(57)【要約】【課題】信頼性の高い圧電素子を提供する。【解決手段】本発明に係る圧電素子１００は，基体１と、基体１の上方に形成された下部電極４と、下部電極４の少なくとも一部を被覆する圧電体層５と、圧電体層５の上方に形成された上部電極６と、を含み、上部電極６は、平面視において，下部電極４の外縁の内側に設けられている。【選択図】図２
2007281028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の少なくとも一部を被覆する圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された上部電極と、を含み、
前記上部電極は、平面視において、前記下部電極の外縁の内側に設けられている、圧電素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記圧電体層は、前記下部電極の上面の少なくとも一部、および、前記下部電極の側面の少なくとも一部を少なくとも被覆している、圧電素子。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記下部電極の外縁は、該下部電極の上面の外縁である、圧電素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
少なくとも前記圧電体層を被覆する絶縁層と、
前記絶縁層の上方に形成され、前記上部電極と接続された配線層と、を含む、圧電素子。
【請求項５】
請求項４において、
前記下部電極と前記配線層との間には、少なくとも、前記圧電体層および前記絶縁層が設けられている、圧電素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記下部電極および前記上部電極は、矩形の平面形状を有し、
前記下部電極の長手方向は、前記上部電極の長手方向に直交し、
前記下部電極の短辺は、前記上部電極の長辺よりも長い、圧電素子。
【請求項７】
基体の上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極をエッチングする第１パターニング工程と、
前記下部電極を被覆するように圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に上部電極を形成する工程と、
前記上部電極および前記圧電体層をエッチングする第２パターニング工程と、
平面視において、前記下部電極の外縁の内側に入るように前記上部電極をエッチングする第３パターニング工程と、を含む、圧電素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記第２パターニング工程は、矩形の平面形状となるように前記上部電極をエッチングし、かつ、平面視において、前記下部電極の外縁の内側に前記上部電極の短辺が入らないように前記上部電極をエッチングする、圧電素子の製造方法。
【請求項９】
請求項７または８において、
前記下部電極を形成する工程は、ニッケル酸ランタン層を形成する工程を有し、
前記第２パターニング工程は、前記ニッケル酸ランタン層が露出するように行われる、圧電素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項７または８において、
前記第２パターニング工程は、前記下部電極が露出しないように行われる、圧電素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項７または８において、
前記下部電極を形成する工程は、ニッケル酸ランタン層を形成する工程を有し、
前記第３パターニング工程では、前記ニッケル酸ランタン層が露出している、圧電素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記下部電極を形成する工程は、導電層を形成する工程を有し、
前記ニッケル酸ランタン層を形成する工程は、前記導電層を形成する工程の後に行われ、
前記上部電極を形成する工程は、前記導電層と同じ材質である他の導電層を形成する工程を有する、圧電素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項９、１１、または１２において、
前記圧電体層は、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト酸化物からなるように形成され、
Ａは、鉛（Ｐｂ）を含み、
Ｂは、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）のうちの少なくとも一方を含むように形成される、圧電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット式記録ヘッドなどに用いられる圧電素子では、通常、電極や圧電体層がパターニングされている。例えば特開２００５−１７８２９３号公報には、上電極膜の長手方向において、上電極膜を下電極膜よりも長くパターニングしてある圧電素子が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１７８２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、信頼性の高い圧電素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る圧電素子は、
基体と、
前記基体の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の少なくとも一部を被覆する圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された上部電極と、を含み、
前記上部電極は、平面視において、前記下部電極の外縁の内側に設けられている。
【０００５】
この圧電素子では、前記上部電極が、平面視において、前記下部電極の外縁の内側に設けられているため、前記圧電体層のうち、前記下部電極の外縁の外側の領域の上方には、前記上部電極が形成されていない。これにより、この領域を介して電圧が印加されるのを防ぐことができ、この圧電素子の焼損を防ぐことができる。従って、本実施形態によれば、信頼性の高い圧電素子を提供することができる。
【０００６】
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」に形成された他の特定のもの（以下「Ｂ」という）」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の上に直接Ｂが形成されているような場合と、Ａの上に他のものを介してＢが形成されてい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。
【０００７】
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体層は、前記下部電極の上面の少なくとも一部、および、前記下部電極の側面の少なくとも一部を少なくとも被覆していることができる。
【０００８】
本発明に係る圧電素子において、
前記下部電極の外縁は、該下部電極の上面の外縁であることができる。
【０００９】
本発明に係る圧電素子において、
少なくとも前記圧電体層を被覆する絶縁層と、
前記絶縁層の上方に形成され、前記上部電極と接続された配線層と、を含むことができる。
【００１０】
本発明に係る圧電素子において、
前記下部電極と前記配線層との間には、少なくとも、前記圧電体層および前記絶縁層が設けられていることができる。
【００１１】
本発明に係る圧電素子において、
前記下部電極および前記上部電極は、矩形の平面形状を有し、
前記下部電極の長手方向は、前記上部電極の長手方向に直交し、
前記下部電極の短辺は、前記上部電極の長辺よりも長いことができる。
【００１２】
本発明に係る圧電素子の製造方法は、
基体の上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極をエッチングする第１パターニング工程と、
前記下部電極を被覆するように圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に上部電極を形成する工程と、
前記上部電極および前記圧電体層をエッチングする第２パターニング工程と、
平面視において、前記下部電極の外縁の内側に入るように前記上部電極をエッチングする第３パターニング工程と、を含む。
【００１３】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記第２パターニング工程は、矩形の平面形状となるように前記上部電極をエッチングし、かつ、平面視において、前記下部電極の外縁の内側に前記上部電極の短辺が入らないように前記上部電極をエッチングすることができる。
【００１４】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記下部電極を形成する工程は、ニッケル酸ランタン層を形成する工程を有し、
前記第２パターニング工程は、前記ニッケル酸ランタン層が露出するように行われることができる。
【００１５】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記第２パターニング工程は、前記下部電極が露出しないように行われることができる。
【００１６】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記下部電極を形成する工程は、ニッケル酸ランタン層を形成する工程を有し、
前記第３パターニング工程では、前記ニッケル酸ランタン層が露出していることができる。
【００１７】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記下部電極を形成する工程は、導電層を形成する工程を有し、
前記ニッケル酸ランタン層を形成する工程は、前記導電層を形成する工程の後に行われ、
前記上部電極を形成する工程は、前記導電層と同じ材質である他の導電層を形成する工程を有することができる。
【００１８】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記圧電体層は、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト酸化物からなるように形成され、
Ａは、鉛（Ｐｂ）を含み、
Ｂは、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）のうちの少なくとも一方を含むように形成されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
１．  まず、本実施形態に係る圧電素子１００について、図１および図２を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る圧電素子１００を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態に係る圧電素子１００を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線における断面を示す図である。図２に示す例では、圧電素子１００が２つ配置されているが、圧電素子１００の数は特に限定されるわけではない。
【００２２】
圧電素子１００は、基体１と、基体１上に形成された下部電極４と、下部電極４の一部を被覆する圧電体層５と、圧電体層５上に形成された上部電極６と、を含む。圧電素子１００は、さらに、少なくとも圧電体層５を被覆する絶縁層１４と、絶縁層１４上に形成され、上部電極６と電気的に接続された配線層２０と、を含むことができる。なお、図２では、絶縁層１４については、便宜上、その図示を省略している。
【００２３】
基体１としては、例えば、半導体基板などを用いることができ、特に限定されない。基体１は、基板単体あるいは基板上に他の層が積層された積層体であってもよい。
【００２４】
下部電極４は、例えば図１に示すように、導電層（以下「第１導電層」ともいう）４０と、第１導電層４０の上に形成されたニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３）層（以下「第１ＬＮＯ層」ともいう）４２と、を含むことができる。第１導電層４０は、例えば、貴金属、該貴金属の酸化物、および該貴金属からなる合金のうちの少なくとも１種からなることができる。貴金属とは、例えば、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕなどである。第１導電層４０の膜厚は、例えば１５０ｎｍ程度とすることができる。第１ＬＮＯ層４２の膜厚は、例えば８０ｎｍ程度とすることができる。なお、下部電極４は、例えば、第１導電層４０または第１ＬＮＯ層４２のみからなることもできる。
【００２５】
下部電極４は、図２に示すように、２つの圧電素子１００の共通電極であることができる。これに対し、上部電極６は、例えば、２つの圧電素子１００のそれぞれに設けられた独立した電極であることができる。なお、下部電極４は、図示しないが、例えば、２つの圧電素子１００のそれぞれに設けられた独立した電極であることもできる。下部電極４および上部電極６は、例えば、短辺と長辺を有する矩形の平面形状を有する。下部電極４の長手方向（Ｙ方向）は、例えば、上部電極６の長手方向（Ｘ方向）に直交する。下部電極４の短辺は、例えば、上部電極６の長辺よりも長い。
【００２６】
上部電極６は、図２に示すように、平面視において、下部電極４の外縁の内側に設けられている。より具体的には、上部電極６の下面の外縁は、平面視において、下部電極４の上面の外縁の内側に設けられている。上部電極６の下面の外縁は、例えば図２に示すように、長辺６ｘと短辺６ｙを有する矩形である。下部電極４の上面の外縁は、例えば、短辺４ｘと長辺４ｙを有する矩形である。上部電極６の下面の外縁のうちの長辺６ｘは、例えば図２に示すように、下部電極４の上面の外縁のうちの短辺４ｘから距離Ｌｘだけ内側に入って設けられている。なお、距離Ｌｘは、上部電極６の下面の外縁のうちの長辺６ｘと下部電極４の上面の外縁のうちの短辺４ｘとの間の最短距離である。同様に、上部電極６の下面の外縁のうちの短辺６ｙは、例えば図２に示すように、下部電極４の上面の外縁のうちの長辺４ｙから距離Ｌｙだけ内側に入って設けられている。なお、距離Ｌｙは、上部電極６の下面の外縁のうちの短辺６ｙと下部電極４の上面の外縁のうちの長辺４ｙとの間の最短距離である。距離Ｌｘは、例えば図２に示すように、距離Ｌｙよりも長い。
【００２７】
上部電極６は、例えば図１に示すように、他の導電層（以下「第２導電層」ともいう）６０と、第２導電層６０の上に形成された他のニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３）層（以下「第２ＬＮＯ層」ともいう）６２と、を含むことができる。第２導電層６０は、第１導電層４０と同様に、例えば、貴金属、該貴金属の酸化物、および該貴金属からなる合金のうちの少なくとも１種からなることができる。第２導電層６０の膜厚は、例えば５０ｎｍ程度とすることができる。第２ＬＮＯ層６２の膜厚は、例えば１００ｎｍ程度とすることができる。
【００２８】
圧電体層５は、図１および図２に示すように、基体１の上に柱状の堆積体（以下「柱状部」という）３０を構成している。柱状部３０は、例えば図２に示すように、２つの圧電素子１００に対して１つずつ設けられることができる。圧電体層５は、下部電極４の上に乗り上げて形成されている。圧電体層５は、例えば、基体１の上面の一部、下部電極４の上面の一部、および、下部電極４の側面の一部を被覆している。圧電体層５によって被覆されていない基体１および下部電極４は、例えば、絶縁層１４によって被覆されている。
【００２９】
圧電体層５は、例えば、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト酸化物からなることができ、Ａは、Ｐｂを含み、Ｂは、ＺｒおよびＴｉのうちの少なくとも一方を含むことができる。前記Ｂは、例えば、さらに、ニオブ（Ｎｂ）を含むことができる。具体的には、圧電体層５としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ(Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３）（以下「ＰＺＴＮ」ともいう）などを用いることができる。なお、ＰＺＴＮは、ＰＺＴにＮｂを添加した誘電体である。
【００３０】
また、前記一般式ＡＢＯ３におけるＡは、例えば、Ｐｂに加えて、Ｂｉ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａを含むことができる。これらの元素は、Ａサイトに例えば２０％以下の割合で含まれることができる。また、前記一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト酸化物には、Ｓｉを添加することができる。
【００３１】
また、圧電体層５としては、例えば、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９（ＳＢＴ）などを用いることもできる。ＳＢＴには、ＳｉおよびＮｂのうちの少なくとも一方を添加することができる。
【００３２】
圧電体層５の膜厚は、例えば１．１μｍ程度とすることができる。
【００３３】
絶縁層１４は、基体１、下部電極４、圧電体層５、および上部電極６の表面を被覆することができる。絶縁層１４は、例えば、水分および水素のうちの少なくとも一方をバリアすることができる。絶縁層１４は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化チタンなどからなることができる。絶縁層１４の膜厚としては、例えば６０ｎｍ程度とすることができる。
【００３４】
配線層２０は、図１および図２に示すように、上部電極６の一部分と接しており、そこから絶縁層１４の上に引き出されていることができる。上部電極６と接続された配線層２０と、下部電極４との間には、図１に示すように、絶縁層１４および圧電体層５が設けられている。即ち、配線層２０と下部電極４とは、絶縁層１４および圧電体層５によって絶縁されている。配線層２０としては、例えばアルミニウムなどを用いることができる。
【００３５】
２．  次に、本実施形態に係る圧電素子１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
図３、図５、図７、図９は、本実施形態に係る圧電素子１００の一製造工程を模式的に示す断面図である。図４、図６、図８、図１０は、本実施形態に係る圧電素子１００の一製造工程を模式的に示す平面図である。なお、図３は、図４のIII−III線における断面を示す図であり、図５は、図６のＶ−Ｖ線における断面を示す図であり、図７は、図８のVII−VII線における断面を示す図であり、図９は、図１０のIX−IX線における断面を示す図である。
【００３７】
（１）まず、基体１上に下部電極４を成膜する。下部電極４は、例えば、第１導電層４０、第１ＬＮＯ層４２を順次積層して形成され、以下では、この場合について説明する。
【００３８】
第１導電層４０は、例えば、スパッタ法、蒸着法などにより形成されることができる。第１ＬＮＯ層４２は、例えば、スパッタ法、ゾルゲル法などにより形成されることができる。特に、第１ＬＮＯ層４２は、ＲＦスパッタ法を用いて、その絶縁性ターゲット材料として、例えばケイ素（Ｓｉ）の酸化物を含むＬａおよびＮｉの酸化物を用いることによって形成されることが好ましい。この方法によって形成されたＬａＮｉＯ３は、（１００）に配向しており、Ｓｉを含むことができる。なお、ＲＦスパッタ法においては、スパッタガスとして、例えば、アルゴンと酸素、または、アルゴンのみを用いることができる。また、本発明に係る記載において、例えば、「（１００）に配向」とは、（１００）にすべての結晶が配向している場合と、（１００）にほとんどの結晶が配向しており、（１００）に配向していない残りの結晶が（１１０）等に配向している場合と、を含む。即ち、「（１００）に配向」とは、「（１００）に優先配向」ということもできる。
【００３９】
次に、公知の方法により、下部電極４の上の所望の領域にレジスト層９０を形成し、その後、図３および図４に示すように、レジスト層９０をマスクとして、下部電極４をエッチングする第１パターニング工程を行う。まず、第１ＬＮＯ層４２をエッチングによりパターニングする。第１ＬＮＯ層４２のパターニングは、例えば、希硝酸やヘキサフルオロけい酸水溶液などを用いたウェットエッチングで行われることができる。また、第１ＬＮＯ層４２のパターニングは、例えば、ドライエッチングで行われることもできる。次に、第１導電層４０を例えばドライエッチングによりパターニングする。第１導電層４０のエッチングは、例えば、Ｃｌ２およびＡｒガスをＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）などの高密度プラズマにしたものを用いて、高バイアスパワー（例えば６００Ｗ程度）、低圧力（例えば１．０Ｐａ以下）の条件で行われることができる。
【００４０】
本工程後の下部電極４の長手方向（Ｙ方向）の幅は、例えば８００μｍ程度とすることができ、下部電極４の長手方向に直交する方向（Ｘ方向）の幅は、例えば２．５ｃｍ程度とすることができる。
【００４１】
（２）次に、図５に示すように、下部電極４のすべてを被覆するように、基体１の上方に圧電体層５を成膜する。圧電体層５は、例えば、ゾルゲル法、ＭＯＤ（Metal Organic Decomposition）法などを用いて形成されることができる。
【００４２】
次に、図５および図６に示すように、圧電体層５の上に上部電極６を成膜する。上部電極６は、例えば、第２導電層６０、第２ＬＮＯ層６２を順次積層して形成され、以下では、この場合について説明する。
【００４３】
第２導電層６０は、例えば、スパッタ法、蒸着法などにより形成されることができる。第２ＬＮＯ層６２は、例えば、スパッタ法、ゾルゲル法などにより形成されることができる。また、第２ＬＮＯ層６２は、第１ＬＮＯ層４２と同様に、ＲＦスパッタ法を用いて、その絶縁性ターゲット材料として、例えばケイ素（Ｓｉ）の酸化物を含むＬａおよびＮｉの酸化物を用いることによって形成されることができる。
【００４４】
次に、図５および図６に示すように、公知の方法により、上部電極６の上の所望の領域にレジスト層９２を形成する。レジスト層９２は、例えば、短辺と長辺を有する矩形の平面形状を有することができる。レジスト層９２の長手方向（Ｘ方向）の幅は、例えば８２０μｍ程度とすることができ、レジスト層９２の長手方向に直交する方向（Ｙ方向）の幅は、例えば６０μｍ程度とすることができる。平面視において、レジスト層９２の短辺と下部電極４の長辺との距離Ｒは、例えば、圧電体層５の膜厚以上とすることができる。距離Ｒは、例えば１．５μｍ程度とすることができる。レジスト層９２の膜厚は、例えば２μｍ程度とすることができる。
【００４５】
（３）次に、図７および図８に示すように、少なくともレジスト層９２をマスクとして、上部電極６および圧電体層５をエッチングする第２パターニング工程を行う。
【００４６】
まず、レジスト層９２をマスクとして、第２ＬＮＯ層６２をエッチングによりパターニングする。第２ＬＮＯ層６２のパターニングは、第１ＬＮＯ層４２のパターニングと同様にして、例えば、ウェットエッチングやドライエッチングで行われることができる。次に、レジスト層９２および第２ＬＮＯ層６２をマスクとして、第２導電層６０をパターニングする。第２導電層６０のパターニングは、第１導電層４０のパターニングと同様にして、例えばドライエッチングで行われることができる。
【００４７】
以上の工程によって、上部電極６をパターニングすることができる。上部電極６は、例えば、図８に示すように、長辺６Ｘと短辺６Ｙを有する矩形の平面形状となるようにパターニングされることができる。また、上部電極６は、例えば、平面視において、下部電極４の外縁の内側に上部電極６の短辺６Ｙが入らないようにパターニングされることができる。より具体的には、上部電極６は、例えば、平面視において、下部電極４の上面の外縁のうちの長辺４ｙの内側に上部電極６の下面の短辺６Ｙが入らないようにパターニングされることができる。即ち、上部電極６は、例えば、平面視において、下部電極４の上面の外縁のうちの長辺４ｙの外側に上部電極６の下面の短辺６Ｙが出るようにパターニングされることができる。
【００４８】
次に、レジスト層９２および第２ＬＮＯ層６２をマスクとして、圧電体層５を例えばドライエッチングによりパターニングする。本工程により、図７および図８に示すように、基体１および下部電極４の表面を露出させることができる。
【００４９】
圧電体層５のエッチングは、例えば、塩素系とフッ素系の混合ガスをＩＣＰなどの高密度プラズマにしたものを用いて、高バイアスパワー（例えば６００Ｗ程度）、低圧力（例えば１．０Ｐａ以下）の条件で行われることができる。該混合ガスには、塩素系のガスが流量比で６０％以上入っていることが好ましい。また、該混合ガスにＡｒなどの希ガスを添加することもできる。塩素系のガスとしては、例えば、ＢＣｌ３、Ｃｌ２などが挙げられる。フッ素系のガスとしては、例えば、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６などが挙げられる。上述した条件で圧電体層５をエッチングすることにより、高エッチングレート（例えば２００ｎｍ／ｍｉｎ以上）、かつ、マイクロローディングの少ないエッチングを行うことができる。
【００５０】
圧電体層５をエッチングする本工程において、第２ＬＮＯ層６２は、良好なエッチングマスクとして機能することができる。この理由は以下の通りである。
【００５１】
圧電体層５は、上述したように、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト酸化物からなることができ、Ａは、Ｐｂを含み、Ｂは、ＺｒおよびＴｉのうちの少なくとも一方を含むことができる。表１に示すように、ＰｂとＺｒの塩化物、および、Ｔｉの塩化物とフッ化物の融点は、５００℃以下である。これに対し、第２ＬＮＯ層６２の構成元素のＬａとＮｉの塩化物とフッ化物の融点は、８５０℃以上である。このため、塩素系とフッ素系の混合ガスに対して、圧電体層５はエッチングされ易く、第２ＬＮＯ層６２はエッチングされ難い。例えば上述したエッチング条件では、圧電体層５の第２ＬＮＯ層６２に対するエッチング選択比（＝圧電体層５のエッチングレート／第２ＬＮＯ層６２のエッチングレート）を、７．５程度にすることができる。このように、本実施形態によれば、圧電体層５の第２ＬＮＯ層６２に対するエッチング選択比を例えば７以上にすることができる。なお、エッチング条件を適宜変更する（例えば、バイアスパワーを下げる、圧力を上げる等）ことによって、エッチング選択比を制御することができる。
【００５２】
【表１】
2007281028.tif 000003
【００５３】
また、上述したように、圧電体層５が一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト酸化物からなる場合に、前記Ａは、例えば、Ｐｂに加えて、Ｂｉ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａを含むことができる。これらの元素のうちＬａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａは、表１から分かるように、塩素系やフッ素系のガスに対して化学反応性が低いが、Ａサイトに２０％以下の割合で添加されることにより、化学反応性が低いことによる影響を小さくすることができる。
【００５４】
また、上述したように、前記Ｂは、例えば、Ｎｂを含むことができる。表１に示すように、Ｎｂの塩化物やフッ化物の融点は低いため、Ｎｂを含む圧電体層５の化学反応的なエッチングは容易に行われることができる。また、上述したように、前記一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト酸化物には、Ｓｉを添加することができる。表１に示すように、Ｓｉの塩化物やフッ化物の融点は低いため、Ｓｉを含む圧電体層５の化学反応的なエッチングは容易に行われることができる。
【００５５】
また、上述したように、圧電体層５としては、例えば、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９（ＳＢＴ）を用いることもできる。表１に示すように、Ｓｒの塩化物やフッ化物の融点は高いが、他の元素（ＢｉおよびＴａ）の塩化物やフッ化物の融点が低いため、ＳＢＴの化学反応的なエッチングは容易に行われることができる。また、上述したように、ＳＢＴには、ＳｉおよびＮｂのうちの少なくとも一方を添加することができる。表１に示すように、ＳｉやＮｂの塩化物やフッ化物の融点は低いため、ＳｉおよびＮｂのうちの少なくとも一方を含むＳＢＴの化学反応的なエッチングは容易に行われることができる。
【００５６】
このように、圧電体層５をエッチングする際に、第２ＬＮＯ層６２をマスクとして用いることにより、マスク後退の少ないエッチングを行うことができる。即ち、エッチング後の圧電体層５の側面と水平面（基体１の上面）との成す角（テーパ角）θを９０度に近づけることが可能となる。
【００５７】
また、圧電体層５をエッチングする本工程は、例えば、第１ＬＮＯ層４２が露出するように行われる。上述したように、圧電体層５はエッチングされ易く、ＬａＮｉＯ３層はエッチングされ難いため、本工程において第１ＬＮＯ層４２は、良好なエッチングストッパ層として機能することができる。これにより、第１導電層４０および第１ＬＮＯ層４２から構成される下部電極４の残膜量（下部電極４の膜厚）をウェハ面内で均一にすることができる。なお、エッチング条件を上述した条件から適宜変更する（例えば、バイアスパワーを下げる、圧力を上げる等）ことによって、圧電体層５の第１ＬＮＯ層４２に対するエッチング選択比（＝圧電体層５のエッチングレート／第１ＬＮＯ層４２のエッチングレート）を制御することができる。
【００５８】
なお、図７および図８では、エッチングによるレジスト後退が生じた場合の本工程後のレジスト層９２の形状を模式的に示してある。このことは、本実施形態における他のエッチング工程後のレジスト層の形状の図示についても同様である。本工程後、図示しないが、残存したレジスト層９２を公知の方法により除去する。
【００５９】
（４）次に、公知の方法により、所望の領域にレジスト層９４を形成し、その後、図９および図１０に示すように、レジスト層９４をマスクとして、上部電極６をエッチングする第３パターニング工程を行う。第３パターニング工程では、図１０に示すように、平面視において、下部電極４の外縁の内側に入るように上部電極６をパターニングする。より具体的には、第３パターニング工程では、平面視において、上部電極６の下面の外縁６ｘ，６ｙが下部電極４の上面の外縁４ｘ，４ｙの内側に入るように上部電極６をパターニングする。本工程では、下部電極４の上部を構成する第１ＬＮＯ層４２が、上部電極６の上部を構成する第２ＬＮＯ層６２のエッチングによりエッチングされるのを防ぐために、下部電極４の表面を覆うためのレジスト層９４の平面パターン（図１０参照）を形成することができる。レジスト層９４は、例えば図１０に示すように、下部電極４の表面を覆う部分のＸ方向の幅が、上部電極６の上面を覆う部分のＸ方向の幅よりも広い平面形状を有することができる。
【００６０】
本工程後の上部電極６の長手方向（Ｘ方向）の幅は、例えば７８０μｍ程度とすることができ、上部電極６の長手方向に直交する方向（Ｙ方向）の幅は、例えば５０μｍ程度とすることができる。
【００６１】
（５）次に、図１に示すように、下部電極４、圧電体層５、および上部電極６を被覆するように、基体１の上方に絶縁層１４を形成する。絶縁層１４は、例えば、スパッタ法、化学気相成長（ＣＶＤ）法などにより形成されることができる。
【００６２】
次に、上部電極６の上に、絶縁層１４を貫通するコンタクトホールを形成することができる。コンタクトホールは、絶縁層１４の所望の領域をエッチングすることにより形成される。次に、図１および図２に示すように、コンタクトホールを埋め込むように配線層２０を形成することができる。配線層２０は、例えばスパッタ法などにより形成されることができる。
【００６３】
（６）以上の工程によって、図１および図２に示すように、本実施形態に係る圧電素子１００を形成することができる。
【００６４】
３．  本実施形態では、上部電極６が、平面視において、下部電極４の上面の外縁の内側に設けられている。これに対し、例えば、上部電極が、平面視において、下部電極の上面の外縁の外側に設けられている場合には、下部電極の上面の外縁の外側の圧電体層が絶縁破壊を起こし、いわゆる焼損が発生する場合がある。これは、下部電極の側面上や基体の上面上に形成された圧電体層の結晶性が良好ではないために絶縁性も良好ではなくなる場合があることが１つの原因と考えられる。この部分の圧電体層の結晶性が良好ではない場合があるのは、下部電極の側面や基体の上面が下部電極のパターニングの際にダメージを受ける場合や、下部電極の側面や基体の上面が圧電体層の成膜に適した配向ではない場合などがあるからである。
【００６５】
本実施形態では、上部電極６が、平面視において、下部電極４の上面の外縁の内側に設けられているため、図１および図２に示すように、圧電体層５のうち、下部電極４の上面の外縁の長辺４ｙの外側の領域（図２に示す斜線領域）５ａの上には、上部電極６が形成されていない。これにより、この領域５ａを介して電圧が印加されるのを防ぐことができ、圧電素子１００の焼損を防ぐことができる。さらに、本実施形態では、図１に示すように、上部電極６と接続された配線層２０と下部電極４とは、絶縁層１４および圧電体層５の２層で絶縁されている。これにより、いずれか１層で絶縁される場合よりも、配線層２０と下部電極４との間の絶縁性を向上させることができる。従って、本実施形態によれば、配線層２０と下部電極４との間の良好な絶縁性を得るとともに、焼損を防ぐことができるので、信頼性の高い圧電素子１００を提供することができる。
【００６６】
また、本実施形態によれば、第１ＬＮＯ層４２は、圧電体層５のエッチングを良好に行うことのできるエッチングガス（例えば塩素系とフッ素系の混合ガスなど）に対して反応性が低く、物理的な作用によるエッチングにおいても、圧電体層５よりもエッチングレートが遅いというエッチング特性を有する。従って、第１ＬＮＯ層４２は、圧電体層５のエッチングにおいて、良好なエッチングストッパ層として機能することができる。これにより、下部電極４の残膜量をウェハ面内で均一にすることができ、より一層信頼性の高い圧電素子１００を提供することができる。
【００６７】
また、本実施形態では、第１ＬＮＯ層４２の上に圧電体層５を形成することができる。第１ＬＮＯ層４２を構成するＬａＮｉＯ３は、容易に（１００）に配向するため、その上に形成される圧電体層５も（１００）に配向することができる。（１００）に配向した圧電体層５は、良好な圧電特性を有することができる。
【００６８】
また、第２ＬＮＯ層６２は、圧電体層５のエッチングにおいて、良好なハードマスクとして機能することができる。これにより、急峻なエッチングを行うことができ、微細加工された圧電素子１００を提供することができる。
【００６９】
また、第１ＬＮＯ層４２および第２ＬＮＯ層６２を構成するＬａＮｉＯ３は導電性酸化物であるため、第１ＬＮＯ層４２および第２ＬＮＯ層６２は、圧電素子１００における電極の一部として機能することができる。
【００７０】
４．  次に、本実施形態に係る圧電素子およびその製造方法の変形例について、図面を参照しながら説明する。なお、上述した圧電素子１００およびその製造方法（以下「圧電素子１００の例」という）と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【００７１】
（１）まず、第１の変形例に係る圧電素子の製造方法、および、該製造方法よって得られる圧電素子１２０について説明する。
【００７２】
圧電素子１００の例では、上部電極６および圧電体層５をエッチングする第２パターニング工程において、基体１および下部電極４の表面を露出させる場合（図７および図８参照）について説明したが、本変形例では、図１１および図１２に示すように、第２パターニング工程において、基体１および下部電極４の表面を露出させないことができる。即ち、本変形例では、第２パターニング工程において、基体１および下部電極４の表面が露出する前に圧電体層５のエッチングを止めることができる。本工程により、図１１および図１２に示すように、上部電極６の下に圧電体層５の一部からなる柱状の堆積体（本変形例において「柱状部」という）３２が形成される。柱状部３２の下には、残りの圧電体層５が平坦に形成されていることができる。なお、図１１は、本変形例に係る圧電素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。図１２は、本変形例に係る圧電素子の一製造工程を模式的に示す平面図である。図１１は、図１２のXI−XI線における断面を示す図である。
【００７３】
このようにして圧電体層５をエッチングした後、本変形例では、図１３および図１４に示すように、レジスト層９６をマスクとして、上部電極６をエッチングする第３パターニング工程を行うことができる。なお、図１３は、本変形例に係る圧電素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。図１４は、本変形例に係る圧電素子の一製造工程を模式的に示す平面図である。図１３は、図１４のXIII−XIII線における断面を示す図である。
【００７４】
圧電素子１００の例の第３パターニング工程では、下部電極４の表面を覆うためのレジスト層９４の平面パターン（図１０参照）を形成することができるが、本変形例ではそのようなことなくレジスト層９６の平面パターン（図１４参照）を形成することができる。これは、上述したように、下部電極４の表面は圧電体層５により覆われており露出していないため、下部電極４の上部を構成する第１ＬＮＯ層４２が、上部電極６の上部を構成する第２ＬＮＯ層６２のエッチングによりエッチングされるのを防ぐことができるからである。本変形例では、例えば図１４に示すように、レジスト層９６の平面パターンは、Ｘ方向に沿った短辺とＹ方向に沿った長辺を有する矩形であることができる。
【００７５】
その後、図１５に示すように、圧電体層５および上部電極６を被覆するように、基体１の上方に絶縁層１４を形成することができる。その後、圧電素子１００の例と同様に、コンタクトホールおよび配線層２０を形成して、図１５および図１６に示すように、本変形例に係る圧電素子１２０を形成することができる。なお、図１５は、本変形例に係る圧電素子を模式的に示す断面図である。図１６は、本変形例に係る圧電素子を模式的に示す平面図である。図１５は、図１６のXV−XV線における断面を示す図である。図１６では、絶縁層１４については、便宜上、その図示を省略している。
【００７６】
圧電素子１００の例では、図２に示すように、下部電極４の一部は露出しているが、この変形例では、図１６に示すように、下部電極４のすべてが圧電体層５により覆われており露出していないことができる。
【００７７】
なお、本変形例では、例えば、上部電極６をエッチングする第３パターニング工程の後、図示しないが、平面視において、柱状部３２の周囲の圧電体層５を除去して、基体１および下部電極４を露出させることもできる。圧電体層５の除去は、例えば、レジスト層などのマスクを用いて、柱状部３２の周囲の圧電体層５をエッチングすることにより行われる。このようにして柱状部３２の周囲の圧電体層５を除去した後、圧電素子１００の例と同様に、絶縁層１４および配線層２０を形成することで、上述した図１および図２に示すような圧電素子１００を形成することができる。
【００７８】
（２）次に、第２の変形例について説明する。
【００７９】
圧電素子１００の例では、上部電極６が第２導電層６０と、第２導電層６０の上に形成された第２ＬＮＯ層６２と、を含む場合について説明したが、上部電極６は、例えば、第２導電層６０または第２ＬＮＯ層６２のみからなることができる。
【００８０】
例えば、上部電極６が第２導電層６０のみからなる場合には、図１７および図１８に示すようにして、上部電極６をエッチングする第３パターニング工程を行うことができる。図１７は、この場合における圧電素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。図１８は、この場合における圧電素子の一製造工程を模式的に示す平面図である。図１７は、図１８のXVII−XVII線における断面を示す図である。
【００８１】
圧電素子１００の例の第３パターニング工程では、下部電極４の表面を覆うためのレジスト層９４の平面パターン（図１０参照）を形成することができるが、上部電極６が第２導電層６０のみからなる場合ではそのようなことなく、例えば上述した第１の変形例と同様のレジスト層９８の平面パターン（図１８参照）を形成することができる。これは、上部電極６をエッチングする第３パターニング工程において、下部電極４の上部を構成する第１ＬＮＯ層４２は、良好なエッチングストッパ層として機能することができるからである。従って、上部電極６が第２導電層６０のみからなる場合の第３パターニング工程が、例えば第１ＬＮＯ層４２を露出させた状態で行われる場合にも、下部電極４の残膜量をウェハ面内で均一にすることができる。この形態は、第１導電層４０と第２導電層６０とが同じ材質である場合や、第１導電層４０と第２導電層６０とがほぼ同じエッチングレートを有する場合などにおいて、特に有用である。
【００８２】
（３）なお、上述した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、各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【００８３】
５．  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。
【００８４】
例えば、上述した本発明の実施形態に係る圧電素子は、例えば、インクジェットプリンタ等に用いられるインクジェット式記録ヘッド、アクチュエータ等に適用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る圧電素子を模式的に示す平面図。
【図３】本実施形態に係る圧電素子の一製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る圧電素子の一製造工程を模式的に示す平面図。
【図５】本実施形態に係る圧電素子の一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素子の一製造工程を模式的に示す平面図。
【図７】本実施形態に係る圧電素子の一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素子の一製造工程を模式的に示す平面図。
【図９】本実施形態に係る圧電素子の一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素子の一製造工程を模式的に示す平面図。
【図１１】第１の変形例に係る圧電素子の一製造工程を模式的に示す断面図。
【図１２】第１の変形例に係る圧電素子の一製造工程を模式的に示す平面図。
【図１３】第１の変形例に係る圧電素子の一製造工程を模式的に示す断面図。
【図１４】第１の変形例に係る圧電素子の一製造工程を模式的に示す平面図。
【図１５】第１の変形例に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図１６】第１の変形例に係る圧電素子を模式的に示す平面図。
【図１７】第２の変形例に係る圧電素子の一製造工程を模式的に示す断面図。
【図１８】第２の変形例に係る圧電素子の一製造工程を模式的に示す平面図。
【符号の説明】
【００８６】
１  基体、４  下部電極、５  圧電体層、６  上部電極、１４  絶縁層、２０  配線層、３０、３２  柱状部、４０  第１導電層、４２  第１ＬＮＯ層、６０  第２導電層、６２  第２ＬＮＯ層、９０、９２、９４、９６、９８  レジスト層、１００，１２０  圧電素子
【図１】
2007281028.tif 000004
【図２】
2007281028.tif 000005
【図３】
2007281028.tif 000006
【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】
2007281028.tif 000019
【図１７】
2007281028.tif 000020
【図１８】
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