JP4038753B2

JP4038753B2 - 強誘電体薄膜素子の製造方法

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Publication number: JP4038753B2
Application number: JP2000221213A
Authority: JP
Inventors: 正己村井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: JP2002043642A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は強誘電体薄膜素子に関し、特に、ゾルゲル法を用いた製造方法およびこれにより得られた強誘電体薄膜素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジルコン酸チタン酸鉛に代表される強誘電性薄膜は、自発分極、高誘電率、電気光学効果、圧電効果、及び焦電効果等の機能を有し、広範なデバイス開発に応用されている。
【０００３】
強誘電体薄膜は、それを構成する結晶の配向性によって特性が変わるため、強誘電体薄膜を成膜する際には結晶配向の制御が必要である。
【０００４】
強誘電体薄膜の成膜方法としては、スパッタリング法、ゾルゲル法、ＣＶＤ法、レーザアブレーション法などがあるが、これらのうち、ゾルの塗布、乾燥、焼成という一連の工程により成膜するゾルゲル法は、結晶配向の制御性に優れていることが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ゾルゲル法により強誘電体薄膜を成膜する際には、結晶を成長させ所望の配向を得るために焼成温度を高くする必要がある一方で、焼成温度を高くすると、ジルコン酸チタン酸鉛の鉛原子が下部電極のほうへ拡散するとともに、下部電極が酸化されてしまい、強誘電体薄膜素子としての所望の特性を得ることができないという問題がある。
【０００６】
これは、鉛原子の下部電極への拡散および下部電極の酸化によって、強誘電体薄膜と下部電極との密着力が低下するとともに、下部電極が劣化して機械的強度が低下することに起因するものと考えられる。
【０００７】
強誘電体薄膜の配向性の改善について、特開平６−５９４８号公報には、ゾルゲル法により複数回の成膜工程を経て強誘電体薄膜を形成するにあたり、当該複数回の成膜工程のうち初期の成膜工程では下地部材の結晶配向性を受継ぐことのできるような高温で焼成し、後期の成膜工程では低温で焼成する旨が記載されている。
【０００８】
しかし、この方法においても、初期の成膜工程において高温で焼成するために、依然として、ジルコン酸チタン酸鉛の鉛原子が下部電極のほうへ拡散し、また、下部電極が酸化されてしまい、強誘電体薄膜素子の駆動中に下部電極が割れてしまうという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、強誘電体薄膜の配向性を適切に制御しつつ、鉛原子の下部電極への拡散および下部電極の酸化を防止して、特性の優れた強誘電体薄膜素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また、この強誘電体薄膜素子をインク吐出駆動源とするインクジェット記録ヘッドおよびこれを用いたインクジェットプリンタを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は鋭意研究の結果、強誘電体薄膜のうち上部電極側の部分の圧電特性が良好であれば、優れた強誘電体薄膜素子が得られることを見出し、本発明をなすに至った。さらには、強誘電体薄膜のうち下部電極側の部分については、下地である種Ｔｉ膜を核として結晶成長させることにより、比較的低い焼成温度によっても結晶を所望に配向させ得ることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１２】
本発明に係る強誘電体薄膜素子は、上部電極および下部電極を備え、この間に強誘電体薄膜を備えてなる強誘電体薄膜素子であって、前記強誘電体薄膜は、複数の層が積層されてなり、当該複数の層において、上部電極側の層の結晶粒の平均粒径のほうが、下部電極側の層の結晶粒の平均粒径よりも小さいことを特徴とする。結晶粒の平均粒径を上部電極側と下部電極側とで変化させかつ上部電極側を小さくすることにより、圧電特性を低下させることなく、鉛原子の拡散および酸化を防止した優れた強誘電体薄膜素子を得ることができる。
【００１３】
上部電極側の層の結晶粒の平均粒径が小さいということは、上部電極側の層の緻密度のほうが、下部電極側の層の緻密度よりも高いということである。上部電極側の層における緻密度が高いことにより、優れた強誘電体薄膜素子を得ることができる。さらに、強誘電体薄膜は、ペロブスカイト結晶構造を有しており、これは単位格子が単純立方格子から多少ゆがんだ結晶構造である。上部電極側の層の結晶粒の緻密度が高いということは、上部電極側の層の格子定数ａのほうが下部電極側の層の格子定数ａよりも小さいといえる。上部電極側の層における格子定数ａが小さいことにより、優れた強誘電体薄膜素子を得ることができる。
【００１４】
また、本発明に係る強誘電体薄膜素子は、上部電極側の層の厚みのほうが、下部電極側の層の厚みよりも大きいことが好ましい。これにより、圧電特性を低下させることなく、鉛原子の拡散および酸化を防止した優れた強誘電体薄膜素子を得ることができる。
【００１５】
本発明においては上部電極側の層の厚みのほうが、下部電極側の層の厚みよりも大きいことが好ましい。
【００１６】
本発明においては、下部電極と強誘電体薄膜との間に、種Ｔｉ膜が形成されていることが好ましい。
【００１７】
本発明においては、下部電極側の層が２成分系の強誘電体材料からなり、上部電極側の層が３成分系の強誘電体材料からなることが好ましい。
【００１８】
本発明においては、下部電極がイリジウムを含んでいることが好ましい。
【００１９】
また、本発明においては、強誘電体薄膜の膜厚が０．８ｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明によるインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出させるための圧電アクチュエータとして、上記強誘電体薄膜素子を備えてなる。
【００２１】
本発明によるインクジェットプリンタは、上記インクジェット記録ヘッドを印字手段として備えてなる。
【００２２】
本発明に係る強誘電体薄膜素子の製造方法は、下部電極の上にゾルを塗布した後に焼成する成膜工程を複数回行って強誘電体薄膜を形成した後、上部電極を形成する方法であって、下部電極側の層の成膜工程における焼成温度のほうが、上部電極側の層の成膜工程における焼成温度よりも低いことを特徴とする。下地である種Ｔｉ膜を核として、下部電極側の部分を結晶成長させることにより、比較的低い焼成温度によっても結晶を所望に配向させることができるので、高温に焼成することによる下部電極への鉛原子の拡散および下部電極の酸化を防止することができる。また、上部電極側の部分については、比較的高温にて焼成することにより、十分に結晶化をさせ所望に配向させ、優れた圧電特性を得ることができる。
【００２３】
本発明においては、下部電極側の層の成膜工程における焼成温度と、上部電極側の層の成膜工程における焼成温度との差が、１００℃以上２００℃以下であることが好ましい。両者の焼成温度の差が１００℃未満では、十分に結晶化することができないか、あるいは下部電極への鉛原子の拡散および下部電極の酸化による特性劣化が生じてしまう。一方、両者の焼成温度の差が２００℃より大きいと、下部電極側の層が十分に結晶化されず良好な特性が得られないという問題がある。
【００２４】
本発明においては、最も下部電極側の層の成膜工程において、焼成を５５０℃以上７５０℃以下の温度範囲で行うことが好ましい。５５０℃未満では、下部電極側の層の結晶化が十分図られず、一方、７５０℃より大きいと下部電極への鉛原子の拡散および下部電極の酸化による特性劣化が生じてしまう。
【００２５】
上記強誘電体薄膜は、ゾルの塗布、乾燥、脱脂、比較的低温での焼成を３回繰り返して３層からなる初期層を形成した後、ゾルの塗布、乾燥、脱脂、比較的高温での焼成を３回以上繰り返して３層以上からなる後期層を形成して、合計６層以上とすることが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
（インクジェットプリンタの全体構成）
図１に、インクジェットプリンタの斜視図を示す。プリンタには、本体２に、トレイ３、排出口４および操作ボタン９が設けられている。
【００２８】
本体２はプリンタの筐体であって、用紙５をトレイ３から供給可能な位置に給紙機構６を備え、用紙５に印字できるようにインクジェット記録ヘッド１が配置されている。また、本体２の内部には制御回路８が設けられている。
【００２９】
トレイ３は、印字前の用紙５を供給機構６に供給可能に構成され、排出口４は、印刷が終了した用紙５を排出する出口である。
【００３０】
インクジェット記録ヘッド１は、本発明に係る強誘電体薄膜素子を備えており、制御回路８から出力される信号Ｓｄに対応して、ノズルからインクを吐出可能に構成されている。
【００３１】
給紙機構６は、モータ６００、ローラ６０１、６０２を備えている。モータ６００は制御回路８から出力される信号Ｓｈに対応して回転し、この回転力がローラ６０１、６０２に伝達され、ローラ６０１、６０２の回転によってトレイ３にセットされた用紙５を引き込み、ヘッド１によって印字可能に供給するようになっている。
【００３２】
制御回路８は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース回路などを備えている。制御回路８は、図示しないコネクタを介してコンピュータから供給される印字情報に対応させて、信号を給紙機構６やヘッド１の駆動機構に出力する。
【００３３】
（インクジェット記録ヘッドの構成）
図２に、本発明に係る強誘電体薄膜素子の分解斜視図を示す。
【００３４】
ヘッドは、ノズル板１０、圧力室基板２０、振動板３０、下部電極４２、強誘電体薄膜４３および上部電極４４から構成される。
【００３５】
圧力室基板２０は、圧力室２１、側壁２２、リザーバ２３および供給口２４を備えている。圧力室２１は、シリコン等の基板をエッチングすることによりインクなどを吐出するために貯蔵する空間として形成されたものである。側壁２２は、圧力室２１を仕切るよう形成されている。リザーバ２３は、インクを共通して各圧力室２１に充たすための流路となっている。供給口２４は、リザーバ２３から各圧力室２１へインクを導入できるように形成されている。
【００３６】
ノズル板１０は、圧力室基板２０に設けられた圧力室２１の各々に対応する位置にそのノズル穴１１が配置されるよう、圧力室基板２０の一方の面に貼りあわせられている。
【００３７】
圧力室２１およびノズル穴１１は、一定のピッチで連設されて構成されている。このノズル間のピッチは、印刷精度に応じて適時設計変更が可能であり、例えば４００ｄｐｉ（dot per inch）となるように配置される。
【００３８】
振動板３０の上には、各圧力室２１に対応する位置に、下部電極４２、強誘電体薄膜４３および上部電極４４が設けられており、これらは圧電アクチュエータとして機能する。振動板３０には、インクタンク口３５が設けられて、図示しないインクタンクに貯蔵されているインクを圧力室基板２０内部に供給可能になっている。
【００３９】
（層構成）
図３に、強誘電体薄膜素子の断面図を示す。図３に示すように、強誘電体薄膜素子１００は、ノズル板１０を備えた圧力室基板２０の上に振動板３０が積層され、この上に下部電極４２、種Ｔｉ膜４５、強誘電体薄膜４３、上部電極４４が順次積層されて構成されている。
【００４０】
圧力室基板２０としては、厚さ２２０μｍ程度のシリコン単結晶基板が好ましい。
【００４１】
振動板３０は、二酸化ケイ素膜、酸化ジルコニウム膜、酸化タンタル膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜などか好適である。特に、圧力室基板２０の上に形成される二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなるＳｉＯ_２膜３１と、当該ＳｉＯ_２膜３１の上に形成される酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなるＺｒＯ_２膜３２との積層からなることが好ましい。
【００４２】
下部電極４２は、イリジウムの単層膜で構成されるか、または、振動板３０側からイリジウム層／白金層、白金層／イリジウム層、イリジウム層／白金層／イリジウム層といった積層構造を有していることが好ましい。または、イリジウムと白金の合金からなる膜としてもよい。
【００４３】
下部電極４２の上には、種Ｔｉ膜４５を形成する。種Ｔｉ膜４５を形成することにより、その上に成膜される強誘電体薄膜４３の配向を制御することができる。種Ｔｉ膜４５の膜厚は、好ましくは３ｎｍ〜１０ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍである。この種Ｔｉ膜は一様の厚みで形成するほかに、島状となっていてもよい。
【００４４】
振動板３０と下部電極４２との間には、両者間の密着力を向上させるために、極薄のチタン薄膜やクロム薄膜等の適当なバッファ層を介在させてもよい。チタン薄膜の膜厚としては、１０ｎｍ以上２０ｎｍ未満が好適である。
【００４５】
強誘電体薄膜４３は、下部電極側の初期層４３１と、上部電極側の後期層４３２との積層からなる。初期層４３１および後期層４３２は、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ_３），マグネシウム酸ニオブ酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ_３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ_３）などからなることが好ましい。
特に、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）とジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）との二成分系や、マグネシウム酸ニオブ酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ_３）とジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）との三成分系からなることが好ましい。
【００４６】
初期層４３１は後期層４３２に比べて、結晶密度が低く、格子定数ａが大きく、または（１００）面が膜厚方向に配向する配向率が低くなっている。
【００４７】
初期層４３１の厚みは、後期層４３２の厚みより小さいことが好ましく、初期層４３１の厚みは強誘電体薄膜の全体の膜厚の半分以下、後期層の４３２の厚みは強誘電体薄膜の全体の膜厚の半分以上であることが好ましい。初期層と後期層とからなる強誘電体薄膜の全体の膜厚は０．８μｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましい。
【００４８】
上部電極４４は、通常電極として用いることができる導電性材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、Ｐｔ、ＲｕＯ₂ 、Ｉｒ、ＩｒＯ₂ 等の単層膜又はＰｔ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮ、Ｐｔ／ＴｉＮ／Ｐｔ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ、ＴｉＮ／Ｐｔ／ＴｉＮ、Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ、ＲｕＯ₂ ／ＴｉＮ、ＩｒＯ₂ ／Ｉｒ、ＩｒＯ₂ ／ＴｉＮ等の２層以上の積層膜であってもよい。
【００４９】
（印刷動作）
以下に、上記インクジェット記録ヘッドの印刷動作を説明する。制御回路から駆動信号が出力されると、供給機構が動作し用紙がヘッドによって印刷可能な位置まで搬送される。制御回路から吐出信号が供給されず圧電体素子の下部電極と上部電極との間に電圧が印加されていない場合、圧電体薄膜層には変化を生じない。吐出信号が供給されていない圧電体素子が設けられている圧力室には圧力変化が生じず、そのノズル穴からインク滴は吐出されない。
【００５０】
一方、制御回路から吐出信号が供給され圧電体素子の下部電極と上部電極との間に一定電圧が印加された場合、圧電体薄膜層に変形を生じる。吐出信号が供給された圧電体素子が設けられている圧力室ではその振動板が大きくたわむ。このため圧力室内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル穴からインク滴が吐出される。ヘッド中で印刷させたい位置の圧電体素子に吐出信号を個別に供給することで、任意の文字や図形を印刷させることができる。
【００５１】
（製造方法）
次に、図４および５を参照しながら、強誘電体薄膜素子の製造工程を説明する。
【００５２】
振動板の成膜工程
まず、図４（Ａ）に示すように、シリコンからなる圧力室基板２０上に、熱酸化やＣＶＤ法等の成膜法を用いて、膜厚約１μｍのＳｉＯ_２膜３１を形成する。
【００５３】
次に、図４（Ｂ）に示すように、ＳｉＯ_２膜３１の上に、膜厚４００ｎｍ程度のＺｒＯ_２膜３２を成膜する。ＺｒＯ_２膜３２の成膜法としては、ジルコニウムをターゲットとした酸素ガスの導入による反応性スパッタリング法や、酸化ジルコニウムをターゲットとしたＲＦスパッタリング法や、あるいは、ＤＣスパッタリング法でジルコニウムを成膜した後に熱酸化する方法などを用いる。
【００５４】
下部電極の成膜工程
次いで、図４（Ｃ）に示すように、振動板の上に、下部電極４２を形成する。下部電極４２の成膜は、ＣＶＤ法、電子ビーム蒸着法、スパッタ法などを用いる。例えば、膜厚２００ｎｍ程度の白金層を形成したり、あるいは、膜厚１００ｎｍ程度の白金層を形成した後、この上に膜厚１００ｎｍ程度のイリジウム層を形成する。
【００５５】
種Ｔｉ膜の成膜工程
続いて、図４（Ｄ）に示すように、ＤＣマグネトロンスパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法等の成膜法を用いて、下部電極４２の上に種Ｔｉ膜４５を形成する。種Ｔｉ膜４５の膜厚は、３ｎｍ〜１０ｎｍの範囲が好ましい。この種Ｔｉ膜は一様の厚みで形成するほかに、島状となっていてもよい。
【００５６】
強誘電体薄膜の成膜工程
次に、図４（Ｅ）に示すように、ゾルゲル法やＭＯＤ法（Metal Organic Decomposition）などを用いて、種Ｔｉ膜４５の上に強誘電体薄膜４３を成膜する。ゾルゲル法は、金属の水酸化物の水和錯体（ゾル）を、脱水処理してゲルとし、このゲルを加熱焼成して無機酸化物を成膜するというものである。ゾルゲル法を用いると、下部電極４２上に設けられた種Ｔｉ膜４５側から上方に向けて順にＰＺＴ結晶が成長していくため、配向性に優れたＰＺＴ膜を成膜することができる。
【００５７】
まず、チタン、ジルコニウム、鉛、亜鉛などの金属のメトキシド、エトキシド、プロポキシドもしくはブトキシドなどのアルコキシドまたはアセテート化合物を、酸などで加水分解して、ゾルを調整する。
【００５８】
次いで、調整したゾルを種Ｔｉ膜４５の上に塗布する。塗布に際しては、スピンコート、ディップコート、ロールコート、バーコート、フレキソ印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷などの方法を用いる。
【００５９】
ゾルを塗布した後、これを一定温度下にて一定時間乾燥させ、ゾルの溶媒を蒸発させる。乾燥温度は１５０℃以上２００℃以下であることが好ましく、乾燥時間は５分以上１５分以下であることが好ましい。より好ましくは、１８０℃にて１０分乾燥させる。
【００６０】
乾燥後、さらに大気雰囲気下において一定の脱脂温度にて一定時間脱脂する。脱脂の方法としては、基板全体をホットプレートに密着させ、ホットプレートからの熱が基板全体に熱伝導するようにして加熱する方法が好ましい。脱脂温度は３００℃以上５００℃以下であることが好ましい。５００℃以下とすることにより、結晶化が開始してしまうのを防止することができ、３００℃以上とすることにより、十分に脱脂することができる。脱脂時間は５分以上９０分以下であることが好ましい。９０分以下とすることにより、結晶化が開始してしまうのを防止することができ、５分以上とすることにより、十分に脱脂することができる。より好ましくは３６０℃以上４００℃以下にて１０分脱脂する。脱脂により金属に配位している有機物が金属から解離し酸化燃焼反応を生じ、大気中に飛散する。
【００６１】
次に、これを焼成して、結晶化させて初期層４３１とする。焼成には、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置や拡散炉などを用いる。焼成温度は、５５０℃以上７５０℃以下であることが好ましい。５５０℃未満では、下部電極側の層の結晶化が十分図られず、一方、７５０℃より大きいと下部電極への鉛原子の拡散および下部電極の酸化による特性劣化が生じてしまう。
【００６２】
上記のようにして、単層からなる初期層４３１を成膜する場合に限られず、必要に応じて、上記の塗布、乾燥、脱脂、焼成の工程を複数回繰り返して、複数層からなる初期層を成膜してもよい。あるいは、塗布、乾燥、脱脂の工程を複数回繰り返した後に焼成して初期層を成膜してもよい。
【００６３】
さらに、初期層４３１の上に所望に調整したゾルを塗布し、上記同様に乾燥、脱脂、焼成の工程を適宜行い後期層４３２を成膜する。後期層４３２における焼成温度は、７００℃以上９００℃以下であることが好ましい。７００℃未満では、上部電極側の層の結晶化が十分図られず、強誘電体薄膜全体としての圧電特性を十分に確保できない一方、９００℃より大きいと空気中への鉛原子の飛散による特性劣化が生じてしまう。あるいは、鉛原子が初期層を通して下部電極に拡散してしまう。また、初期層４３１の焼成温度との差が、１００℃以上２００℃以下であることが好ましい。
【００６４】
上記のようにして、単層からなる後期層４３２を成膜する場合に限られず、必要に応じて、上記の塗布、乾燥、脱脂、焼成の工程を複数回繰り返して、複数層からなる後期層を成膜してもよい。あるいは、塗布、乾燥、脱脂の工程を複数回繰り返した後に焼成して後期層を成膜してもよい。
上部電極の成膜工程
以上により形成された強誘電体薄膜４３上に、図４（Ｆ）に示すように、上部電極４４を形成する。例えば、イリジウムを１００ｎｍの膜厚となるようにＤＣスパッタ法により成膜する。
【００６５】
エッチング工程
次に、図５（Ａ）に示すように、上部電極４４上にレジストをスピンコートし、圧力室が形成されるべき位置に合わせて露光・現像してパターニングする。残ったレジストをマスクとして上部電極４４、強誘電体薄膜４３１、４３２、種Ｔｉ膜４５および下部電極４２をイオンミリングやドライエッチン法などでエッチングする。
【００６６】
圧力室形成工程
続いて、図５（Ｂ）に示すように、圧力室が形成されるべき位置に合わせてエッチングマスクを施し、平行平板型反応性イオンエッチングなどの活性気体を用いたドライエッチングにより、予め定められた深さまで圧力室基板２０をエッチングし、圧力室２１を形成する。ドライエッチングされずに残った部分は側壁２２となる。
【００６７】
ノズル板貼り合わせ工程
最後に、図５（Ｃ）に示すように、接着剤を用いてノズル板１０を圧力室基板２０に貼り合わせる。この際には、各ノズル１１が圧力室２１の各々の空間に対応して配置されるよう位置合せする。ノズル板１０を貼り合わせた圧力室基板２０を図示しない筐体に取り付け、インクジェット記録ヘッドを完成させる。
【００６８】
【実施例】
まず、シリコンからなり厚み２００μｍの圧力室基板上に、熱酸化によって膜厚１μｍのＳｉＯ_２膜を形成し、さらにその上に、反応性スパッタリング法によって膜厚４００ｎｍのＺｒＯ_２膜を形成した。次いで、ＣＶＤ法によって膜厚１００ｎｍの白金層を成膜した後ＣＶＤ法によって膜厚１００ｎｍのイリジウム層を成膜して、下部電極を形成した。続いて、ＤＣマグネトロンスパッタ法によって、下部電極の上に膜厚５ｎｍの種Ｔｉ膜を形成した。
【００６９】
そして、ＰＺＴ膜の出発原料として、ＰｂＴｉＯ_３、ＰｂＺｒＯ_３の混合溶液からなる２成分系のゾルを調整した。また、Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ_３、ＰｂＴｉＯ_３、ＰｂＺｒＯ_３の混合溶液からなる３成分系のゾルを別途調整した。
【００７０】
この２成分系のゾルを１５００ｒｐｍ条件下にて種Ｔｉ膜の上に０．１μｍの厚さにスピンコーティングした。次いで、これを４００℃の温度環境下で脱脂してゲル化した。そして、このゲルを焼成温度６５０℃にて５分間の焼成を行い結晶化させた。
【００７１】
以上の２成分系ゾルのスピンコーティング、ゲル化、脱脂、結晶化の工程を３回繰り返すことにより、３層の積層からなり、３層の膜厚の合計が０．２μｍである強誘電体薄膜の初期層を得た。
【００７２】
次に、上記３成分系のゾルを１５００ｒｐｍ条件下にて種Ｔｉ膜の上にスピンコーティングした。次いで、これを４００℃の温度環境下で脱脂してゲル化した。そして、このゲルをＲＴＡ装置を用いて焼成温度８００℃にて５分間の焼成を行い結晶化させた。
【００７３】
以上の３成分系ゾルのスピンコーティング、ゲル化、結晶化の工程を８回繰り返すことにより、８層の積層からなり、８層の膜厚の合計が０．８μｍである強誘電体薄膜の後期層を得た。
【００７４】
次に、強誘電体薄膜の後期層の上に、ＤＣスパッタ法を用いて、イリジウムを成膜し、膜厚１００ｎｍの上部電極を形成した。
【００７５】
以上のようにして形成された強誘電体薄膜素子は、膜厚方向における結晶配向は１００面優先配向となり、良好な圧電特性が得られた。また、強誘電体薄膜の格子定数は初期層では４．０７Å、後期層では４．０６Åであった。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、鉛原子の下部電極への拡散および下部電極の酸化を防止しつつ、特性の優れた強誘電体薄膜素子ならびにこれを用いたインクジェット記録ヘッドおよびインクジェットプリンタを得ることができる。
【００７７】
特に、結晶化に高い焼成温度が必要とされる場合においても、鉛原子の下部電極への拡散および下部電極の酸化を防止しつつ、十分に結晶化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェットプリンタの斜視図である。
【図２】インクジェット記録ヘッドの分解斜視図である。
【図３】強誘電体薄膜素子の断面図である。
【図４】強誘電体薄膜素子の製造工程断面図である。
【図５】強誘電体薄膜素子の製造工程断面図である。
【符号の説明】
１０…ノズル板、１１…ノズル穴、２０…圧力室基板、３０…振動板、３１…ＳｉＯ_２膜、３２…ＺｒＯ_２膜、４２…下部電極、４３…強誘電体薄膜、４３１…初期層、４３２…後期層、４４…上部電極、４５…種Ｔｉ膜、１００…強誘電体薄膜素子、１…インクジェット記録ヘッド、２…本体、３…トレイ、４…排出口、５…用紙、６…給紙機構、８…制御回路、６００…モータ、６０１…ローラ、６０２…ローラ、９…操作ボタン

Claims

下部電極の上に種Ｔｉ膜の下地を形成する工程と、当該種Ｔｉ膜の上に鉛原子を含む強誘電体材料のゾルを塗布した後に焼成する成膜工程を複数回行って強誘電体薄膜を形成する工程と、当該強誘電体薄膜の上に上部電極を形成する工程と、からなる強誘電体薄膜素子を製造する方法であって、
下部電極側の層の成膜工程における焼成温度のほうが、上部電極側の層の成膜工程における焼成温度よりも低いことを特徴とする、強誘電体薄膜素子の製造方法。
下部電極側の層の成膜工程における焼成温度と、上部電極側の層の成膜工程における焼成温度との差が、１００℃以上２００℃以下であることを特徴とする、請求項１記載の強誘電体薄膜素子の製造方法。
最も下部電極側の層の成膜工程において、焼成を５５０℃以上７５０℃以下の温度範囲で行うことを特徴とする、請求項１記載の強誘電体薄膜素子の製造方法。