでいる。この圧電アクチュエータにおいて、第１群の内部電極７２は、側面電極７５に接続されていると共に、その端面７７を上層の圧電体層７１によって覆うことにより、側面電極７６から絶縁されている。反対に、第２群の内部電極７２は、側面電極７６に接続されていると共に、その端面７７を上層の圧電体層７１によって覆うことにより、側面電極７５から絶縁されている。また、下部電極７３は、側面電極７５に接続されていると共に、絶縁領域７８によって側面電極７６から絶縁されており、上部電極７４は、側面電極７６に接続されていると共に、絶縁領域７８によって側面電極７５から絶縁されている。
【００４４】
次に、本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法について、図４及び図６の（ａ）を参照しながら説明する。
まず、誘電体層の材料としてＰＺＴ等の圧電材料を用い、図４のステップＳ１及びステップＳ４〜ステップＳ７において、密着層６２ａ及び導電層６２ｂを含む内部電極６２と圧電体層６１とが交互に積層された積層体を形成する。そして、積層体から基板を除去した後で、ステップＳ８において、積層構造体の熱処理を行う。さらに、その後でダイシングを行うことにより、積層体の形状を整形し、内部電極の端面が積層体の側面に、正確に露出するようにしても良い。
【００４５】
次に、積層体の下面及び上面に、スパッタリング等により下部電極６３及び上部電極６４をそれぞれ形成する。なお、これらの電極６３及び６４は、ダイシングの前に形成しても良い。
次に、積層体の側面に露出した内部電極６２、下部電極６３、及び、上部電極６４の端面に、電気泳動法等を用いてガラス等の絶縁材料を配置することにより、絶縁部６７を形成する。さらに、スパッタリング等により側面電極６５及び６６を配置することにより、図６の（ａ）に示す圧電アクチュエータが完成する。
【００４６】
また、本実施形態に係る圧電アクチュエータの別の製造方法として、図６の（ｂ）に示すように、内部電極７２の一方の端面のみが積層体の側面に達するように、内部電極７２を形成しても良い。この場合には、その後で内部電極７２の上に圧電体層７１を形成することにより、内部電極７２の反対側の端面が圧電材料によって覆われる。
【００４７】
次に、下部電極７３及び上部電極７４において、側面電極７５及び７６から絶縁させたい領域（絶縁領域７８）にレジストを形成した上で、積層体の周囲にメッキ処理を施す。さらに、レジストを除去した後で、電極が不要な面（図６の（ｂ）においては、正面及びそれと向かい合う面）をダイシングすることにより、メッキを除去する。これにより、図６の（ｂ）に示す圧電アクチュエータが完成する。
なお、このようなメッキ法による電極形成方法は、図６の（ａ）に示す圧電アクチュエータを製造する際にも用いることができる。
【００４８】
以上説明したように、密着層を含む積層構造体を用いて圧電アクチュエータを作製することにより、製造歩留まりを向上させることが可能になる。また、エアロゾルデポジション法を用いることにより緻密で強固な圧電体層を形成することができるので、圧電体層の耐電圧性を高くなり、圧電アクチュエータを高電圧で駆動することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る積層構造体を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る積層構造体を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る積層構造体を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る積層構造体の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】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６】本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１、２、３  積層構造体
１０、３０、５０  基板
１１、１４、２３、２５、３１、３４、３６、６２ａ、７２ａ  密着層
１２、１５、２１、２４、２６、３２、３５、３７、６２ｂ、７２ｂ  導電層
１３、２２、３３  誘電体層
５１  原料の粉体
５２  エアロゾル生成容器
５３  キャリアガス導入部
５４  エアロゾル導出部
５５  振動部
５６  成膜チャンバ
５７  排気管
５８  ノズル
５９  可動ステージ
６１、７１  圧電体層
６２、７２  内部電極
６３、７３  下部電極
６４、７４  上部電極
６５、６６、７５、７６  側面電極
６７  絶縁部
７７  端面
７８  絶縁領域
【図１】
2005101577.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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