(57)【要約】【課題】振動板と白金との密着性が良く耐電圧の高い圧電素子を備えた超音波プローブを提供する。【解決手段】素子チップ１７と、素子チップ１７を支持する筐体と、を備え、素子チップ１７は振動膜４３と下部電極２４と、この下部電極２４上に形成された圧電体膜２６と、を備え、下部電極２４が振動膜４３上に密着膜２４ｂを介して積層されており、下部電極２４が、白金または白金を含む合金であり、密着膜２４ｂが膜厚８０Å以下のチタンである。【選択図】図４
2016015434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波トランスデューサー素子チップと、
前記超音波トランスデューサー素子チップを支持する筐体と、を備え、
前記超音波トランスデューサー素子チップは振動膜上に形成された金属膜と、
前記金属膜上に形成された圧電薄膜と、を備え、
前記金属膜は前記振動膜上に密着膜を介して積層されており、前記金属膜は白金または白金を含む合金であり、前記密着膜が膜厚８０Å以下のチタンであることを特徴とする超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波プローブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波プローブに設置された超音波トランスデューサー素子チップから生体に超音波を照射し反射波を解析する超音波診断装置が広く活用されている。超音波トランスデューサー素子チップには圧電素子が用いられることが多い。圧電素子は、一般に、多結晶体からなる圧電体薄膜と、この圧電体薄膜を間に挟んで配置される上電極及び下電極と、を備えた構造を有している。
【０００３】
圧電体薄膜の下電極としてＳｉＯ2上に直接白金膜が形成されている。しかしながら、このような構成とした場合、ＳｉＯ2と白金との密着性に問題があることは周知の事実である。ＰＺＴ膜形成時またはその後の熱処理時や、完成後の動作時に酸化珪素と白金の間に剥がれが生じる。特許文献１に以上の如き問題点を解決する方法が開示されている。それによると、ＳｉＯ2等の絶縁材料と白金との密着性を向上させるため、白金と絶縁材料の間にチタンが挿入されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平４−４３４３５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に記載の方法では圧電体薄膜形成時やその後の熱処理時において白金表面に突起が生じる。この突起が圧電素子の耐電圧を低下させていた。そこで、振動板と白金との密着性が良く耐電圧の高い圧電素子を備えた超音波プローブが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
本適用例にかかる超音波プローブであって、超音波トランスデューサー素子チップと、前記超音波トランスデューサー素子チップを支持する筐体と、を備え、前記超音波トランスデューサー素子チップは振動膜上に形成された金属膜と、前記金属膜上に形成された圧電薄膜と、を備え、前記金属膜は前記振動膜上に密着膜を介して積層されており、前記金属膜は白金または白金を含む合金であり、前記密着膜が膜厚８０Å以下のチタンであることを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、超音波プローブでは筐体が超音波トランスデューサー素子チップを支持している。超音波トランスデューサー素子チップは振動膜を備え、振動膜上に金属膜が形成されている。金属膜上には圧電薄膜が形成されている。そして、金属膜は白金または白金を含む合金であり、密着膜は膜厚８０Å以下のチタンである。これにより、金属膜は振動膜との密着性を高めることができ、ＰＺＴ膜の耐電圧を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態にかかわる超音波診断装置の構成を概略斜視図。
【図２】超音波プローブの構成を示す組織側面図。
【図３】素子チップの構成を示す模式平面図。
【図４】素子チップの構成を示す模式側断面図。
【図５】補強板を示す模式平面図。
【図６】補強板を示す要部模式拡大図。
【図７】装置端末及び超音波プローブの回路図。
【図８】超音波トランスデューサー素子チップの製造方法を説明するための模式図。
【図９】（ａ）は、保護治具の構成を示す模式分解図、（ｂ）は、保護治具の構成を示す模式側断面図。
【図１０】振動板を積層構造とした素子チップの構成を示す模式側断面図。
【図１１】振動板を積層構造とした素子チップの構成を示す模式側断面図。
【図１２】第２の実施形態にかかわる超音波トランスデューサー素子チップの製造方法を説明するための模式図。
【図１３】超音波トランスデューサー素子チップの製造方法を説明するための模式図。
【図１４】第３の実施形態にかかわる素子チップの構造を示す模式平面図。
【図１５】（ａ）は、超音波トランスデューサー素子の構造を示す模式平面図、（ｂ）は、超音波トランスデューサー素子の構造を示す要部模式側断面図。
【図１６】超音波トランスデューサー素子の構造を示す模式平面図。
【図１７】圧電素子の製造方法を説明する為の模式図。
【図１８】圧電素子の製造方法を説明する為の模式図。
【図１９】圧電素子の製造方法を説明する為の模式図。
【図２０】変形例にかかわる圧電素子の構造を示す要部模式断面図。
【図２１】圧電素子の構造を示す要部模式断面図。
【図２２】圧電素子の構造を示す要部模式平面図。
【図２３】圧電素子の構造を示す要部模式平面図。
【図２４】圧電素子の構造を示す要部模式平面図。
【図２５】圧電素子の構造を示す要部模式平面図。
【図２６】（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図、（ｂ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図。
【図２７】（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図、（ｂ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図。
【図２８】圧電素子の製造方法を説明する為の模式図。
【図２９】圧電素子の構造を示す要部模式平面図。
【図３０】圧電素子の構造を示す要部模式平面図。
【図３１】（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図、（ｂ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図。
【図３２】（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図、（ｂ）及び（ｃ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図。
【図３３】圧電素子の構造を示す要部模式平面図。
【図３４】（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図、（ｂ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図。
【図３５】圧電素子の構造を示す要部模式平面図。
【図３６】（ａ）及び（ｂ）は圧電素子の構造を示す要部模式平面図。
【図３７】圧電素子の構造を示す要部模式平面図。
【図３８】圧電素子の構造を示す要部模式平面図。
【図３９】（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図、（ｂ）及び（ｃ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図。
【図４０】圧電素子の構造を示す要部模式平面図。
【図４１】（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図、（ｂ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図。
【図４２】（ａ）及び（ｂ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図。
【図４３】（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図、（ｂ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図。
【図４４】（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図、（ｂ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図。
【図４５】（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図、（ｂ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。尚、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の総てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
（第１の実施形態）
本実施形態では、超音波診断装置の特徴的な例について図１〜図１１に従って説明する。
【００１１】
（１）超音波診断装置の全体構成
図１は超音波診断装置の構成を示す概略斜視図である。図１に示すように、超音波診断装置１１は装置端末１２と超音波プローブ１３（プローブ）とを備える。装置端末１２と超音波プローブ１３とはケーブル１４で相互に接続される。装置端末１２と超音波プローブ１３とはケーブル１４を通じて電気信号をやりとりする。装置端末１２にはディスプレイパネル１５（表示装置）が組み込まれる。ディスプレイパネル１５の画面は装置端末１２の表面で露出する。装置端末１２では、後述されるように、超音波プローブ１３で検出された超音波に基づき画像が生成される。画像化された検出結果がディスプレイパネル１５の画面に表示される。
【００１２】
図２は超音波プローブの構成を示す組織側面図である。図２に示すように、超音波プローブ１３は筐体１６を有する。筐体１６内には超音波トランスデューサー素子チップとしての素子チップ１７が収容される。素子チップ１７の表面は筐体１６の表面で露出することができる。素子チップ１７は表面から超音波を出力するとともに超音波の反射波を受信する。その他、超音波プローブ１３は、プローブ本体１３ａに着脱可能に連結されるプローブヘッド１３ｂを備えることができる。このとき、素子チップ１７はプローブヘッド１３ｂの筐体１６内に組み込まれることができる。
【００１３】
図３は素子チップの構成を示す模式平面図である。図３に示すように、素子チップ１７は基板２１を備える。基板２１には素子アレイ２２が形成される。素子アレイ２２は超音波トランスデューサー素子としての圧電素子２３の配列で構成される。配列は複数行複数列のマトリックスで形成される。個々の圧電素子２３は圧電素子部を備える。圧電素子部は金属膜としての下部電極２４、上部電極２５及び圧電薄膜としての圧電体膜２６で構成される。個々の圧電素子２３ごとに下部電極２４及び上部電極２５の間に圧電体膜２６が挟み込まれる。
【００１４】
下部電極２４は複数本の第１導電体２４ａを有する。第１導電体２４ａは配列の行方向に相互に平行に延びる。１行の圧電素子２３ごとに１本の第１導電体２４ａが割り当てられる。１本の第１導電体２４ａは配列の行方向に並ぶ圧電素子２３の圧電体膜２６に共通に配置される。第１導電体２４ａの両端は一対の引き出し配線２７にそれぞれ接続される。引き出し配線２７は配列の列方向に相互に平行に延びる。したがって、総ての第１導電体２４ａは同一長さを有する。こうしてマトリックス全体の圧電素子２３に共通に下部電極２４は接続される。
【００１５】
上部電極２５は複数本の第２導電体２５ａを有する。第２導電体２５ａは配列の列方向に相互に平行に延びる。１列の圧電素子２３ごとに１本の第２導電体２５ａが割り当てられる。１本の第２導電体２５ａは配列の列方向に並ぶ圧電素子２３の圧電体膜２６に共通に配置される。列ごとに圧電素子２３の通電は切り替えられる。こうした通電の切り替えに応じてラインスキャンやセクタースキャンは実現される。１列の圧電素子２３は同時に超音波を出力することから、１列の個数すなわち配列の行数は超音波の出力レベルに応じて決定されることができる。行数は例えば１０〜１５行程度に設定されればよい。図中では省略されて５行が描かれる。配列の列数はスキャンの範囲の広がりに応じて決定されることができる。列数は例えば１２８列や２５６列に設定されればよい。図中では省略されて８列が描かれる。その他、配列では千鳥配置が確立されてもよい。千鳥配置では偶数列の圧電素子２３群は奇数列の圧電素子２３群に対して行ピッチの２分の１でずらされればよい。奇数列及び偶数列の一方の素子数は他方の素子数に比べて１つ少なくてもよい。さらにまた、下部電極２４及び上部電極２５の役割は入れ替えられてもよい。すなわち、マトリックス全体の圧電素子２３に共通に上部電極が接続される一方で、配列の列ごとに共通に圧電素子２３に下部電極が接続されてもよい。
【００１６】
基板２１の輪郭は、相互に平行な一対の直線２９で仕切られて対向する第１辺２１ａ及び第２辺２１ｂを有する。素子アレイ２２の輪郭と基板２１の外縁との間に広がる周縁領域３１には、第１辺２１ａと素子アレイ２２の輪郭との間に１ラインの第１端子アレイ３２ａが配置され、第２辺２１ｂと素子アレイ２２の輪郭との間に１ラインの第２端子アレイ３２ｂが配置される。第１端子アレイ３２ａは第１辺２１ａに平行に１ラインを形成することができる。第２端子アレイ３２ｂは第２辺２１ｂに平行に１ラインを形成することができる。第１端子アレイ３２ａは一対の下部電極端子３３及び複数の上部電極端子３４で構成される。同様に、第２端子アレイ３２ｂは一対の下部電極端子３５及び複数の上部電極端子３６で構成される。１本の引き出し配線２７の両端にそれぞれ下部電極端子３３、３５は接続される。引き出し配線２７及び下部電極端子３３、３５は素子アレイ２２を二等分する垂直面で面対称に形成されればよい。１本の第２導電体２５ａの両端にそれぞれ上部電極端子３４、３６は接続される。第２導電体２５ａ及び上部電極端子３４、３６は素子アレイ２２を二等分する垂直面で面対称に形成されればよい。ここでは、基板２１の輪郭は矩形に形成される。基板２１の輪郭は正方形であってもよく台形であってもよい。
【００１７】
基板２１には第１フレキシブルプリント基板としての第１フレキ３７が連結される。第１フレキ３７は第１端子アレイ３２ａに覆い被さる。第１フレキ３７の一端には下部電極端子３３及び上部電極端子３４に個別に対応して導電線すなわち第１信号線３８が形成される。第１信号線３８は下部電極端子３３及び上部電極端子３４に個別に向き合わせられ個別に接合される。同様に、基板２１には第２フレキシブルプリント基板としての第２フレキ４１が覆い被さる。第２フレキ４１は第２端子アレイ３２ｂに覆い被さる。第２フレキ４１の一端には下部電極端子３５及び上部電極端子３６に個別に対応して導電線すなわち第２信号線４２が形成される。第２信号線４２は下部電極端子３５及び上部電極端子３６に個別に向き合わせられ個別に接合される。
【００１８】
図４は素子チップの構成を示す模式側断面図である。図４に示すように、個々の圧電素子２３は振動膜４３を有する。振動膜４３の構築にあたって基板２１の基体４４には個々の圧電素子２３ごとに開口４５が形成される。開口４５は基体４４に対してアレイ状に配置される。基体４４の表面には可撓膜４６が一面に形成される。可撓膜４６は、基体４４の表面に積層される酸化シリコン層４７（ＳｉＯ2）と、酸化シリコン層４７の表面に積層される上面層４８とで構成される。上面層４８は窒化珪素の膜や酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）を用いることができる。本実施形態では例えば、上面層４８に窒化珪素を用いている。上面層４８がなくても振動膜４３に弾性が得られるときには上面層４８を省略しても良い。可撓膜４６は開口４５に接する。こうして開口４５の輪郭に対応して可撓膜４６の一部が振動膜４３として機能する。酸化シリコン層４７の膜厚は共振周波数に基づき決定される。
【００１９】
振動膜４３の表面に下部電極２４、圧電体膜２６及び上部電極２５が順番に積層される。下部電極２４には例えばチタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）及びチタン（Ｔｉ）の積層膜やプラチナの膜を用いられることができる。本実施形態では例えば、下部電極２４に白金膜が用いられ、下部電極２４と上面層４８との間に密着膜２４ｂが設置されている。密着膜２４ｂにはチタン膜が用いられている。従って、上面層４８の上には密着膜２４ｂと下部電極２４との積層膜が設置されている。そして、下部電極２４は白金または白金を含む合金であり、密着膜２４ｂは膜厚８０Å以下のチタンである。チタンは白金を含む多種の金属と接合性の良い金属である。これにより、下部電極２４は可撓膜４６との密着性を高めることができる。
【００２０】
圧電体膜２６は例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されることができる。上部電極２５は例えばイリジウム（Ｉｒ）や白金（Ｐｔ）、チタン、金またはこれらが複合した膜が用いることができる。本実施形態では例えば、上部電極２５にチタンと金との積層膜が用いられている。下部電極２４及び上部電極２５にはその他の導電材が利用されてもよく、圧電体膜２６にはその他の圧電材料が用いられてもよい。ここでは、上部電極２５の下で圧電体膜２６は完全に下部電極２４を覆う。圧電体膜２６の働きで上部電極２５と下部電極２４との間で短絡は回避されることができる。
【００２１】
基板２１の表面には保護膜４９が積層される。保護膜４９は例えば全面にわたって基板２１の表面に覆い被さる。その結果、素子アレイ２２や第１端子アレイ３２ａ及び第２端子アレイ３２ｂ、第１フレキ３７及び第２フレキ４１は保護膜４９で覆われる。保護膜４９には例えばシリコーン樹脂膜が用いられることができる。保護膜４９は、素子アレイ２２の構造や、第１端子アレイ３２ａ及び第１フレキ３７の接合、第２端子アレイ３２ｂ及び第２フレキ４１の接合を保護する。
【００２２】
隣接する開口４５同士の間には仕切り壁５１が区画される。開口４５同士は仕切り壁５１で仕切られる。仕切り壁５１の壁厚みｔは開口４５の空間同士の間隔に相当する。仕切り壁５１は相互に平行に広がる平面内に２つの壁面を規定する。壁厚みｔは壁面同士の距離に相当する。すなわち、壁厚みｔは壁面に直交して壁面同士の間に挟まれる垂線の長さで規定されることができる。仕切り壁５１の壁高さＨは開口４５の深さに相当する。開口４５の深さは基体４４の厚みに相当する。したがって、仕切り壁５１の壁高さＨは基体４４の厚み方向に規定される壁面の長さで規定されることができる。基体４４は均一な厚みを有することから、仕切り壁５１は全長にわたって一定の壁高さＨを有することができる。仕切り壁５１の壁厚みｔが縮小されれば、振動膜４３の配置密度は高められ、素子チップ１７の小型化に寄与することができる。壁厚みｔに比べて仕切り壁５１の壁高さＨが大きければ、素子チップ１７の曲げ剛性は高められることができる。こうして開口４５同士の間隔は開口４５の深さよりも小さく設定される。
【００２３】
基体４４の裏面には補強板５２（補強部材）が固定される。補強板５２の表面に基体４４の裏面が重ねられる。補強板５２は素子チップ１７の裏面で開口４５を閉じる。補強板５２はリジッドな基材を備えることができる。補強板５２は例えばシリコン基板から形成されることができる。基体４４の板厚は例えば１００μｍ程度に設定され、補強板５２の板厚は例えば１００〜１５０μｍ程度に設定される。ここでは、仕切り壁５１は補強板５２に結合される。補強板５２は個々の仕切り壁５１に少なくとも１カ所の接合域で接合される。接合には接着剤を用いてもよい。
【００２４】
補強板５２の表面には直線状の溝５３（直線状溝部）が形成される。溝５３は補強板５２の表面を複数の平面５４に分割する。複数の平面５４は１つの仮想平面ＨＰ内で広がる。その仮想平面ＨＰ内で基体４４の裏面は広がる。仕切り壁５１は平面５４に接合される。溝５３は仮想平面ＨＰから窪む。溝５３の断面形状は四角形であってもよく三角形であってもよく半円形その他の形状であってもよい。
【００２５】
図５は補強板を示す模式平面図である。図５に示すように、開口４５は第１方向Ｄ１に列を形成する。開口４５の輪郭形状の図心４５ｂは第１方向Ｄ１の１直線５６上で等ピッチに配置される。開口４５の輪郭４５ａは１つの形状の複写で象られることから、同一形状の開口４５が一定のピッチで繰り返し配置される。開口４５の輪郭４５ａは例えば四角形に規定される。具体的には矩形に形成される。矩形の長辺は第１方向Ｄ１に合わせ込まれる。こうして開口４５は矩形の輪郭４５ａを有することから、仕切り壁５１は全長にわたって一定の壁厚みｔを有することができる。このとき、仕切り壁５１の接合域は長辺の中央位置を含む領域であればよい。特に、仕切り壁５１の接合域は長辺の全長を含む領域であればよい。仕切り壁５１は長辺の全長にわたって開口４５同士の間の全面で補強板５２に面接合されることができる。さらに、仕切り壁５１の接合域は四角形の各辺に少なくとも１カ所ずつ配置されることができる。仕切り壁５１の接合域は四角形を途切れなく囲むことができる。仕切り壁５１は四角形の全周にわたって開口４５同士の間の全面で補強板５２に面接合されることができる。
【００２６】
溝５３は一定の間隔Ｌで相互に平行に第１方向Ｄ１に並べられる。溝５３は第１方向Ｄ１に交差する第２方向Ｄ２に延びる。溝５３の両端は補強板５２の端面５７ａ及び端面５７ｂで開口する。１本の溝５３は１列（ここでは１行）の開口４５の輪郭４５ａを順番に横切る。個々の開口４５には少なくとも１本の溝５３が接続される。ここでは、第２方向Ｄ２は第１方向Ｄ１に直交する。したがって、溝５３は矩形の短辺方向に開口４５の輪郭４５ａを横切る。
【００２７】
図６は補強板を示す要部模式拡大図である。図６に示すように、平面５４同士の間で溝５３は基体４４と補強板５２との間に通路５８ａ及び通路５８ｂを形成する。こうして溝５３内の空間は開口４５の内部空間に連通する。通路５８ａ及び通路５８ｂは開口４５の内部空間と基板２１の外部空間との間で通気を確保する。基板２１の表面に直交する方向すなわち基板２１の厚み方向から見た平面視で、１本の溝５３は１列（ここでは１行）の開口４５の輪郭４５ａを順番に横切ることから、次々に開口４５同士は通路５８ａで接続される。溝５３の両端は補強板５２の端面５７ａ及び端面５７ｂで開口する。こうして列端の開口４５から基板２１の輪郭の外側に通路５８ｂは開放される。
【００２８】
溝５３の間隔Ｌは開口４５の開口幅Ｓよりも小さく設定される。開口幅Ｓは、溝５３の並び方向すなわち第１方向Ｄ１に開口４５を横切る線分のうち最大の長さのもので規定される。言い換えると、開口幅Ｓは、開口４５の輪郭４５ａに外接する平行線５９同士の間隔に相当する。開口４５ごとに開口４５の輪郭４５ａに外接する平行線５９は特定される。平行線５９は第２方向Ｄ２に延びる。仮に開口４５ごとに開口幅Ｓが相互に相違する場合には、開口幅Ｓの最小値よりも小さい間隔Ｌで溝５３は並べられればよい。ここでは、溝５３の間隔Ｌは、開口４５の開口幅Ｓの３分の１以上であって２分の１よりも小さく設定される。
【００２９】
（２）超音波診断装置の回路構成
図７は装置端末及び超音波プローブの回路図である。図７に示されるように、超音波プローブ１３には素子チップ１７と接続する集積回路チップ５５が設置されている。集積回路チップ５５はマルチプレクサー６１及び送受信回路６２を備える。マルチプレクサー６１は素子チップ１７側のポート群６１ａと送受信回路６２側のポート群６１ｂとを備える。素子チップ１７側のポート群６１ａには第１配線６０経由で第１信号線３８及び第２信号線４２が接続される。こうしてポート群６１ａは素子アレイ２２に繋がる。ここでは、送受信回路６２側のポート群６１ｂには集積回路チップ５５内の規定数の信号線６３が接続される。規定数はスキャンにあたって同時に出力される圧電素子２３の列数に相当する。マルチプレクサー６１はケーブル１４側のポートと素子チップ１７側のポートとの間で相互接続を管理する。
【００３０】
送受信回路６２は規定数の切り替えスイッチ６４を備える。個々の切り替えスイッチ６４はそれぞれ信号線６３に接続される。送受信回路６２は個々の切り替えスイッチ６４ごとに送信経路６５及び受信経路６６を備える。切り替えスイッチ６４には送信経路６５と受信経路６６とが並列に接続される。切り替えスイッチ６４はマルチプレクサー６１に選択的に送信経路６５または受信経路６６を接続する。送信経路６５にはパルサー６７が組み込まれる。パルサー６７は振動膜４３の共振周波数に応じた周波数でパルス信号を出力する。受信経路６６にはアンプ６８、ローパスフィルター６９（ＬＰＦ）及びアナログデジタル変換器７１（ＡＤＣ）が組み込まれる。個々の圧電素子２３の検出信号は増幅されてデジタル信号に変換される。
【００３１】
送受信回路６２は駆動／受信回路７２を備える。送信経路６５及び受信経路６６は駆動／受信回路７２に接続される。駆動／受信回路７２はスキャンの形態に応じて同時にパルサー６７を制御する。駆動／受信回路７２はスキャンの形態に応じて検出信号のデジタル信号を受信する。駆動／受信回路７２は制御線７３によりマルチプレクサー６１に接続される。マルチプレクサー６１は駆動／受信回路７２から供給される制御信号に基づき相互接続の管理を実施する。
【００３２】
装置端末１２には処理回路７４が組み込まれる。処理回路７４は例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）やメモリーを備えることができる。超音波診断装置１１の全体動作は処理回路７４の処理に従って制御される。ユーザーから入力される指示に応じて処理回路７４は駆動／受信回路７２を制御する。処理回路７４は圧電素子２３の検出信号に応じて画像を生成する。画像は描画データで特定される。
【００３３】
装置端末１２には描画回路７５が組み込まれる。描画回路７５は処理回路７４に接続される。描画回路７５にはディスプレイパネル１５が接続される。描画回路７５は処理回路７４で生成された描画データに応じて駆動信号を生成する。駆動信号はディスプレイパネル１５に送り込まれる。その結果、ディスプレイパネル１５に画像が映し出される。
【００３４】
（３）超音波診断装置の動作
次に超音波診断装置１１の動作を簡単に説明する。処理回路７４は駆動／受信回路７２に超音波の送信及び受信を指示する。駆動／受信回路７２はマルチプレクサー６１に制御信号を供給するとともに個々のパルサー６７に駆動信号を供給する。パルサー６７は駆動信号の供給に応じてパルス信号を出力する。マルチプレクサー６１は制御信号の指示に従ってポート群６１ｂのポートにポート群６１ａのポートを接続する。ポートの選択に応じて下部電極端子３３、下部電極端子３５、上部電極端子３４及び上部電極端子３６を通じて列ごとにパルス信号が圧電素子２３に供給される。パルス信号の供給に応じて振動膜４３は振動する。その結果、対象物（例えば人体の内部）に向けて所望の超音波が発せられる。
【００３５】
超音波の送信後、切り替えスイッチ６４が切り替えられる。マルチプレクサー６１はポートの接続関係を維持する。切り替えスイッチ６４は送信経路６５及び信号線６３の接続に代えて受信経路６６及び信号線６３の接続を確立する。超音波の反射波は振動膜４３を振動させる。その結果、圧電素子２３から検出信号が出力される。検出信号はデジタル信号に変換されて駆動／受信回路７２に送り込まれる。
【００３６】
超音波の送信及び受信は繰り返される。繰り返しにあたってマルチプレクサー６１はポートの接続関係を変更する。その結果、ラインスキャンやセクタースキャンが実現される。スキャンが完了すると、処理回路７４は検出信号のデジタル信号に基づき画像を形成する。形成された画像はディスプレイパネル１５の画面に表示される。
【００３７】
（４）超音波トランスデューサー素子チップの製造方法
図８は超音波トランスデューサー素子チップの製造方法を説明するための模式図である。図８（ａ）に示すように、面方位（１１０）の単結晶珪素により基体４４を１２００℃で熱酸化し、基体４４の両面に酸化シリコン層４７を厚み５０００Å形成する。そして、基体４４の片面に上面層４８を形成する。上面層４８は、例えば窒化珪素をＰＥＣＶＤ法（プラズマ化学気相成長法）により厚み１μｍに形成し、窒素雰囲気中８００℃で熱処理を行い形成する。更に、基体４４の両面にフォトレジストを形成し、上面層４８を設けた側と反対側の表面に開口部を設け、酸化シリコン層４７を弗酸と弗化アンモニウムの水溶液でパターニングし、開口部７７を形成する。この時開口部７７の奥行き方向、すなわち紙面に垂直な方向を＜１−１  ２＞または＜−１  １  ２＞方向としておく。
【００３８】
図８（ｂ）に示すように、上面層４８上に密着膜２４ｂ及び下部電極２４を形成する。スパッタリング法でチタンを厚み５０Å、白金を厚み２０００Åと、この順に形成し、そのパターニングを王水の水溶液で行う。次に、圧電体膜２６としてＰＺＴを厚み３μｍにスパッタリング形成し、塩酸の水溶液でパターニングする。次に、圧電体膜２６を形成する。ニオブを混入した変性ＰＺＴに酸化鉛を過剰に加えた焼結体ターゲットを用いて、アルゴン雰囲気中基板加熱なしで高周波スパッタリングを行いＰＺＴの膜を形成した。次に、ＰＺＴの膜をパターニング後、酸素雰囲気中７００℃にて加熱処理を行って圧電体膜２６を形成する。続いて、上部電極２５をスパッタリング法でチタンを厚み５０Å、金を厚み２０００Åと、この順に形成し、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液でパターニングする。
【００３９】
その後、保護膜４９を感光性ポリイミドで厚み２μｍに形成し、図示しない電極取り出し部の保護膜を現像により取り除き、４００℃で熱処理を行う。次に、保護膜４９を形成した圧電素子側の面を治具により保護する。続いて、基体４４を水酸化カリウム水溶液に浸せきし、酸化シリコン層４７の開口部７７から単結晶珪素基板である基体４４の一部を除去して異方性エッチングを行う。
【００４０】
その結果、図８（ｃ）に示すように開口４５が形成される。この時単結晶珪素基板である基体４４の面方位が（１１０）である。紙面に垂直な方向が開口４５の奥行き方向とする。開口４５の奥行き方向が＜１−１  ２＞または＜−１  １  ２＞方向であるから、開口４５の奥行き方向の辺を形成する側壁の面を（１１１）面とすることができる。水酸化カリウム水溶液を用いた場合、単結晶珪素の（１１０）面と（１１１）面のエッチングレートの比は３００：１程度である。従って、３００μｍの深さの溝をサイドエッチング１μｍ程度に抑えて形成することができ、開口４５が形成される。
【００４１】
尚、保護膜４９を付けない状態で開口４５を形成した後、再び酸素雰囲気中７００℃にて熱処理を行うようにし、更に保護膜を形成するようにしてもよい。これは、圧電体膜２６（ＰＺＴ膜）に対して２度の熱処理を行うことにより、圧電特性をさらに向上させることができるためである。この効果の詳細な理由は明確ではないが、圧電膜を構成するＰＺＴの焼結が進んでその結晶粒径が大きくなり、その結果圧電ひずみ定数が上昇するものと推定される。
【００４２】
図９（ａ）は、保護治具の構成を示す模式分解図であり、図９（ｂ）は、保護治具の構成を示す模式側断面図である。保護治具７８は基体４４を異方性エッチングする時に圧電素子２３側の面を保護するための治具である。
【００４３】
図９に示すように、保護治具７８は片側に開口部を有し、その内壁面にネジ山が切られた有底円筒状の固定枠７９に、Ｏリング８０、基体４４、Ｏリング８０の順にはめ込み、その外壁面にネジ山が切られた固定リング８１を固定枠７９の内壁にねじ込み、固定する構成となっている。この時、基体４４のエッチングを行う側の面を固定枠７９の開口部側にしておく。図９（ｂ）に示される状態で水酸化カリウム水溶液等のエッチング液に浸せきされる。この時、固定リング８１、Ｏリング８０、及び基体４４のエッチングを行う面とで封じられるため、エッチング液は基体４４の圧電素子側へ回り込まないようにすることができる。治具の素材としては、例えばポリプロピレンを用いることができる。
【００４４】
圧電素子を形成した後、この側の面を保護する手段を設けて、反対側の面から開口４５を形成する製造方法としたことにより、薄い振動板及びＰＺＴを用いても歩溜まり良く素子チップ１７が形成可能となる。本実施例においては、圧電素子側の面を保護する手段は治具によるものであるが、その手段はこれに限定されることなく、フォトレジストを厚く塗布する等、他の手段を用いても良い。
【００４５】
（実施例１）
次に、開口・電極の寸法、圧電膜の厚み・寸法、振動板の厚み等の関係について述べる。
本発明者らはまず、開口４５、下部電極２４、ＰＺＴによる圧電体膜２６、上部電極２５の平面的な位置関係を設定した。
【００４６】
まず、下部電極２４と圧電体膜２６、上部電極２５に関して、前記製造工程に従って上電極形成工程まで行い評価してみた。
【００４７】
下部電極２４より上部電極２５が大きい場合と、その逆で上部電極２５より下部電極２４が大きい場合とを比べてみると、前者は上下電極間のリーク電流が２桁程度後者に比べて多くなることがわかった。これは、下電極端部におけるＰＺＴ膜のリーク電流が大きいことによるものと考えられる。
【００４８】
更に、上部電極２５より下部電極２４が大きい場合において、圧電体膜２６が下部電極２４より大きい場合と、圧電体膜２６が下部電極２４より小さい場合においては、前者は圧電体膜２６端部が下地の振動膜４３からめくれ上がってしまったのに対し、後者は膜剥がれ等なく形成できた。これは、圧電体膜２６と振動膜４３の密着性が不十分であるためと考えられた。従って、以上の結果から、上部電極２５≦圧電体膜２６＜下部電極２４の大小関係とする。
【００４９】
すなわち、第１方向Ｄ１における上部電極２５の長さをＬｕ、圧電体膜２６の長さをＬｐ、下部電極２４の長さをＬ１とした場合、Ｌｕ≦Ｌｐ＜Ｌ１、という大小関係にする。第２方向Ｄ２における上部電極２５の長さをＷｕ、圧電体膜２６の長さをＷｐ、下部電極２４の長さをＷ１とした場合、Ｗｕ≦Ｗｐ＜Ｗ１という大小関係にする。これにより、製造プロセス上の問題がなく、かつリーク電流が抑えられた圧電素子２３を構成することができた。
【００５０】
次に、前記Ｌｕ≦Ｌｐ＜Ｌ１という条件のもとで、第１方向Ｄ１の開口４５の長さＬとの関係について、開口４５の中央部における振動膜４３の変形量を調べることにより最適化実験を行った。尚、振動膜４３、下部電極２４、圧電体膜２６、上部電極２５の材料、厚みは前述のものとした。そして、第１方向Ｄ１の辺の中央に圧電素子２３の中央を配置し、左右対称となるようにした。また下部電極２４と上部電極２５との間の印加電圧は３０Ｖとした。Ｌ＝１００μｍ固定とし、Ｌｕ、Ｌｐ、Ｌ１をそれぞれ変えたときの結果を以下の表１に示す。
【００５１】
【表１】
2016015434.tif 000003
【００５２】
以上の表１に示されるように、配列方向における、開口４５と圧電体膜２６や下部電極２４の大小関係は、振動膜４３の変形量にはあまり影響を与えない。しかし、開口４５と上部電極２５の大小関係は、振動膜４３の変形量に影響を与える。
【００５３】
表１の上段に示すように、開口４５の長さＬより上部電極２５の長さＬuが大きいとき、振動膜４３の変形量は小さい。表１の２〜４段に示すように、開口４５の長さＬより上部電極２５の長さＬuが小さいとき、振動膜４３の変形量が大きくなる。この結果により、圧電素子２３の変形部分が開口４５の内部に収まるようにすれば、効率的に振動膜４３を変形させることができるものと考えられる。そのような状態にする平面的な位置関係は、第１方向Ｄ１において、開口４５の長さＬ＞上部電極２５の長さＬｕである。
【００５４】
（実施例２）
振動膜４３の材料についての知見を得るため、図８（ｃ）の構造において、振動膜４３の材料を変え、開口４５の中央部における振動膜４３の変形量を調べた。下部電極２４は全くパターニングを行なわず、基体４４全面に存在する構成とした。条件としては、第１方向Ｄ１の開口４５の長さＬ＝１００μｍ、圧電体膜２６の長さをＬｐ＝９４μｍ、上部電極２５の長さをＬｕ＝８８μｍ、第２方向Ｄ２の開口４５の長さをＷ＝１５ｍｍ、圧電体膜２６の厚みをｔｐ＝３μｍ、振動膜４３の厚みｔｖ＝１μｍで上下電極間の印加電圧は３０Ｖとした。
【００５５】
振動膜４３の材料としては、上述の実施例１で使用した窒素珪素に加え、熱酸化法により形成した酸化珪素、ホウ素を１０21ｃｍ-3熱拡散させた珪素、スパッタリング法により形成した酸化ジルコニウム、及び酸化アルミニウムの５種類を用いた。結果を以下の表２に示す。
【００５６】
【表２】
2016015434.tif 000004
【００５７】
以下の結果により、振動膜４３のヤング率が大きいほど振動膜４３の変形量は大きくなる。これは、振動膜４３のヤング率が小さいと、振動膜４３が横方向に変形する時、同時に横方向に大きく伸びてしまい、縦方向への変形がそれほど大きくならないことを示しているものである。効率的に振動膜４３を変形させ、超音波は発信させるためには、ヤング率の大きな振動膜４３を用いることが必要である。
【００５８】
以上の結果によれば、振動板材料として、ヤング率の大きい酸化ジルコニウム、窒素珪素、酸化アルミニウムが望ましいことがわかる。この他に、窒化チタン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化ジルコニウム、炭化珪素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化タンタルは、ヤング率が２×１０11Ｎ／ｍ2以上であり、望ましい振動膜４３の材料といえる。
【００５９】
更に、前記材料を主成分として他の成分が添加されていても良いし、前記材料を２種類以上含んだ材料でもよい。例えば、炭化タングステンが主成分で、炭化チタン、炭化タルタル、コバルトを微量添加した超硬合金や、炭化チタンや炭化窒化チタンを主成分とし、不純物を微量添加してサーメットを振動膜４３に用いて良い。
【００６０】
（実施例３）
図１０は、振動板を積層構造とした素子チップの構成を示す模式側断面図である。図１０に示すように、基体４４上に酸化シリコン層４７、窒化珪素層８２、酸化珪素層８３が積層されている。窒化珪素層８２はヤング率が１×１０11Ｎ／ｍ2以上、望ましくは２×１０11Ｎ／ｍ2以上の材料層であり、前記実施例１と同様の窒化珪素の層である。酸化珪素層８３は、窒化珪素層８２を形成したＰＥＣＶＤ装置において、窒化珪素層８２を形成した後に連続形成した。これ以外の要素は実施例１と同様である。酸化シリコン層４７、窒化珪素層８２及び酸化珪素層８３により振動膜８４が構成されている。
【００６１】
酸化珪素層８３を設けることにより、下部電極２４と振動膜８４との密着性が強化された。また、製造プロセス中の熱処理時に起こる圧電体膜２６に加わる応力を緩和することができるので、製造歩留まりを向上することが可能である。窒化珪素層８２を１μｍ、酸化珪素層８３を１０００Åとしたときの振動膜８４の振動特性は、実施例１と変わらず、酸化珪素層８３を設けることによる振動膜８４の振動特性の低下はなかった。
【００６２】
本実施例は、圧電体膜２６形成時またはそれ以降の処理温度を７１０℃以下として適用するのが望ましい。これは、圧電体膜２６中の鉛が下部電極２４を通って振動膜８４の酸化珪素層８３へ拡散することによるものである。通常、酸化珪素はこの温度領域では固体状態であるが、鉛が拡散された酸化珪素は７１４℃以上で液体となってしまい、これが外部に噴出して素子チップ１７を破壊してしまうためである。
【００６３】
（実施例４）
図１１は、振動板を積層構造とした素子チップの構成を示す模式側断面図である。本実施例が実施例３と異なる点は酸化珪素層８３と下部電極２４の間に酸化アルミニウム層８５が挿入されている点である。
【００６４】
図１１に示すように、窒化珪素層８２、酸化珪素層８３の上に、酸化アルミニウム層８５をスパッタリング法により厚み１０００Åで形成し、その上部から下部電極２４を形成する。それ以外は実施例３と同様である。酸化シリコン層４７、窒化珪素層８２、酸化珪素層８３及び酸化アルミニウム層８５により振動膜８６が構成されている。
【００６５】
酸化アルミニウム層８５を形成することにより、上記実施例３中において述べたＰＺＴ中の鉛の振動板への拡散が抑えられる。このことにより、７１０℃以上の高温熱処理を行なっても、酸化珪素層８３の外部噴出による素子チップ１７の破壊を防止することができ、素子チップ１７の製造歩留まりを向上させることができる。更には、７１０℃以上の高温かつ効率的な熱処理が可能となるため、圧電体膜２６の圧電特性を一層向上させることが可能となり、圧電素子２３の振動特性の向上を図ることができる。
【００６６】
酸化アルミニウム層８５を設けたことによる効果は他の材料を用いても得られることが判明した。実験の結果、上記酸化アルミニウム以外では、酸化ジルコニウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化チタンを用いてもその効果は同様に確認された。また、これらを主成分とし添加物を加えた材料や、これらの材料を２種類以上含むものを主成分とする材料も同様に適用可能である。さらに、この効果は、表面に酸化珪素層を設けた振動膜の構成のみならず、ホウ素を混入した単結晶珪素振動膜においても確認された。
【００６７】
（実施例５）
本発明者らは、下部電極２４の構成を決定するため、以下の実験を行なった。
【００６８】
酸化珪素層を設けた単結晶珪素基板上に、下部電極２４としてチタンと白金をスパッタリング法でこの順に連続形成した。白金の厚みは２０００Å、チタンの厚みは５０Åから１０００Åまで変化させた。尚、チタンは電極材料の白金と振動板材料の酸化珪素層との密着性を高めるために必要なものである。
【００６９】
その上から、実施例１中に示す方法でＰＺＴを膜厚１μｍに形成し、酸素雰囲気中で６００℃の熱処理を４時間行い、更に上部電極としてアルミニウムを３ｍｍ角の大きさにマスク蒸着して形成した。
【００７０】
このサンプルにおいて、上下電極間に電圧を印加し、圧電体膜２６の耐電圧特性を評価した。ここで、圧電体膜２６の耐電圧の定義としては、リーク電流が１００ｎＡ流れたときの印加電圧とした。その結果を表３に示す。
【００７１】
【表３】
2016015434.tif 000005
【００７２】
以上の結果により、チタン膜厚と圧電体膜２６の耐電圧には相関関係があり、チタン膜厚が薄くなれば耐電圧が増すことがわかる。また、発明者らの観測によれば、白金表面に微妙な突起が生じていて、この突起の密度がチタン膜厚を厚くすると共に大きくなっていた。例えば、チタン５０Åにおいては２００００個／ｍｍ2程度であったものが、チタン２００Åにおいては２１００００個／ｍｍ2程度となっていることが観測された。このことから、熱処理によって形成される白金表面の微小な突起が、圧電体膜２６の耐電圧を低下させているものと考えられる。
【００７３】
チタン膜厚を１００Åから８０Åに下げることにより、ＰＺＴ膜の耐電圧は１８Ｖから３０Ｖへと大きく向上した。圧電体膜２６の耐電圧が向上すれば、印加電圧を高くすることができるようになり、圧電素子２３における、振動特性を向上させることが可能となる。また、圧電体膜２６を薄くした状態においても振動膜４３の振動が可能となり、製造上の生産性も向上させることが可能となる。
【００７４】
この耐電圧値としては、１０Ｖ以下では実用には耐えられず、２０Ｖ程度でもまだ不十分であるが、２０Ｖを大きく超えれば実用領域とみなすことができる。上記の実験結果によると、チタン膜厚が８０Å以下になるとＰＺＴ膜の耐電圧が格段に向上しているのがわかる。従って、チタン膜厚を８０Å以下とすることが望ましく、本発明者らは、上述した実施例においてもチタン膜厚を５０Åとしている。
【００７５】
以上の本実施例においては、厚み８０Å以下のチタン上に設ける下部電極２４の材料を白金としているが、これは、白金を含む合金としてよい。本発明者らは酸化珪素層を設けた単結晶珪素基板にチタンを５０Å、更に白金７０ａｔ％−イリジウム３０ａｔ％の合金をスパッタリング法で連続形成し、酸素雰囲気中で６００℃の熱処理を４時間行なってみた、熱処理後のこの合金表面を８００倍で顕微鏡観察してみたところ、前記表面の微小突起は全く観察されなかった。前記実施例と同様にＰＺＴ膜を形成し耐電圧の測定したところ、７０Ｖという結果が得られ、更に特性の向上がみられた。
【００７６】
また、振動膜４３の材料としても酸化珪素層を設けた単結晶珪素に限られたわけでなく、上述した実施例で挙げられた材料であれば適用可能である。
【００７７】
（発明の効果）
以上説明したように、素子チップ１７では、密着膜として膜厚８０Å以下のチタンが用いられている。これにより、下部電極２４は振動膜４３との密着性を高めることができ、圧電体膜２６の耐電圧を向上させることができる。従って、素子チップ１７は超音波を発信する超音波プローブ１３に好適に用いられる。
【００７８】
（第２の実施形態）
次に、圧電素子の一実施形態について図１２を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、下部電極２４と圧電体膜２６との間にチタンの層を設置した点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。以下、製造工程に従って圧電素子を詳細に説明する。
【００７９】
図１２は、超音波トランスデューサー素子チップの製造方法を説明するための模式図である。尚、この模式図において、紙面に垂直な方向が開口の奥行き方向となる。
【００８０】
図１２（ａ）に示すように、面方位が（１１０）の単結晶珪素による基体４４を１２００℃で熱酸化し、基体４４の両面に酸化シリコン層４７を厚み５０００Å形成する。そして、基体４４の片面からホウ素を１０００℃で酸化シリコン層４７の下部に位置する基体４４に拡散させる。これにより、単結晶珪素である基体４４にホウ素が拡散した振動膜８９が形成される。振動膜８９の厚みは１μｍ、ホウ素の濃度は１０20ｃｍ-3（ホウ素の原子数を１ｃｍ3当たり１０20個）とした。更に、基体４４の両面にフォトレジストを形成し、振動膜８９を設けた側と反対側のフォトレジストをパターニングしてマスクを成形する。そして、酸化シリコン層４７を弗酸と弗化アンモニウムの水溶液でパターニングし、開口部７７を形成する。次に、フォトレジストを剥離する。開口部７７の奥行き方向、すなわち紙面に垂直な方向を、＜１  −１  ２＞、または、＜−１  １  ２＞方向としておく。続いて、基体４４の振動膜８９側に酸素を含有したタンタル層９３、下部電極９０、酸素を含有したチタン層９４、圧電体膜９１をこの順に積層する。振動膜８９側の酸化シリコン層４７上に金属タンタルを６００Å積層してタンタル層９３とする。次に、下部電極９０として密着層にチタンを５０Å、さらに白金を２０００Å積層する。続いて、５０Åの厚みのチタン層９４をスパッタリング法で形成する。
【００８１】
図１２（ｂ）に示すように、次に、下部電極９０及びチタン層９４をフォトリソ法及びエッチング法を用いて所定の形状にパターニングする。更に圧電体膜９１を厚み３μｍに、組成Ｐｂ0.95Ｓｒ0.05Ｚｒ0.28Ｔｉ0.35Ｍｇ0.123Ｎｂ0.247Ｏ3（９０ｍｏｌ％）＋ＰｂＯ（１０ｍｏｌ％）で示される焼結体ターゲットを用いて、アルゴン雰囲気中基板加熱なしで高周波スパッタリング成膜を行う。次に、酸素雰囲気中６５０℃１時間＋９００℃１時間アニールを行う。以上の工程により、酸素を含有したタンタル層９３、下部電極９０、酸素を含有したチタン層９４、圧電体膜９１を形成した。実際、酸素雰囲気中６５０℃１時間＋９００℃１時間のアニールを行った後、下部電極９０の上部に圧電体膜９１が存在しない部分をＸ線回折法で分析したところ、二酸化チタンの結晶からの回折線が観測され、二酸化チタンを含有するチタン層９４が存在することが確認された。
【００８２】
そして、圧電体膜９１をホウ弗酸水溶液、下部電極９０を王水水溶液でパターニングする。次に、圧電体膜９１上に上部電極９２を設置する。スパッタリング法でチタンを厚み５０Å、金を厚み２０００Åと、この順に形成し、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液でパターニングする。続いて、保護膜４９を感光性ポリイミドで厚み２μｍに形成し、図示しない電極取り出し部の保護膜を現像により取り除き、４００℃で熱処理を行う。
【００８３】
図１２（ｃ）に示すように、保護膜４９を形成した圧電素子側の面を治具により保護し、水酸化カリウム水溶液に浸せきする。酸化シリコン層４７の開口部７７から単結晶珪素の基体４４の異方性エッチングを行い、開口４５を形成する。この時単結晶珪素の基体４４の面方位が（１１０）であり、更に開口部７７の奥行き方向が、＜１  −１  ２＞、または、＜−１  １  ２＞方向であるから、開口４５の奥行き方向の辺を形成する側壁の面を（１１１）面とすることができる。水酸化カリウム水溶液を用いた場合、単結晶珪素の（１１０）面と（１１１）面のエッチングレートの比は３００：１程度となり、３００μｍの深さの溝をサイドエッチング１μｍ程度に抑えて形成することができ、開口４５が形成される。以上の工程により圧電素子９５が形成される。
【００８４】
上記実施例の素子チップにおいて、下部電極９０上にスパッタリング成膜する金属チタンの厚みを変えてみた。上記製造工程において、酸素雰囲気中６５０℃１時間＋９００℃１時間のアニールまでを行い、目視、金属顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、観察を行った。その結果を表４に示す。
【００８５】
【表４】
2016015434.tif 000006
【００８６】
以上の結果により、下部電極９０上に二酸化チタンを含有するチタン層９４を形成することにより、圧電体膜９１と下部電極９０間の密着性が向上し、剥離現象がなくなったことがわかる。また、金属チタンの厚みが２００Åの場合、ＰＺＴ下部に空洞が生じているが、これは、アニール時に圧電体膜９１中の酸化鉛と酸素を含有するチタン層９４が反応して液化することに起因するものと考えられる。従って、二酸化チタンを含有するチタン層９４の厚みはあまり厚くない方が望ましい。金属チタンを酸素雰囲気中６５０℃１時間＋９００℃１時間のアニールを行った場合、その膜厚はアニール前の倍程度となることが本発明者のＳＥＭ観察により確認されているため、二酸化チタンを含有するチタン層９４の厚みとしては２００Å以下であることが望ましい。
【００８７】
この、酸素を含有するチタン層９４は、酸素を含有するチタン合金、例えば、チタン−タンタル合金、チタン−ニッケル合金、チタン−白金合金等であっても良い。
【００８８】
また、圧電素子９５の構成要素や材料も上記実施例中のものに限定されるものではない。例えば、圧電体膜９１の厚みをさらに大きくすることも可能であるし、またその材料も特定組成のＰＺＴに限定されることなく、組成比や、添加物の種類を変えても良いし、それらの多層構造でも良いし、またＰＺＴに限らず鉛を含有する材料、例えばチタン酸鉛を用いて良い。またその製法もゾルゲル法等、他の方法を用いて良い。下部電極９０も密着層にクロム、ニッケル、タングステン等を用いて良いし、白金層を白金−ロジウム合金や白金−イリジウム合金、白金−チタン合金等を用いて良い。また、酸素を含有するタンタル層９３を化学気相成長（ＣＶＤ）法や、酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法でいきなり形成しても良い。さらにその層中に低価数の酸化物、例えば２酸化タンタル層等を含んでいても良い。
【００８９】
また、圧電歪み定数ｄ３１は、下部電極９０上に二酸化チタンを含有するチタン層９４がない場合の圧電体膜９１が１５０ｐＣ／Ｎであったのに対し、下部電極９０上に二酸化チタンを含有するチタン層９４を設けた場合の圧電体膜９１は１７０ｐＣ／Ｎと大きくなり、後者を用いた場合の振動膜８９の振動特性も向上した。尚、圧電体膜９１は、酸素雰囲気中６５０℃１時間＋９００℃１時間アニール後における上記組成によるＰＺＴによるものである。従って、二酸化チタンを含有するチタン層９４を設けることにより、圧電歪み定数ｄ３１が大きくなり、振動膜８９の振動特性も向上するという、当初考えてもみなかった効果まで出現した。
【００９０】
（変形例１）
次に、圧電素子の一変形例について図１３を用いて説明する。本変形例が第２の実施形態と異なるところは、振動膜８９に酸化ジルコニウムを用いた点にある。尚、第２の実施形態と同じ点については説明を省略する。以下、製造工程に従って圧電素子を詳細に説明する。
【００９１】
図１３は、超音波トランスデューサー素子チップの製造方法を説明するための模式図である。図１３（ａ）に示すように、面方位（１１０）の単結晶珪素による基体４４の両面に酸化シリコン層４７を形成する。その後、片面の酸化シリコン層４７のパターニングを行い、開口４５を形成するための開口部７７を形成する。この工程と同時に、開口部７７と反対側の面の酸化シリコン層４７を除去する。
【００９２】
図１３（ｂ）に示すように、酸化シリコン層４７を除去した面の全面に金属ジルコニウムの膜を形成し、熱酸化する。これにより酸化ジルコニウムによる振動膜９６が形成される。酸化ジルコニウムによる振動膜９６は前記の珪素による振動膜８９に比べ、ヤング率が大きい。従って、圧電体膜９１に同じ電圧を印加したときの開口４５上の振動膜９６の変形量や発生圧力は、酸化ジルコニウムを用いた場合の方が振動膜８９より大きい。従って振動膜９６の振動特性も良い。
【００９３】
振動膜９６の材料としては、通常の酸化ジルコニウム（ジルコニア）のみならず、イットリウム等が添加された安定化ジルコニア、さらにはアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム等を用いて良く、また、それらの積層構造で振動膜９６を形成しても良い。
【００９４】
図１３（ｃ）に示すように、振動膜９６上に、下部電極９０、チタン層９４、圧電体膜９１、上部電極９２及び保護膜４９を設置して圧電素子９７が形成される。
【００９５】
（発明の効果）
以上説明したように、本発明による素子チップは、下部電極９０の上部に二酸化チタンを含有したチタンまたはチタンを含有する合金層であるチタン層９４を設けた。望ましくはチタン層９４の厚みを２００Å以下とすることにより、下部電極９０と圧電体膜９１との密着性を改善することができた。
【００９６】
（第３の実施形態）
次に、素子チップの一実施形態について図１４〜図４５を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、圧電素子２３の圧電体膜２６には歪が生じる圧電体能動部と歪が生じない圧電体非能動部とが存在する点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。以下、製造工程に従って圧電素子を詳細に説明する。
【００９７】
図１４は素子チップの構造を示す模式平面図である。図１４に示すように、素子チップ１００は四角形の基体１０１を備えている。基体１０１の外周の一辺は第１方向Ｄ１に延在し、別の一辺は第２方向Ｄ２に延在する。基体１０１上には第２方向Ｄ２に延在する下部電極１０２及び配線用下電極膜１０３が設置されている。そして、下部電極１０２と配線用下電極膜１０３とを跨いで圧電素子１０４が設置されている。下部電極１０２に沿って第２方向Ｄ２に７個の圧電素子１０４が配列して設置されている。そして、圧電素子１０４の配列は第１方向Ｄ１に３列設置されている。従って、素子チップ１００には２１個の圧電素子１０４が設置されている。尚、１つの素子チップ１００に設置される圧電素子１０４の個数は特に限定されない。
【００９８】
図１５（ａ）は、超音波トランスデューサー素子の構造を示す模式平面図であり、図１５（ｂ）は、超音波トランスデューサー素子の構造を示す要部模式側断面図である。図１６は、超音波トランスデューサー素子の構造を示す模式平面図である。
【００９９】
図１５に示すように、基体１０１には圧電素子１０４毎に開口１０５が形成されている。基体１０１上には弾性膜１０８が設置されている。弾性膜１０８は熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる厚さ１〜２μｍの膜である。弾性膜１０８上には下部電極１０２及び配線用下電極膜１０３が設置されている。下部電極１０２の厚さは例えば、約０．５μｍである。圧電素子１０４を構成する下部電極１０２は、並設された複数の開口１０５に対向する領域に連続的に設けられている。下部電極１０２は開口１０５の長手方向一端部近傍でパターニングされている。この下部電極１０２の端部が圧電体能動部１０６の端部となっている。また、開口１０５の長手方向他端部の端部近傍に対向する領域には配線用下電極膜１０３が、各開口１０５毎に設けられている。配線用下電極膜１０３は開口１０５に対向する領域から周壁上に亘って設置され、下部電極１０２とは不連続となっている。配線用下電極膜１０３は圧電素子１０４の配線として用いられる。
【０１００】
下部電極１０２と配線用下電極膜１０３の間隔、及び各配線用下電極膜１０３の間隔は、少なくともそれぞれの絶縁強度を保持可能な程度の狭い幅で形成されていることが好ましい。
【０１０１】
下部電極１０２及び配線用下電極膜１０３上には圧電体膜１０７が設置され、圧電体膜１０７上には上部電極１０９が設置されている。圧電体膜１０７の厚さは例えば、約１μｍである。上部電極１０９の厚さは例えば、約０．１μｍである。
【０１０２】
圧電素子１０４は、下部電極１０２、圧電体膜１０７、及び上部電極１０９を含む部分をいう。一般的には、圧電素子１０４の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体膜１０７を各開口１０５毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体膜１０７から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部１０６という。本実施形態では、下部電極１０２は圧電素子１０４の共通電極とし、上部電極１０９を圧電素子１０４の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各開口１０５毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子１０４と当該圧電素子１０４の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエーターと称する。
【０１０３】
圧電体膜１０７及び上部電極１０９は、開口１０５に対向する領域に設けられている。上部電極１０９の一端部は配線用下電極膜１０３上まで延設されている。そして、リード電極１１０によって上部電極１０９と配線用下電極膜１０３とが接続されている。また、この配線用下電極膜１０３の形状は、特に限定されないが、図１６に示すように、少なくとも開口１０５の縁部を覆って形成されていることが好ましい。これにより、弾性膜１０８の剛性が高く保持され、弾性膜１０８のクラックの発生等を防止することができる。
【０１０４】
図１５に戻って、このような構成では下部電極１０２と下部電極１０２上に存在する圧電体膜１０７及び上部電極１０９が圧電体能動部１０６を構成する。下部電極１０２が設置されていない場所の圧電素子１０４は実質的に駆動されない圧電体非能動部１１１となっている。従って、圧電体非能動部１１１は開口１０５の長手方向端部から連続的に設けられ配線用下電極膜１０３と対向する場所も含まれている。
【０１０５】
したがって、開口１０５と周壁との境界部の一部に位置する部分の圧電素子１０４が、圧電体能動部１０６への電圧印加によっても駆動されることがない圧電体非能動部１１１となっている。このため、開口１０５の長手方向端部での圧電体膜１０７等の剥がれ、繰返し変位によるクラックの発生等の虞がない。また、圧電体膜１０７及び上部電極１０９が配線用下電極膜１０３上まで延設されているので、コンタクトホールを形成する必要がなくなる。すなわち、上部電極１０９上にコンタクトホールを設ける絶縁体膜を形成する必要がなくなる。したがって、圧電体能動部１０６の絶縁体膜の厚さに起因する変位低下がなくなる。また、製造工程を減らすことができ、コストの削減等が可能となる。
【０１０６】
次に、シリコン単結晶基板からなる基体１０１上に、圧電体膜等を形成するプロセスを図１７〜図１９を参照しながら説明する。尚、図１７〜図１９は、圧電素子の製造方法を説明する為の模式図である。図１７及び図１９は第２方向Ｄ２方向の模式断面図であり、図１８は、第１方向Ｄ１方向の模式断面図である。
【０１０７】
まず、図１７（ａ）に示すように、基体１０１となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１００℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性膜１０８を形成する。
【０１０８】
次に、図１７（ｂ）に示すように、スパッタリングで下部電極１０２を形成する。下部電極１０２の材料としては、白金等が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する圧電体膜１０７は、成膜後に大気雰囲気下または酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下部電極１０２の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならい。殊に、圧電体膜１０７としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金が好適である。
【０１０９】
次に、図１７（ｃ）及び図１８に示すように、下部電極１０２をパターニングして全体パターンを形成すると共に、各開口１０５毎の長手方向一端部近傍に対応する領域に、それぞれ開口１０５に対向する領域から周壁上まで延設される配線用下電極膜１０３を形成する。
【０１１０】
次に、図１７（ｄ）に示すように、圧電体膜１０７を成膜する。この圧電体膜１０７は、結晶が配向していることが好ましい。例えば、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体膜１０７を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成することにより、結晶が配向している圧電体膜１０７とした。
【０１１１】
圧電体膜１０７を形成する工程において非晶質状の薄膜を加熱し結晶化させる工程またはこの工程の後に設けた熱処理工程のいずれかの工程において、水１００％の雰囲気下で、７００℃の温度下、かつ、２００気圧以下の圧力下で処理する処理工程を含んでいるのが好ましい。
【０１１２】
ゾルゲル法成膜のＰＺＴ薄膜において、脱脂時の雰囲気に水を含ませることにより、ＰＺＴ薄膜中の酸素量の制御が可能となる。そして、酸素欠損の少ない酸化物ＰＺＴ薄膜の形成が可能となる。また、脱脂時の雰囲気に水を含ませることにより、脱脂時やその後のＰＺＴ薄膜にかかる応力を緩和することができると考えられる。このためクラックの発生を抑えることができる。また酸化物セラミックス薄膜の結晶化を水中において水熱処理で行うので、薄膜その他の材料に影響を与えることがない。このため広い材料選択ができ、低コストで環境に影響を与えない製造方法を提供できる。
【０１１３】
圧電体膜１０７の材料としてはチタン酸ジルコン酸鉛系の材料が好適である。尚、この圧電体膜１０７の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法で形成してもよい。
【０１１４】
さらに、ゾル−ゲル法またはスパッタリング法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法を用いてもよい。
【０１１５】
何れにしても、このように成膜された圧電体膜１０７は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向しており、且つ本実施形態では、圧電体膜１０７は、結晶が柱状に形成されている。尚、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させた状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された薄膜であってもよい。尚、このように薄膜工程で製造された圧電体膜の厚さは、一般的に０．５〜５μｍである。
【０１１６】
次に、図１７（ｅ）に示すように、上部電極１０９を成膜する。上部電極１０９は、導電性の高い材料であればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、白金をスパッタリングにより成膜している。
【０１１７】
その後、図１９（ａ）に示すように、圧電体膜１０７及び上部電極１０９のみをエッチングして圧電体能動部１０６のパターニングを行う。以上が膜形成プロセスである。このようにして膜形成を行った後、図１９（ｂ）に示すように、アルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、開口１０５等を形成する。以上の工程により図１５に示す圧電素子１０４が形成される。
【０１１８】
尚、本実施形態では、圧電体膜１０７及び上部電極１０９を開口１０５に対向する領域内に形成するようにしたが、これに限定されず、例えば、周壁に対向する領域まで延設するようにしてもよい。また、上述した例では、圧電体非能動部１１１を下部電極１０２を除去することにより形成したが、これに限定されず、例えば、圧電体膜１０７と上部電極１０９との間に低誘電絶縁層を設けることにより形成してもよく、さらには、圧電体膜１０７に部分的にドーピング等を行って不活性とすることにより形成してもよい。
【０１１９】
以上説明したように、本実施形態によれば、圧電体能動部１０６から連続して、圧電体膜１０７を有するが実質的に駆動しない圧電体非能動部１１１を設けることにより、コンタクトホールを形成することなく圧電体能動部１０６に電圧を印加することができ、圧電体能動部１０６を開口１０５に対向する領域内に設けることができるため、変位特性及び信頼性を向上することができる。
【０１２０】
（変形例１）
図２０及び図２１は、圧電素子の構造を示す要部模式断面図であり、図２２は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。本変形例は、圧電体能動部１０６の配線方法の他の例であり、図２０に示すように、配線用下電極膜１０３を開口１０５に対向する領域には設けずに、周壁上に設けるようにした以外は、第３の実施形態と同様である。勿論、このような構成においても、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２１】
尚、第３の実施形態では、下部電極１０２の外側に配線用下電極膜１０３を設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、図２１に示すように、周壁上まで延設された圧電体非能動部１１１の上部電極１０９と接続され且つ基板端部まで延びるリード電極１１２を別途設けてもよい。つまり、リード電極１１２がリード電極１１０と配線用下電極膜１０３との機能をそなえた電極としても良い。
【０１２２】
また、開口１０５の端部から周壁上に延設される圧電体非能動部１１１を構成する圧電体膜１０７及び上部電極１０９は、特に限定されないが、例えば、図２２に示すように、開口１０５の端部近傍では開口１０５よりも幅の広い幅広部１１３とし、開口１０５の端部を覆っていることが好ましい。これにより、開口１０５の端部近傍での振動板の剛性が高く保持され、振動板のクラックの発生等が防止できる。
【０１２３】
（変形例２）
図２３及び図２４は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。本変形例は、図２３に示すように、開口１０５の端部と周壁との境界に対向する領域の圧電体非能動部１１１の下側に、下部電極１０２とは不連続の不連続下電極膜１１４を設けた例である。すなわち、開口１０５の圧電体膜１０７及び上部電極１０９が延設される側の端部近傍には、下部電極１０２が除去された下電極膜除去部１１５が開口１０５の形状に沿ってその並設方向に細溝状に設けられている。開口１０５の端部と周壁との境界部分では圧電体能動部１０６の下部電極１０２とは不連続な不連続下電極膜１１４となっている以外、第３の実施形態と同様である。
【０１２４】
ここで、下部電極１０２と不連続下電極膜１１４とを分離する下電極膜除去部１１５の幅は、少なくとも下部電極１０２と不連続下電極膜１１４との絶縁強度を保持可能な幅とする必要があるが、できるだけ狭い幅として弾性膜１０８の剛性を保持することが好ましい。
【０１２５】
また、このような構成では、不連続下電極膜１１４は、他の何れにも電気的に接続されないフローティング電極となる。下部電極１０２上に存在する圧電体膜１０７及び上部電極１０９が実質的な駆動部となる圧電体能動部１０６を構成し、不連続下電極膜１１４上の圧電体膜１０７及び上部電極１０９は強く駆動されることがない。
【０１２６】
したがって、開口１０５と周壁との境界部分では圧電体能動部１０６への電圧印加によっても強く駆動されることがない。このため、開口１０５の長手方向端部での弾性膜１０８の剛性が高く、この部分での弾性膜１０８の破壊あるいは圧電体膜１０７の破壊等を防止することができる。
【０１２７】
尚、本変形例では、不連続下電極膜１１４を複数の開口１０５の並設方向に亘って形成するようにしたが、これに限定されない。例えば、図２４に示すように、各圧電体能動部１０６毎に分離するようにしてもよい。これにより、不連続下電極膜１１４上の圧電体膜１０７及び上部電極１０９が完全に駆動されることがない圧電体非能動部１１１となり、弾性膜１０８または圧電体膜１０７の破壊等をより確実に防止することができる。
【０１２８】
また、本変形例では、不連続下電極膜１１４を、他の部分とは電気的に接続されることのないフローティング電極としたが、これに限定されず、例えば、充電される時定数が圧電体能動部１０６の駆動パルスよりも大きくなるように、所定の抵抗値の抵抗を介して電極層と接続するようにしてもよい。
【０１２９】
（変形例３）
図２５は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。図２６（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図であり、図２６（ｂ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図である。
【０１３０】
本変形例は、図２５に示すように、各配線用下電極膜１０３の間に、下電極膜除去部１１５によって分離され他の何れにも接続されない中間電極膜１１６が設けられている以外は、第３の実施形態と同様の構成である。
【０１３１】
このような構成により、各配線用下電極膜１０３を分離する下電極膜除去部１１５の幅を狭くすることができる。すなわち、各配線用下電極膜１０３の間には中間電極膜１１６が設けられている。このため、下電極膜除去部１１５の幅を狭くしてもこれらの絶縁強度を確実に保持することができる。これにより、弾性膜１０８の剛性がより高くなり、上述の実施形態と同様、開口１０５と周壁との境界部分で、弾性膜１０８の破壊あるいは圧電体膜１０７の破壊等を防止することができる。
【０１３２】
尚、上述の本変形例では、下部電極１０２及び配線用下電極膜１０３の間の下電極膜除去部１１５は、各下部電極１０２及び配線用下電極膜１０３間の絶縁強度を保持可能な程度の幅で形成されている。これに限らず、例えば、図２６に示すように、圧電体能動部１０６の幅方向両側等の絶縁破壊の起こりやすい部分の上部電極１０９を除去しても良い。そして、実質的に駆動されない圧電体膜１０７を残留させた不活性部１１７が設けられるようにしてもよい。これにより、さらに確実に絶縁強度を保持することができる。尚、勿論、圧電体膜１０７が駆動されなければ、上部電極１０９を除去しなくてもよいことは言うまでもない。
【０１３３】
（変形例４）
図２７（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。図２７（ｂ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図である。図２８は、圧電素子の製造方法を説明する為の模式図である。
【０１３４】
本変形例では、図２７に示すように、配線用下電極膜１０３を設ける代わりに、圧電体非能動部１１１となる圧電体膜１０７及び上部電極１０９を開口１０５に対向する領域から周壁上まで延設している。図示しないが、その端部近傍で、例えば、フレキシブルケーブル等の外部配線と上部電極１０９とを直接接続するようにしている。また、下部電極１０２は基本的に開口１０５に対向する領域内に設けられる。下部電極１０２は圧電体非能動部１１１とは反対側の端部から開口１０５の周壁上まで延設されて各圧電素子１０４の共通電極となっている。これ以外は、第３の実施形態と同様である。
【０１３５】
このような構成によっても、勿論、第３の実施形態と同様の効果が得られる。また、下部電極１０２と上部電極１０９とを、開口１０５の長手方向端部から反対方向に周壁上まで延設するようにした。この構造にすることで下部電極１０２と上部電極１０９とを短絡させることなく容易に配線を引出すことができる。
【０１３６】
また、本変形例のように、圧電体膜１０７を開口１０５から周壁上まで連続的に形成する場合には、圧電体膜１０７の結晶組織が下部電極１０２上と弾性膜１０８上とで同じであることが好ましい。そのため、圧電体膜１０７を以下のように形成するのが好ましい。
【０１３７】
すなわち、図２８（ａ）に示すように、圧電体膜１０７の成膜の前に、下部電極１０２及び弾性膜１０８上にチタンまたは酸化チタンからなる結晶種１１８をスパッタ法により島状に形成する。その後、図２８（ｂ）に示すように、未結晶で圧電体前駆体層１２１を成膜する。その後、図２８（ｃ）に示すように、焼成することにより圧電体前駆体層１２１を結晶化させて圧電体膜１０７とする。
【０１３８】
また、このように結晶種１１８を形成する方法を用いる場合、弾性膜１０８は、圧電体膜１０７との密着性の良好な材料、例えば、圧電体膜１０７の構成元素から選択される少なくとも一種の元素の酸化物または窒化物、例えば、酸化ジルコニウム等で形成されることが好ましい。
【０１３９】
ここで、白金等の下部電極１０２上に圧電体膜１０７を形成する場合に結晶種を形成して結晶を略一方向に配向させる技術は、先に出願している。しかしながら、本変形例のように、下部電極１０２をパターニングした後、圧電体膜１０７を成膜するという特殊な構造においては、下部電極１０２上に予め結晶種が形成されていても、弾性膜１０８上では、異なる結晶構造となり、クラックが発生しやすいという問題が発生した。そこで、本変形例では、弾性膜１０８上にも結晶種１１８を形成することにより、下部電極１０２及び弾性膜１０８上で圧電体膜１０７の結晶構造を略同じとし、これによりクラックの発生及び異常な応力の発生を防止する。尚、弾性膜１０８上の結晶種は、下部電極１０２をパターニングした後、同時に形成してもよく、または、下部電極１０２上の結晶種を形成し、さらにパターニングした後、弾性膜１０８上だけ別途行ってもよい。また、別途行う場合には、結晶種は島状でなく膜状に形成してもよい。
【０１４０】
（変形例５）
図２９は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。本変形例は、図２９に示すように、圧電体能動部１０６の略中央部から開口１０５の幅方向の周壁に対向する領域に圧電体非能動部１１１を設けるようにした以外は、本実施形態と同様である。
【０１４１】
このような構成とすることにより、本実施形態と同様の効果の他、圧電体能動部１０６と圧電体非能動部１１１との連結部分近傍での圧電体膜１０７への電流の集中を抑えることができ、圧電体膜１０７等の破壊を防止することができる。
【０１４２】
（変形例６）
図３０は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。本変形例は、図３０に示すように、圧電体非能動部１１１の圧電体能動部１０６側に幅狭部１２２を形成するようにした以外は、変形例４と同様である。幅狭部１２２の幅は、開口１０５の長手方向端部に対向する領域に位置する圧電体能動部１０６の幅よりも幅狭になっている。幅狭部１２２では上部電極１０９及び圧電体膜１０７が幅狭になっている。
【０１４３】
このような構成では、開口１０５の端部では幅狭部１２２の周囲では上部電極１０９及び圧電体膜１０７がないので弾性膜１０８は変位し易くなっている。このため、この端部での圧電体能動部１０６の駆動による弾性膜１０８の変位量を向上することができる。
【０１４４】
尚、本変形例では、圧電体非能動部１１１となっている上部電極１０９及び圧電体膜１０７を幅狭に形成したが、これに限定されず、例えば、上部電極１０９のみを幅狭に形成するようにしてもよい。
【０１４５】
（変形例７）
図３１（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。図３１（ｂ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図である。本変形例では、図３１に示すように、開口１０５の端部近傍には下部電極１０２の一部が突出した幅狭部１２３が形成されている。圧電体能動部１０６の圧電体非能動部１１１との境界部分の下部電極１０２は開口１０５の幅方向の両側が除去されている。これにより下部電極１０２の一部は他の部分よりも幅の狭い幅狭部１２３となっている。また、この幅狭部１２３は開口１０５に対向する領域内で圧電体膜１０７の幅よりも狭く形成されており、その幅方向両端面が圧電体膜１０７によって覆われている以外は、第３の実施形態と同様である。
【０１４６】
このような構成とすることにより、開口１０５の下部電極１０２の端部近傍で、すなわち、圧電体能動部１０６の端部で上部電極１０９と下部電極１０２の側面とが確実に絶縁され、これらの間に放電が起こることが無い。したがって、圧電体膜１０７の絶縁破壊等を防止することができる。
【０１４７】
（変形例８）
図３２（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。図３２（ｂ）及び（ｃ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図である。本変形例では、図３２（ａ）及び図３２（ｂ）に示すように、下部電極１０２の幅狭部１２３が、開口１０５に対向する領域内に形成されており、幅狭部１２３は圧電体膜１０７の幅よりも広い幅で形成されている。そして、圧電体膜１０７及び上部電極１０９が幅狭部１２３上を介して周壁上まで延設されて圧電体非能動部１１１となっている以外は、変形例７と同様である。
【０１４８】
ここで、一般的に、パッシェン曲線と呼ばれるグラフで示されるように、電極間の距離が一定値以下であれば、これらの間に放電が起こらないことがわかっている。例えば、本変形例では、幅狭部１２３の幅方向端面と上部電極１０９の幅方向端面との距離が、およそ１０μｍ以下であればよく、本変形例では、これらの距離が約７μｍとなるようにした。
【０１４９】
したがって、このような構成としても、変形例７と同様に、開口１０５の長手方向端部での上部電極１０９と下部電極１０２との間の放電が防止され、圧電体膜１０７の絶縁破壊が抑えられる。
【０１５０】
尚、本変形例では、幅狭部１２３を開口１０５に対向する領域内に設けるようにしたが、これに限定されない。幅狭部１２３の幅方向端面と上部電極１０９の幅方向端面との距離は上部電極１０９と下部電極１０２との間に放電が起こらない距離であればよい。例えば、図３２（ｃ）に示すように、幅狭部１２３を、開口１０５の幅方向周壁上まで延設するようにしてもよい。
【０１５１】
（変形例９）
図３３は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。本変形例は、図３３に示すように、下部電極１０２の幅狭部１２３の形状を先端側ほど幅が漸小する略台形形状とした。且つ、少なくとも幅狭部１２３の先端部分が開口１０５に対向する領域内で圧電体膜１０７に覆われるようにした以外は、変形例８と同様である。
【０１５２】
これにより、下部電極１０２の端部では圧電体膜１０７が薄くなり易くなる。これにより、電界の集中が起こり易いため圧電体膜１０７の絶縁破壊等が特に起こり易くなる。そして、幅狭部１２３の先端部分が圧電体膜１０７によって覆われて下部電極１０２と上部電極１０９とが絶縁される。このため、これらの間に放電が起こることが無くなり圧電体膜１０７の絶縁破壊等を防止することができる。
【０１５３】
（変形例１０）
図３４（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。図３４（ｂ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図である。本変形例では、図３４に示すように、圧電体膜１０７及び上部電極１０９が、圧電体能動部１０６よりも狭い幅で開口１０５の長手方向一端部から周壁に対向する領域まで連続的に延設され圧電体非能動部１１１となっている。開口１０５の端部近傍で上部電極１０９と外部配線とが接続されている。一方、下部電極１０２は、基本的には、各開口１０５に対向する領域を覆って形成されている。しかし、圧電体膜１０７及び上部電極１０９が延設される領域、すなわち圧電体非能動部１１１が延設される領域は、開口１０５の幅よりも狭い幅で下部電極１０２が除去された下電極膜除去部１１５となっている。これ以外は第３の実施形態と同様である。
【０１５４】
ここで、圧電体膜１０７及び上部電極１０９が開口１０５の端部から周壁上に延設される部分と下電極膜除去部１１５では、上部電極１０９の縁部が下部電極１０２上から下電極膜除去部１１５上へ交差する第１方向１０９ａと、上部電極１０９が周壁上に延設される第２方向１０９ｂとが一致しないようにするのが好ましい。すなわち、上部電極１０９が下部電極１０２を横切る部分に流れる電流の向きと、延設された上部電極１０９に流れる電流の向きとの角度が大きくなるようにするのが好ましく、例えば、本変形例では、これら部分に流れる電流の向きの角度が約９０°となっている。
【０１５５】
このように、本変形例では、圧電体能動部１０６の圧電体膜１０７及び上部電極１０９が周壁上まで延設される部分の下部電極１０２を除去して下電極膜除去部１１５としている。さらに、それ以外の開口１０５に対向する領域を下部電極１０２で覆うようにした。これにより、圧電体能動部１０６を構成する上部電極１０９の周囲には、下部電極１０２の端部がなく放電が起こり難い。また、圧電体膜１０７及び上部電極１０９の延設部分では、上部電極１０９が下部電極１０２を横切る部分に流れる電流の向きと、延設された上部電極１０９に流れる電流の向きが一致しないようにしたので、延設された上部電極１０９から圧電体能動部１０６に流れ込む電流が下部電極１０２との交差部分で広がって分散される。このため、電界集中等による圧電体膜１０７の絶縁破壊を防止することができ、素子チップの耐久性及び信頼性を向上することができる。
【０１５６】
図３５は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。また、図３５に示すように、圧電体能動部１０６と圧電体非能動部１１１との境界部分の上部電極１０９上に、圧電体能動部１０６の変位を抑制する変位抑制層１２４を設けるようにしてもよい。これにより、圧電体能動部１０６の端部での振動を抑えることができる。さらに、圧電体能動部１０６の駆動による弾性膜１０８のクラックの発生等を防止することができる。また、この変位抑制層１２４は、例えば、上述したリード電極１１０と同一の材料等により、容易に形成することができる。
【０１５７】
尚、本変形例では、圧電体膜１０７及び上部電極１０９に対応する領域の下部電極１０２を略矩形に除去して下電極膜除去部１１５としたが、これに限定されない。図３６（ａ）及び図３６（ｂ）は圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。例えば、図３６（ａ）に示すように、開口１０５に対向する領域に、略円形形状または略楕円形状の下電極膜除去部１１５を設けるようにしてもよい。また、この場合、圧電体能動部１０６よりも細い幅で延設される圧電体膜１０７及び上部電極１０９の基端部分を、さらに圧電体能動部１０６の内側まで除去するようしてもよい。これにより、上部電極１０９が下部電極１０２を横切る部分に流れる電流の向きと、延設された上部電極１０９に流れる電流の向きとの角度が大きくなる、すなわち、延設された上部電極１０９から圧電体能動部１０６に流れ込む電流の広がる方向が大きくなり、上部電極１０９と下部電極１０２との間に印加される電界がさらに分散される。
【０１５８】
また、例えば、図３６（ｂ）に示すように下電極膜除去部１１５の形状を略半円形状とすると共に、圧電体能動部１０６の長手方向端部の幅を漸次減少するようにした。さらに、下電極膜除去部１１５の円弧部分で下部電極１０２と上部電極１０９とが交差するようにしてもよい。これのような構成によっても、上部電極１０９が下部電極１０２を横切る部分に流れる電流の向きと、延設された上部電極１０９に流れる電流の向きとの角度が大きくなる。したがって、上述と同様に、下部電極１０２と上部電極１０９との間に印加される電界が分散される。
【０１５９】
このように、下電極膜除去部１１５と、圧電体膜１０７及び上部電極１０９の延設部分との形状は特に限定されないが、上部電極１０９の延設された部分に流れる電流の向きと、下部電極１０２を横切る部分に流れる電流の向きとの角度が５°〜１８０°となるようにするのが好ましい。
【０１６０】
（変形例１１）
図３７は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。本変形例では、図３７に示すように、下部電極１０２が開口１０５の幅方向両側の周壁上の長手方向略中央部で除去されて下電極膜除去部１１５となっている。圧電体膜１０７及び上部電極１０９が、圧電体能動部１０６の長手方向略中央部から下電極膜除去部１１５上を介して周壁上まで延設されて圧電体非能動部１１１となっている。また、周壁上に延設された上部電極１０９がリード電極１１０を介して外部配線と接続されている。これ以外は、変形例１０と同様である。
【０１６１】
このように、圧電体膜１０７及び上部電極１０９を開口１０５の幅方向中央部から延設することにより、圧電体能動部１０６の駆動ロスが抑えられ、弾性膜１０８の振動の立ち上がりを早くすることができる。また、勿論、変形例１０と同様の効果も得ることができる。
【０１６２】
（変形例１２）
図３８は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。本変形例は、図３８に示すように、圧電体能動部１０６の圧電体膜１０７及び上部電極１０９が開口１０５の幅方向両側から周壁上まで延設されている圧電体非能動部１１１となっている以外は、変形例１１と同様である。
【０１６３】
このような構成によっても、変形例１１と同様の効果が得られる。また、開口１０５の両側から圧電体膜１０７及び上部電極１０９を周壁上に延設するようにしたので、圧電体能動部１０６の駆動ロスをさらに抑えることができ、弾性膜１０８の振動特性を向上させることができる。
【０１６４】
（変形例１３）
図３９（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。図３９（ｂ）及び（ｃ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図である。本変形例は、図３９に示すように、開口１０５の隔壁上に、下部電極１０２と同一層で構成される残留部１２５を設けた例である。本変形例では、残留部１２５が圧電体能動部１０６の下部電極１０２と連続的に開口１０５の長手方向に亘って設けられている。すなわち、開口１０５の幅方向両側の隔壁との境界に対向する領域に下部電極１０２を除去した下電極膜除去部１１５が設けられている。これにより、隔壁と対向する領域に残留部１２５が形成されている以外は、第３の実施形態と同様の構成である。
【０１６５】
ここで、下部電極１０２の幅方向の端部側面と残留部１２５の幅方向の端部側面との間隔ｈ1、及び圧電体膜１０７の長手方向端部の側面と周壁上に延設された下部電極１０２が幅広となるまでの間隔ｈ2は、それぞれ、圧電体膜１０７の膜厚より長く、且つ下部電極１０２の幅よりも狭いことが好ましい。
【０１６６】
また、残留部１２５の幅は、隔壁の幅の５０％以上であることが好ましく、さらに好ましくは、８０％以上である。さらには、並設された複数の開口１０５及びその幅方向両側の隔壁に対向する領域の少なくとも５０％以上の領域に下部電極１０２または残留部１２５が形成されていることが好ましい。
【０１６７】
尚、本変形例では、開口１０５の圧電体膜１０７及び上部電極１０９が延設される側の端部近傍は、下部電極１０２が開口１０５の並設方向に亘って細溝状に除去された下電極膜除去部１１５となっている。そして、開口１０５の周壁上の下電極膜は圧電体能動部１０６を構成する下部電極１０２とは不連続な不連続下電極膜１１４となっている。そして、この不連続下電極膜１１４上に、圧電体膜１０７及び上部電極１０９が延設されて圧電体非能動部１１１となっており、図示しないがその端部近傍で上部電極１０９と外部配線とが接続されている。
【０１６８】
このような構成においても、第３の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本変形例では、開口１０５の幅方向両側の隔壁に対向する領域に残留部１２５を、好ましくは上述した条件下で設けるようにした。これにより、下部電極１０２が除去される領域が非常に少なくなる。従って、パターニングされた下部電極１０２上に圧電体膜１０７を成膜しても、圧電体膜１０７の膜厚が全体的に略均一となり局部的に圧電体膜１０７の膜厚が薄くなることがない。
【０１６９】
また、圧電体膜１０７の長手方向端部の側面と周壁上に延設された下部電極１０２が幅広となる間での距離ｈ2を比較的狭くしているため、開口１０５の長手方向端部近傍でも圧電体膜１０７の膜厚が均一となる。これにより、開口１０５の下部電極１０２を引き出す側の端部近傍の圧電体膜１０７をイオンミリング等の選択性のないエッチング方法でエッチングする場合にも、圧電体膜１０７の下側の下部電極１０２が一緒に除去されて膜厚が薄くなることがない。したがって、開口１０５の端部近傍の下部電極１０２の剛性が低下することがなく耐久性が向上する。また、このような効果は、圧電体膜１０７をゾル−ゲル法等のスピンコート法で形成した場合に特に顕著であり、その他に、例えば、ＭＯＤ法（有機金属熱塗布分解法）等で形成するようにしてもよい。
【０１７０】
（変形例１４）
図４０は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。本変形例では、図４０に示すように、開口１０５の幅方向の隔壁上に設けられる残留部１２５が、圧電体能動部１０６を構成する下部電極１０２ではなく、不連続下電極膜１１４と連続的に設けられている以外、変形例１３と同様である。
【０１７１】
このような構成によっても、圧電体膜１０７の膜厚が薄くなることがなく、変形例１３と同様の効果を得ることができる。
【０１７２】
（変形例１５）
図４１（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。図４１（ｂ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図である。図４１に示すように、本変形例では、圧電体能動部１０６と圧電体非能動部１１１との境界となる下部電極１０２の端部において圧電体能動部１０６から配線用下電極膜１０３に向かって下部電極１０２の膜厚が漸小する膜厚漸小部１２６を設けるようにした以外は、第３の実施形態と同様である。また、この膜厚漸小部１２６の形状は、特に限定されないが、例えば、本変形例では、下部電極１０２の膜厚が連続的に漸小する傾斜面となっている。
【０１７３】
このように、本変形例では、圧電体能動部１０６の端部となる下部電極１０２の端部に、圧電体能動部１０６の外側に向かって膜厚が漸小する膜厚漸小部１２６を設けるようにした。これにより、圧電体膜１０７は、膜厚漸小部１２６を含む下部電極１０２上にその形状に沿って形成され、全体の膜厚が略均一となる。すなわち、下部電極１０２の端部での圧電体膜１０７の膜厚が薄くなることがなく、圧電体能動部１０６の端部近傍での圧電体膜１０７の電界集中等による絶縁破壊を抑制することができる。
【０１７４】
尚、本変形例では、膜厚漸小部１２６を膜厚が連続的に漸小する傾斜面とするようにしたが、これに限定されない。図４２（ａ）及び（ｂ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図である。例えば、図４２（ａ）に示すように、膜厚漸小部１２６ａを、膜厚が間欠的に漸小して断面が略階段状とするようにしてもよい。このような膜厚漸小部１２６ａの形成方法も、特に限定されず、例えば、下部電極１０２上に、レジストを複数回塗布して下部電極１０２の膜厚漸小部１２６ａとなる領域に膜厚漸小部１２６ａと略同一の階段状のレジスト膜を形成後、下部電極１０２をパターニングすることにより形成することができる。
【０１７５】
また、例えば、図４２（ｂ）に示すように、断面が傾斜曲面で構成される膜厚漸小部１２６ｂとしてもよい。このような膜厚漸小部１２６ｂの形成方法も特に限定されず、例えば、弾性膜１０８上の下部電極１０２を形成しない領域及び膜厚漸小部１２６ｂとなる領域をマスクで覆い、いわゆるマスク蒸着によって下部電極１０２を成膜することにより形成される。すなわち、下部電極１０２が、マスクで覆った領域の一部にも、マスクの隙間から回り込んで形成され断面が傾斜曲面の膜厚漸小部１２６ｂとなる。また、勿論上述のように、下部電極１０２上に膜厚漸小部１２６ｂと略同一形状のレジスト膜を形成後、下部電極１０２をパターニングすることにより形成することができる。
【０１７６】
（変形例１６）
図４３（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。図４３（ｂ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図である。
【０１７７】
本変形例は、下部電極１０２の長手方向外側に絶縁材料からなる絶縁膜１２７を設けた例である。すなわち、本変形例では、図４３に示すように、開口１０５に対向する領域の弾性膜１０８上に下部電極１０２、圧電体膜１０７及び上部電極１０９からなる圧電体能動部１０６が形成されている。この圧電体能動部１０６と圧電体非能動部１１１の境界となる場所の下部電極１０２の端部の外側に、例えば、下部電極１０２の膜厚と略同一の膜厚を有する絶縁膜１２７を形成した。この絶縁膜１２７の材料は、特に限定されず、例えば、弾性膜１０８とは異なる絶縁材料であってもよい。
【０１７８】
また、本変形例では、下部電極１０２をパターニング後、その長手方向一端部外側に絶縁膜１２７を形成した。その上に、圧電体膜１０７及び上部電極１０９を成膜及びパターニングして圧電体能動部１０６及び圧電体非能動部１１１を形成した。これにより、下部電極１０２の端部で圧電体膜１０７の膜厚が薄くなることがなく、この部分での圧電体膜１０７の電界集中等による絶縁破壊を防止することができる。また、このような構成においても、勿論、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１７９】
（変形例１７）
図４４（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。図４４（ｂ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図である。本変形例は、図４４に示すように、圧電体能動部１０６と圧電体非能動部１１１との境界部分である下部電極１０２の端部の外側に絶縁膜１２７の代わりに厚膜部１０８ａを設けるようにした以外は、変形例１６と同様である。厚膜部１０８ａは弾性膜１０８の膜厚が他の部分よりも厚く、例えば、本変形例では、下部電極１０２の膜厚分よりも厚く形成されている。
【０１８０】
また、本変形例では、弾性膜１０８をパターニングして所定位置に厚膜部１０８ａを形成後、圧電体膜１０７及び上部電極１０９を成膜及びパターニングして圧電体能動部１０６及び圧電体非能動部１１１を形成するようにした。これにより、下部電極１０２の端部に対応する領域の圧電体膜１０７の膜厚が他の部分より薄くなることがなく、この部分での圧電体膜１０７の電界集中等による絶縁破壊を形成することができる。また、このような構成においても、第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１８１】
（変形例１８）
図４５（ａ）は、圧電素子の構造を示す要部模式平面図である。図４５（ｂ）は、圧電素子の構造を示す要部模式側断面図である。本変形例は、図４５に示すように、下部電極１０２の端部よりも内側に上部電極１０９の端部を形成した例である。この上部電極１０９の端部が圧電体能動部１０６の端部となっている。また、例えば、本変形例では、圧電体膜１０７の端部は下部電極１０２の端部と略同一位置であり上部電極１０９の端部よりも外側に突出した下部電極１０２上にも圧電体膜１０７は形成されており、この部分が実質的に駆動されない圧電体非能動部１１１となっている。
【０１８２】
尚、本変形例では、下部電極１０２と配線用下電極膜１０３との間の下部電極１０２が除去された下電極膜除去部１１５には、本変形例では、圧電体膜１０７が除去されずに残留されている。下電極膜除去部１１５の圧電体膜１０７が絶縁膜として機能するので下部電極１０２とリード電極１１０とが絶縁される。
【０１８３】
このように本変形例では、圧電体能動部１０６のリード電極１１０の引き出し側の端部外側に、例えば、上部電極１０９を除去することにより、連続的に圧電体非能動部１１１を設けるようにした。これにより、圧電体能動部１０６の端部である上部電極１０９の端部と下部電極１０２の端部との距離を大きくすることができる。このため、圧電体能動部１０６への電圧印加によっても、圧電体能動部１０６の端部での電界強度が大きくなることがなく、圧電体膜１０７の絶縁破壊等を防止することができる。また、圧電体能動部１０６の圧電体膜１０７の厚さが均一となるため圧電特性が向上する。尚、このような構成によっても、第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１８４】
（変形例１９）
第１の実施形態では、ＰＺＴの膜をパターニング後、酸素雰囲気中７００℃にて加熱処理を行って圧電体膜２６を形成した。これに限らず次の工程で行っても良い。加熱処理を行って圧電体膜２６を形成する。このとき、酸素雰囲気且つ、水１００％の雰囲気下で、６００℃〜７００℃の温度下、かつ、２００気圧以下の圧力下で処理する。この加熱工程は非晶質状の薄膜を加熱し結晶化させる工程で行っても良く、またはこの加熱工程の後に熱処理工程を設けてこの熱処理工程で行っても良い。この条件で熱処理を行うとＰＺＴの膜中の酸素量を増加させることができる。加熱温度が７００℃を越えるとＰＺＴの膜中からＰｂが欠落する。また、気圧が２００気圧を越えるとき強誘電体特有のヒステリシス曲線が観測されなくなる。このためＰＺＴの膜の性能が低下する。よって、結晶化したＰＺＴや、ＰＺＴ系のセラミックス薄膜に対し、水を含んだ雰囲気で熱処理を行う場合、雰囲気水１００％であること、雰囲気の圧力が２００気圧以下であること、温度が７００℃ 以下であることが望ましい。
【０１８５】
本変形例は、ゾルゲル法成膜のＰＺＴ薄膜における、結晶成長させた後に水を含んだ雰囲気で熱処理を行う場合でも良く、もちろん結晶成長させる時に水を含んだ雰囲気で熱処理を行っても良い。また、薄膜材料もジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：ＰＺＴ）に限らず、その他のセラミックス材料、例えば、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＺｒＯ3）、ジルコニウム酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：ＰＬＺＴ）、マグネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：ＰＭＮ−ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム、ニオブ酸リチウム、ジルコニア、Ｙ−１、ＩＴＯ等に本発明を適用してもよい。また、成膜方法もゾルゲル法の他に、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌｌｏ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、蒸着法で非晶質の薄膜を形成してもよい。
【０１８６】
（他の変形例）
以上、実施形態及び変形例を説明したが、超音波トランスデューサー素子チップの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
【０１８７】
例えば、第３の実施形態では、下部電極１０２の端部を圧電体能動部１０６の端部とし、その上の圧電体膜１０７及び上部電極１０９をそれより外側まで延設して圧電体非能動部１１１を設け、圧電体能動部１０６の端部の破壊を防止しているが、他端部では、開口１０５内で圧電体膜１０７及び上部電極１０９をパターニングすることにより圧電体能動部１０６の端部となっている。このような端部は圧電体膜１０７及び上部電極１０９の剥がれ等が生じる可能性がある。例えば、端部を接着剤等により固定したり、あるいは圧電素子１０４の圧電体膜１０７とは不連続の不連続圧電体膜等で覆うことにより圧電体能動部１０６の端部を保護して、耐久性を向上するようにしてもよい。
【０１８８】
勿論、以上説明した各実施形態及び変形例は、適宜組み合わせて実施することにより、より一層の効果を奏するものであることは言うまでもない。
【０１８９】
また、以上説明した各実施形態及び変形例は、成膜及びリソグラフィプロセスを応用することにより製造できる薄膜型の超音波トランスデューサー素子チップを例にした。勿論これに限定されるものではない。例えば、基板を積層して開口４５を形成するもの。あるいはグリーンシートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体膜を形成するもの。または、水熱法等の結晶成長により圧電体膜を形成するもの等、各種の製造方法の構造を超音波トランスデューサー素子チップに採用することができる。
【０１９０】
このように、本実施形態は、その趣旨に反しない限り、種々の構造の超音波トランスデューサー素子チップに応用することができる。
【符号の説明】
【０１９１】
１６…筐体、１７…超音波トランスデューサー素子チップとしての素子チップ、２４…金属膜としての下部電極、２４ｂ…密着膜、２６…圧電薄膜としての圧電体膜、４３…振動膜。
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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