JP2005014265A

JP2005014265A - Liquid ejecting head, manufacturing method thereof, and liquid ejecting apparatus

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Publication number: JP2005014265A
Application number: JP2003178799A
Authority: JP
Inventors: Masami Murai; 正己村井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2023-06-23
Also published as: JP4096185B2

Abstract

【課題】圧電体層の破壊を防止でき圧電素子の安定した変位特性が得られる液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供する。
【解決手段】圧電素子３００を構成する下電極６０の少なくとも一方の端部が、圧力発生室１２に対向する領域内でパターニングされ、圧電体層７０が複数層の強誘電体膜７１で構成されていると共にこれら複数層の強誘電体膜７１のうちの最下層である第１の強誘電体膜７１ａが下電極６０上のみに形成され且つ他の強誘電体膜７１ｂ〜７１ｆが下電極６０の一方の端面及び第１の強誘電体膜７１ａの端面を覆って形成されており、第１の強誘電体膜７１ａ及び第１の強誘電体膜７１ａ上に形成される第２の強誘電体膜７１ｂの結晶密度を、この第２の強誘電体膜７１ｂ上に形成される残りの強誘電体膜７１ｃ〜７１ｆのそれぞれの結晶密度よりも高くする。
【選択図】図３A liquid ejecting head capable of preventing destruction of a piezoelectric layer and obtaining a stable displacement characteristic of a piezoelectric element, a manufacturing method thereof, and a liquid ejecting apparatus are provided.
At least one end portion of a lower electrode constituting a piezoelectric element is patterned in a region facing a pressure generating chamber, and a piezoelectric layer is constituted by a plurality of ferroelectric films. In addition, the first ferroelectric film 71a, which is the lowermost layer of the plurality of ferroelectric films 71, is formed only on the lower electrode 60, and the other ferroelectric films 71b to 71f are formed on the lower electrode 60. Of the first ferroelectric film 71a and the second ferroelectric film formed on the first ferroelectric film 71a and the second ferroelectric film 71a. The crystal density of the body film 71b is set higher than the crystal density of each of the remaining ferroelectric films 71c to 71f formed on the second ferroelectric film 71b.
[Selection] Figure 3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴を噴射する液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置に関し、特に、ノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位によりインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。
【０００３】
そして、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電体層を形成し、この圧電体層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが知られている。
【０００４】
また、このような圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッドでは、この圧電素子の下電極を圧力発生室に対向する領域にパターニングすることで、振動板の初期撓みを抑え、圧電素子の駆動による振動板の変位量を増加させた構造がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３２６５０３号公報（第７図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パターニングされた下電極上に圧電体層を形成しようとすると、下電極の端部を覆う部分及び振動板上に形成される圧電体層の膜質が悪く、駆動信頼性に欠けるという問題がある。すなわち、下電極上の圧電体層と、振動板上の圧電体層とで結晶性等の特性が異なってしまい、圧電体層は下電極の端部近傍で実質的に不連続となる。このため、圧電体層に電圧を印加するとクラック等の破壊が生じてしまうという問題がある。特に、下電極の長手方向の端部に対応する領域の圧電体層が破壊されやすい。なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク以外の液滴を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑み、圧電体層の破壊を防止でき圧電素子の安定した変位特性が得られる液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側の領域に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドであって、前記圧電素子を構成する前記下電極の少なくとも一方の端部が、前記圧力発生室に対向する領域内でパターニングされ、前記圧電体層が複数層の強誘電体膜で構成されていると共にこれら複数層の強誘電体膜のうちの最下層である第１の強誘電体膜が前記下電極上のみに形成され且つ他の強誘電体膜が前記下電極の一方の端面及び第１の強誘電体膜の端面を覆って形成され、前記第１の強誘電体膜及び当該第１の強誘電体膜上に形成される第２の強誘電体膜の結晶密度が、この第２の強誘電体膜上に形成される残りの強誘電体膜のそれぞれの結晶密度よりも高いことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【０００９】
かかる第１の態様では、圧電体層の結晶性等の膜質が向上する。特に、下電極の端面及び振動板上の圧電体層の膜質が向上し、良好な圧電特性が得られる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記第１の強誘電体膜及び当該第１の強誘電体膜上に形成される第２の強誘電体膜の厚さが、この第２の強誘電体膜上に形成される残りの強誘電体膜のそれぞれの厚さよりも薄いことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１１】
かかる第２の態様では、圧電体層の膜質がより確実に向上する。
【００１２】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記下電極及び前記第１の強誘電体膜の端面が、前記振動板に対して傾斜する傾斜面となっていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１３】
かかる第３の態様では、下電極及び第１の強誘電体膜上に形成される第２の強誘電体膜等の膜質が向上し、電圧印加時にクラック等の発生が防止される。
【００１４】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記圧電体層の結晶の核となる結晶種が前記第１の強誘電体膜上から前記振動板の表面に亘って連続的に形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１５】
かかる第４の態様では、結晶種により第２の強誘電体膜の結晶構造が一方向に配向して略一様に形成されるため、圧電体層の膜質が確実に向上する。
【００１６】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記圧電体層の端部近傍の前記振動板上に、前記下電極と電気的に切断された金属層を有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１７】
かかる第５の態様では、強誘電体膜を焼成する際に、強誘電体膜が全体的に略均一に加熱される。
【００１８】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
【００１９】
かかる第６の態様では、信頼性を向上した液体噴射装置を実現することができる。
【００２０】
本発明の第７の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側の領域に振動板を介して設けられた下電極膜と、該下電極膜上に設けられ複数層の強誘電体膜で構成される圧電体層と、該圧電体層上に設けられた上電極膜とからなる圧電素子とを具備し、前記圧電素子を構成する前記下電極膜の少なくとも一方の端部が、前記圧力発生室に対向する領域内でパターニングされ、前記圧電体層が複数の強誘電体膜で構成されていると共にこれら複数の強誘電体膜のうちの最下層である第１の強誘電体膜が前記下電極膜上のみに形成され且つ他の強誘電体膜が前記下電極膜の一方の端面及び第１の強誘電体膜の端面を覆って形成された液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板の表面に前記下電極膜を形成する工程と、当該下電極膜上に強誘電体前駆体膜を所定厚さで形成し、それを脱脂及び焼成することで前記第１の強誘電体膜とする工程と、前記下電極膜及び第１の強誘電体膜を所定形状にパターニングする工程と、前記第１の強誘電体膜上に強誘電体前駆体膜を所定厚さで形成し、それを脱脂及び焼成することで第２の強誘電体膜とする工程と、この第２の強誘電体膜上に強誘電体前駆体膜を所定厚さで形成しそれを脱脂及び焼成して前記強誘電体膜を形成する工程を複数回繰り返すことにより前記第２の強誘電体膜上に残りの強誘電体膜を形成して所定厚さの前記圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に前記上電極膜を形成後、当該上電極膜及び前記圧電体層をパターニングして前記圧電素子を形成する工程とを有し、且つ前記第１及び第２の強誘電体膜を脱脂する際に、前記残りの強誘電体膜を脱脂する際の昇温レートよりも低い昇温レートで加熱することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２１】
かかる第７の態様では、圧電体層の膜質、特に下電極膜の端面及び振動板上の圧電体層の膜質が向上する。
【００２２】
本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記強誘電体前駆体膜を一層形成後、脱脂及び焼成することで前記第１及び第２の強誘電体膜を形成し、前記強誘電体膜を二層以上形成後、脱脂及び焼成することで残りの強誘電体膜を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２３】
かかる第８の態様では、圧電体層の膜質を向上できると共に製造効率を向上することができる。
【００２４】
本発明の第９の態様は、第７又は８の態様において、前記下電極膜及び前記第１の強誘電体膜をパターニングする工程の後に、前記圧電体層の結晶の核となる結晶種を、前記第１の強誘電体膜上から前記振動板の表面に亘って連続的に形成する工程を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２５】
かかる第９の態様では、結晶種により第２の強誘電体膜の結晶構造が一方向に配向して略一様に形成されるため、圧電体層の膜質が確実に向上する。
【００２６】
本発明の第１０の態様は、第７〜９の何れかの態様において、前記下電極膜及び前記第１の強誘電体膜をイオンミリングによってパターニングすることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２７】
かかる第１０の態様では、下電極膜及び第１の強誘電体膜を比較的容易に所望の形状にパターニングすることができる。
【００２８】
本発明の第１１の態様は、第７〜１０の何れかの態様において、前記強誘電体前駆体膜ゾル−ゲル法により形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【００２９】
かかる第１１の態様では、圧電体層を比較的容易且つ良好な膜質で形成することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を一実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの概略を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びＡ−Ａ’断面図であり、図３は、圧電素子の層構造を示す概略図である。図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め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の弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。なお、連通部１３は、後述する封止基板３０のリザーバ部３２と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
【００３１】
このような圧力発生室１２等は、弾性膜５０とは反対側の面から流路形成基板１０を異方性エッチングすることによって形成されている。異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、流路形成基板１０が面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなるため、シリコン単結晶基板の（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われる。すなわち、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現する。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
【００３２】
本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。なお、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。
【００３３】
このような圧力発生室１２等が形成される流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配設する密度に合わせて最適な厚さを選択することが好ましい。例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは、２２０μｍ程度とするのが好適である。また、例えば、３６０ｄｐｉ程度と比較的高密度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１００μｍ以下とするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁１１の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００３４】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０^−６／℃］であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又は不錆鋼などからなる。ここで、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノズル開口２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。
【００３５】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００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層７０を各圧力発生室１２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層７０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という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００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、各圧力発生室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３００と当該圧電素子３００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と称する。
【００３６】
ここで、圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、圧力発生室１２の両端部近傍でそれぞれパターニングされ、圧力発生室１２の並設方向に沿って連続的に設けられている。また、本実施形態では、各圧力発生室１２に対向する領域の下電極膜６０の端面は、絶縁体膜５５に対して所定角度で傾斜する傾斜面となっている。
【００３７】
また、圧電体層７０は、各圧力発生室１２毎に独立して設けられ、図３に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電材料からなる複数層の強誘電体膜７１（７１ａ〜７１ｆ）で構成され、それらのうちの最下層である第１の強誘電体膜７１ａは下電極膜６０上のみに設けられている。そして、この第１の強誘電体膜７１ａの端面は、下電極膜６０の端面に連続する傾斜面となっている。また、この第１の強誘電体膜７１ａ上に形成される第２〜６の強誘電体膜７１ｂ〜７１ｆは、第１の強誘電体膜７１ａ上から絶縁体膜５５上まで、第１の強誘電体膜７１ａ及び下電極膜６０の傾斜した端面を覆って設けられている。
【００３８】
ここで、第１の強誘電体膜７１ａ及びこの第１の強誘電体膜７１ａ上に形成される第２の強誘電体膜７１ｂは、残りの第３〜第６の強誘電体膜７１ｃ〜７１ｆよりも結晶密度が高くなるように形成されている。これにより、各強誘電体膜７１の結晶の配向性、緻密性が向上し、圧電体層７０の膜質を著しく向上することができる。
また、第１の強誘電体膜７１ａ及び第２の強誘電体膜７１ｂは、他の強誘電体膜７１ｃ〜７１ｆよりも薄く形成されていることが好ましい。例えば、本実施形態では、第１及び第２の強誘電体膜７１ａ，７１ｂが、約０．１μｍの厚さで形成され、他の第３〜第６の強誘電体膜７１ｃ〜７１ｆが、約０．２μｍの厚さで形成されている。
【００３９】
なお、上電極膜８０は、圧電体層７０と同様に各圧力発生室１２毎に独立して設けられている。そして、各上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなる絶縁体膜５５上まで延設されるリード電極９０がそれぞれ接続されている。
また、このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３１を有する封止基板３０が接合されている。また、封止基板３０には、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３２が設けられている。さらに、封止基板３０上には、剛性が低く可撓性を有する材料で形成される封止膜４１と金属等の硬質の材料で形成される固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。なお、固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっており、リザーバ１００の一方面は封止膜４１のみで封止されている。
【００４０】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、外部配線を介して圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００４１】
以下、このような本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法、特に、圧電素子の形成方法について図４〜図８を参照して説明する。まず、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０となるシリコンウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化して弾性膜５０及びマスク膜５１を構成する二酸化シリコン膜５２を全面に形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）上に、ジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５５を形成する。次いで、図４（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとからなる下電極膜６０を絶縁体膜５５上に形成する。この下電極膜６０の材料としては、白金、イリジウム等が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体層７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で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、下電極膜６０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ず、本実施形態のように、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、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、イリジウム等が好適である。
【００４２】
次いで、下電極膜６０上に圧電体層７０を形成する。圧電体層７０は、上述したように複数層の強誘電体膜７１ａ〜７１ｆを積層することによって形成され、本実施形態では、これらの強誘電体膜７１をいわゆるゾル−ゲル法を用いて形成している。すなわち、金属有機物を触媒に溶解・分散しゾルを塗布乾燥しゲル化して強誘電体前駆体膜７２を形成し、さらにこの強誘電体前駆体膜７２を脱脂して有機成分を離脱させた後、焼成して結晶化させることで各強誘電体膜７１を得ている。
【００４３】
具体的には、まず、図５（ａ）に示すように、下電極膜６０上に、チタン又は酸化チタンからなる結晶種（層）６５をスパッタ法により形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、例えば、スピンコート法等の塗布法により未結晶の強誘電体前駆体膜７２ａを所定の厚さ、本実施形態では、一層当たりの焼成後の厚みが０．１μｍ程度になるように形成する。なお、強誘電体前駆体膜７２ａは、一度の塗布によって約０．１５μｍ程度の厚さで形成される。次いで、この強誘電体前駆体膜７２ａを所定温度で所定時間乾燥させて溶媒を蒸発させる。強誘電体前駆体膜７２ａを乾燥させる温度は、例えば、１５０℃以上２００℃以下であることが好ましく、好適には１８０℃程度である。また、乾燥させる時間は、例えば、５分以上１５分以下であることが好ましく、好適には１０分程度である。
【００４４】
そして、乾燥した強誘電体前駆体膜７２ａを所定温度で脱脂する。なお、ここで言う脱脂とは、強誘電体前駆体膜７２ａの有機成分、例えば、ＮＯ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等を離脱させることである。なお、脱脂時のシリコンウェハ１１０の加熱温度は、３００℃以上５００℃以下の範囲が好ましい。温度が高すぎると強誘電体前駆体膜７２ａの結晶化が始まってしまい、温度が低すぎると十分な脱脂が行えないためである。例えば、本実施形態では、ホットプレートによってシリコンウェハ１１０を４００℃程度に加熱して、強誘電体前駆体膜７２ａの脱脂を行った。また、本発明では、この脱脂時の昇温レートを、後の工程で形成される強誘電体膜７１ｃ〜７１ｆの場合よりも低くしている。この脱脂時の昇温レートは、具体的には、例えば、２５０℃から４００℃に上昇する際に１．５〜２℃／秒程度の昇温レートであることが好ましい。これにより、強誘電体前駆体膜７２ａに結晶核を多く発生させることができるため、後述する焼成工程を経て得られる第１の強誘電体膜７１ａの緻密性及び配向性が向上する。
このように強誘電体前駆体膜７２ａの脱脂を行った後、シリコンウェハ１１０を所定の拡散炉に挿入し、強誘電体前駆体膜７２ａを約７００℃の高温で焼成して結晶化することにより、最下層の強誘電体膜である第１の強誘電体膜７１ａとする。
【００４５】
次に、下電極膜６０と第１の強誘電体膜７１ａとを同時にパターニングする。具体的には、まず図５（ｃ）に示すように、第１の強誘電体膜７１ａ上にレジストを塗布してマスクを用いて露光し現像することにより所定パターンのレジスト膜２００を形成する。ここで、レジストは、例えば、ネガレジストをスピンコート法等により塗布して形成し、レジスト膜２００は、その後、所定のマスクを用いて露光・現像・ベークを行うことにより形成する。勿論、ネガレジストの代わりにポジレジストを用いてもよい。また、本実施形態では、レジスト膜２００の端面２０１が所定角度で傾斜するように形成している。このレジスト膜２００の端面の傾斜角度は、ポストベークの時間が長いほど小さくなる。また、過剰に露光することによっても傾斜角度を調整することができる。
【００４６】
そして、図６（ａ）に示すように、このようなレジスト膜２００を介して下電極膜６０及び第１の強誘電体膜７１ａをイオンミリングによってパターニングする。このとき、これら下電極膜６０及び第１の強誘電体膜７１ａは、レジスト膜２００の傾斜した端面２０１に沿ってパターニングされ、これらの端面は、振動板に対して所定角度で傾斜する傾斜面となる。このように下電極膜６０及び第１の強誘電体膜７１ａの端面を傾斜面とすることで、第１の強誘電体膜７１ａ上に他の強誘電体膜を良好な膜質で形成することができる。
【００４７】
次に、図６（ｂ）に示すように、第１の強誘電体膜７１ａ上を含むシリコンウェハ１１０の全面に、再び結晶種（層）６５Ａを形成後、スピンコート法等により強誘電体前駆体膜７２ｂを所定厚さ、本実施形態では、約０．１５μｍの厚さで形成する。そして、この強誘電体前駆体膜７２ｂを乾燥・脱脂・焼成することにより第２の強誘電体膜７１ｂを形成する。なお、この第２の強誘電体膜７１ｂとなる強誘電体前駆体膜７２ｂの脱脂時も、第１の強誘電体膜７１ａの場合と同様に、強誘電体前駆体膜７２ｂの昇温レートは比較的低くすることが好ましい。これにより、強誘電体前駆体膜７２ｂに結晶核を多数良好に発生させることができる。すなわち、下電極膜６０に対向する領域から絶縁体膜５５に対向する領域まで多数の結晶核が略均等に形成された第２の強誘電体膜７１ｂが得られる。
【００４８】
次いで、図６（ｃ）に示すように、この第２の強誘電体膜７１ｂ上に強誘電体前駆体膜７２ｃを所定の厚さ、本実施形態では、焼成後で０．２μｍの厚さとなるように形成する。一度の塗布による強誘電体前駆体膜７２ｃの厚さは、約０．１５μｍ程度であり、本実施形態では、二度の塗布により所望の厚さの強誘電体前駆体膜７２ｃを得ている。次いで、この強誘電体前駆体膜７２ｃを乾燥・脱脂後、焼成して結晶化させて強誘電体膜７１ｃとする。そして、このように、二度の塗布によって強誘電体前駆体膜７２ｃ〜７２ｆを形成する工程と、その強誘電体前駆体膜７２ｃ〜７２ｆを乾燥・脱脂後、焼成する工程とを複数回、本実施形態では、４回繰り返すことにより、第３〜第６の強誘電体膜７１ｃ〜７１ｆを形成する。これにより、複数層の強誘電体膜７１ａ〜７１ｆからなり、厚さが約１μｍの圧電体層７０が形成される。
【００４９】
ここで、これら第３〜第６の強誘電体膜７１ｃ〜７１ｆを構成する強誘電体前駆体膜７２ｃ〜７２ｆを脱脂する際、その昇温レートを比較的高く、例えば、第１及び第２の強誘電体膜７１ａ，７１ｂを構成する強誘電体前駆体膜７２ａ，７２ｂを脱脂する際の昇温レートよりも高くしている。これにより、第３〜第６の強誘電体膜７１ｃ〜７１ｆとなる強誘電体前駆体膜７２ｃ〜７２ｆには結晶核が形成されにくくなる。このため、強誘電体前駆体膜７２ｃ〜７２ｆを焼成すると、それ以前に結晶化された強誘電体膜７１ａ，７１ｂの結晶を核として結晶が成長する。すなわち、第３〜第６の強誘電体膜７１ｃ〜７１ｆの結晶は、優先配向しており、且つ第２の強誘電体膜７１ｂの結晶から連続して柱状に形成される。また、各強誘電体膜７１ｂ〜７１ｆは、下電極膜６０に対向する領域から絶縁体膜５５に対向するまで連続して良好に結晶化される。
【００５０】
なお、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。
このように形成される圧電体層７０（強誘電体膜７１）の材料として、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛系の材料を用いたが、インクジェット式記録ヘッドに使用する材料としては、良好な変位特性を得られればチタン酸ジルコン酸鉛系の材料に限定されない。
【００５１】
そして、このような複数層の強誘電体膜７１ａ〜７１ｆからなる圧電体層７０を形成した後は、図７（ａ）に示すように、例えば、イリジウム（Ｉｒ）からなる上電極膜８０を積層形成し、圧電体層７０及び上電極膜８０を各圧力発生室１２に対向する領域内にパターニングして圧電素子３００を形成する（図７（ｂ））。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態では、圧電体層７０を構成する第１及び第２の強誘電体膜７１ａ，７１ｂを形成する際に比較的低い昇温レートで強誘電体前駆体膜７２ａ，７２ｂを脱脂し、且つ残りの第３〜第６の強誘電体膜７１ｃ〜７１ｆを形成する際に、比較的高い昇温レートで強誘電体前駆体膜７２ｃ〜７２ｆを脱脂するようにした。これにより、第１及び第２の強誘電体膜７１ａ，７１ｂは、結晶核が多く発生し結晶の緻密性、配向性が大幅に向上する。また、第３〜第６の強誘電体膜７１ｃ〜７１ｆの結晶は、第２の強誘電体膜７１ｂの結晶を核として連続的に良好に形成される。したがって、圧電体層７０の膜質が向上すると共に、全ての部分の膜質が略均一となる。よって、圧電素子３００に電圧を印加した際に良好な変位特性が得られ、また、比較的高い電圧を印加しても圧電体層７０が破壊されることがなく、信頼性に優れた圧電素子３００が得られる。
【００５３】
なお、その後は、図８（ａ）に示すように、金（Ａｕ）からなる金属層を流路形成基板１０の全面に亘って形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介してこの金属層を各圧電素子３００毎にパターニングすることによってリード電極９０を形成する。そして、このようにして膜形成を行った後、図８（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１１０に封止基板３０を接合し、所定形状にパターニングしたマスク膜５１を介してシリコンウェハ１１０をエッチングすることにより圧力発生室１２等を形成する。なお、実際には、上述した一連の膜形成及び異方性エッチングによって一枚のシリコンウェハ上に多数のチップを同時に形成し、上記プロセス終了後、上述したノズルプレート２０及びコンプライアンス基板４０を接着して一体化し、その後、図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割することによってインクジェット式記録ヘッドとする。
【００５４】
（実施形態２）
図９は、実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図及び断面図である。
本実施形態は、圧電体層の端部近傍の振動板上に金属層を設けるようにした例である。すなわち、図９に示すように、圧電体層７０の長手方向端部近傍に、下電極膜６０と同一の層からなるが下電極膜６０とは電気的に切断された金属層６１が設けられている。そして、圧電体層７０は、これらの金属層６１上の一部までそれぞれ延設されている。
【００５５】
なお、本実施形態では、圧電体層７０のリード電極９０側の端部近傍に設けられる金属層６１Ａは、各圧電素子毎に分離して設けられており、リード電極９０がこの金属層６１Ａ上に延設されている。一方、リード電極９０とは反対側の端部近傍に設けられる金属層６１Ｂは、複数の圧電素子３００に対応する領域に連続的に設けられている。
【００５６】
このような構成では、焼成時に、圧電体層７０となる強誘電体膜７１を略均一に加熱することができ、均一な圧電特性を有する圧電体層７０を形成できる。すなわち、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５は、下電極膜６０に比べて近赤外線の吸収率が低いため、下電極膜６０が形成されていない領域では、焼成時に温度上昇が鈍くなる。このため圧電体層７０の下電極膜６０に対応する領域とそれ以外の領域とで、圧電特性が均一にならない場合がある。しかしながら、本実施形態では、圧電体層７０の両端部に対応する領域に金属層６１Ａ，６１Ｂを設けるようにしたので、焼成時に強誘電体膜７１を均一に加熱することができ、全体的に均一な圧電特性を有する圧電体層７０を形成することができる。
【００５７】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、第２の強誘電体膜７１ｂ上に形成する第３〜第６の強誘電体膜７１ｃ〜７１ｆは、二度の塗布により第３〜第６の強誘電体前駆体膜７２ｃ〜７２ｆを形成後、これら第３〜第６の強誘電体前駆体膜７２ｃ〜７２ｆを焼成することによって形成しているが、勿論、一度の塗布により形成した強誘電体前駆体膜を焼成することによって形成してもよい。また、上述の実施形態では、第１の強誘電体膜７１ａ及び下電極膜６０の端面が振動板に対して傾斜するように形成したが、勿論、振動板に対して略垂直な端面であってもよい。また、上述の実施形態では、下電極膜６０が並設された圧力発生室１２に対応する領域に亘って連続的に設けられているが、これに限定されず、例えば、下電極膜６０を櫛歯状に形成し、各圧力発生室１２に対向する領域の下電極膜６０が実質的に独立するようにしてもよい。
【００５８】
このような各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図１０は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図１０に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上に搬送されるようになっている。
【００５９】
また、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを一例として説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図。
【図３】実施形態１に係る圧電素子の層構造を示す概略図。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図７】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図８】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図９】実施形態２に係る記録ヘッドの平面図及び断面図。
【図１０】本発明の一実施形態に係る記録装置の概略図。
【符号の説明】
１０流路形成基板、１２圧力発生室、２０ノズルプレート、２１ノズル開口、３０封止基板、４０コンプライアンス基板、５０弾性膜、５５絶縁体膜、６０下電極膜、７０圧電体層、７１強誘電体膜、７２強誘電体前駆体膜、８０上電極膜、９０リード電極、
３００圧電素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid ejecting head for ejecting liquid droplets, a method for manufacturing the same, and a liquid ejecting apparatus, and more particularly, a part of a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening is configured by a diaphragm, and a piezoelectric element is formed on the surface of the diaphragm. The present invention relates to an ink jet recording head that discharges ink by displacement of a piezoelectric element, a manufacturing method thereof, and an ink jet recording apparatus.
[0002]
[Prior art]
A part of the pressure generation chamber communicating with the nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generation chamber to discharge ink droplets from the nozzle opening. Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that extends and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those using a flexural vibration mode piezoelectric actuator.
[0003]
As an example of using an actuator in a flexural vibration mode, for example, a uniform piezoelectric layer is formed by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm, and this piezoelectric layer is formed into a pressure generating chamber by a lithography method. A device in which a piezoelectric element is formed so as to be cut into a corresponding shape and independent for each pressure generating chamber is known.
[0004]
Further, in the ink jet recording head having such a piezoelectric element, the lower electrode of the piezoelectric element is patterned in a region facing the pressure generating chamber, thereby suppressing initial deflection of the diaphragm and driving the piezoelectric element. There is a structure in which the amount of displacement is increased (see, for example, Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-326503 A (FIG. 7)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the piezoelectric layer is formed on the patterned lower electrode, the film quality of the piezoelectric layer formed on the diaphragm and the portion covering the end portion of the lower electrode is poor, and the drive reliability is lacking. is there. That is, characteristics such as crystallinity are different between the piezoelectric layer on the lower electrode and the piezoelectric layer on the diaphragm, and the piezoelectric layer is substantially discontinuous near the end of the lower electrode. For this reason, when a voltage is applied to the piezoelectric layer, there is a problem that breakage such as cracks occurs. In particular, the piezoelectric layer in the region corresponding to the end portion in the longitudinal direction of the lower electrode is easily broken. Such a problem exists not only in an ink jet recording head that ejects ink, but also in other liquid ejecting heads that eject droplets other than ink.
[0007]
In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a liquid ejecting head, a method for manufacturing the same, and a liquid ejecting apparatus that can prevent the destruction of the piezoelectric layer and obtain a stable displacement characteristic of the piezoelectric element.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention that solves the above problems includes a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid is formed, and a diaphragm in a region on one side of the flow path forming substrate. A liquid ejecting head comprising a lower electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode provided via the at least one end of the lower electrode constituting the piezoelectric element. A first ferroelectric film patterned in a region facing the chamber, wherein the piezoelectric layer is composed of a plurality of ferroelectric films and is the lowest layer of the plurality of ferroelectric films; Is formed only on the lower electrode, and another ferroelectric film is formed so as to cover one end surface of the lower electrode and the end surface of the first ferroelectric film, and the first ferroelectric film and the Crystal density of the second ferroelectric film formed on the first ferroelectric film A liquid-jet head characterized by higher than each of the crystal density of the remaining ferroelectric film formed on the second ferroelectric film.
[0009]
In the first aspect, the film quality such as crystallinity of the piezoelectric layer is improved. In particular, the film quality of the piezoelectric layer on the end face of the lower electrode and the diaphragm is improved, and good piezoelectric characteristics can be obtained.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the thickness of the first ferroelectric film and the second ferroelectric film formed on the first ferroelectric film is equal to this thickness. In the liquid ejecting head, the thickness of each of the remaining ferroelectric films formed on the second ferroelectric film is thinner.
[0011]
In the second aspect, the film quality of the piezoelectric layer is more reliably improved.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, end surfaces of the lower electrode and the first ferroelectric film are inclined surfaces inclined with respect to the diaphragm. It is in the liquid jet head.
[0013]
In the third aspect, the film quality of the second ferroelectric film and the like formed on the lower electrode and the first ferroelectric film is improved, and the occurrence of cracks and the like is prevented when a voltage is applied.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, a crystal seed serving as a crystal nucleus of the piezoelectric layer extends over the surface of the diaphragm from the first ferroelectric film. The liquid ejecting head is formed continuously.
[0015]
In the fourth aspect, since the crystal structure of the second ferroelectric film is oriented in one direction depending on the crystal seed and is formed substantially uniformly, the film quality of the piezoelectric layer is reliably improved.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, a metal layer electrically disconnected from the lower electrode is provided on the diaphragm in the vicinity of the end of the piezoelectric layer. The liquid jet head is characterized by the following.
[0017]
In the fifth aspect, the ferroelectric film is heated substantially uniformly as a whole when the ferroelectric film is fired.
[0018]
According to a sixth aspect of the invention, there is provided a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head according to any one of the first to fifth aspects.
[0019]
In the sixth aspect, a liquid ejecting apparatus with improved reliability can be realized.
[0020]
According to a seventh aspect of the present invention, a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid is formed, and a region on one side of the flow path forming substrate is provided via a diaphragm. A lower electrode film, a piezoelectric layer comprising a plurality of ferroelectric films provided on the lower electrode film, and a piezoelectric element comprising an upper electrode film provided on the piezoelectric layer. And at least one end of the lower electrode film constituting the piezoelectric element is patterned in a region facing the pressure generating chamber, and the piezoelectric layer is composed of a plurality of ferroelectric films. A first ferroelectric film, which is the lowest layer among the plurality of ferroelectric films, is formed only on the lower electrode film, and another ferroelectric film is formed on one end face of the lower electrode film and the first ferroelectric film. A method of manufacturing a liquid jet head formed so as to cover an end face of a ferroelectric film of Forming the lower electrode film on the surface of the formation substrate; forming a ferroelectric precursor film with a predetermined thickness on the lower electrode film; and degreasing and firing the first ferroelectric substance Forming a film, a step of patterning the lower electrode film and the first ferroelectric film into a predetermined shape, and forming a ferroelectric precursor film with a predetermined thickness on the first ferroelectric film. And degreasing and baking it to form a second ferroelectric film, and forming a ferroelectric precursor film with a predetermined thickness on the second ferroelectric film, and then degreasing and baking it. Forming the remaining ferroelectric film on the second ferroelectric film by repeating the step of forming the ferroelectric film a plurality of times to form the piezoelectric layer having a predetermined thickness; After forming the upper electrode film on the piezoelectric layer, the upper electrode film and the piezoelectric layer are patterned to form the piezoelectric element. And when degreasing the first and second ferroelectric films, heating at a temperature rising rate lower than the temperature rising rate when degreasing the remaining ferroelectric films A method of manufacturing a liquid jet head is provided.
[0021]
In the seventh aspect, the film quality of the piezoelectric layer, particularly the film quality of the piezoelectric layer on the end face of the lower electrode film and the diaphragm is improved.
[0022]
According to an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect, after the formation of the ferroelectric precursor film, the first and second ferroelectric films are formed by degreasing and baking, and the ferroelectric precursor film is formed. In the method of manufacturing a liquid jet head, the remaining ferroelectric film is formed by degreasing and baking after forming two or more dielectric films.
[0023]
In the eighth aspect, the film quality of the piezoelectric layer can be improved and the manufacturing efficiency can be improved.
[0024]
According to a ninth aspect of the present invention, in the seventh or eighth aspect, after the step of patterning the lower electrode film and the first ferroelectric film, a crystal seed serving as a crystal nucleus of the piezoelectric layer is selected. The method of manufacturing a liquid jet head includes a step of continuously forming the first ferroelectric film over the surface of the diaphragm.
[0025]
In the ninth aspect, since the crystal structure of the second ferroelectric film is oriented in one direction depending on the crystal seed and is formed substantially uniformly, the film quality of the piezoelectric layer is reliably improved.
[0026]
According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the seventh to ninth aspects, the lower electrode film and the first ferroelectric film are patterned by ion milling. It is in.
[0027]
In the tenth aspect, the lower electrode film and the first ferroelectric film can be patterned into a desired shape relatively easily.
[0028]
According to an eleventh aspect of the present invention, in any one of the seventh to tenth aspects, the ferroelectric precursor film is formed by the sol-gel method.
[0029]
In the eleventh aspect, the piezoelectric layer can be formed relatively easily and with good film quality.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an outline of an ink jet recording head according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of FIG. 1 and a cross-sectional view along AA ′, and FIG. It is the schematic which shows the layer structure of an element. As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in the present embodiment, and one surface thereof is made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation. A 2 μm elastic film 50 is formed. A plurality of pressure generating chambers 12 are arranged in parallel in the width direction of the flow path forming substrate 10. In addition, a communication portion 13 is formed in a region outside the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 of the flow path forming substrate 10, and the communication portion 13 and each pressure generation chamber 12 are provided for each pressure generation chamber 12. Communication is made via a supply path 14. The communication unit 13 constitutes a part of the reservoir 100 that communicates with a reservoir unit 32 of the sealing substrate 30 described later and serves as a common ink chamber for the pressure generation chambers 12. The ink supply path 14 is formed with a narrower width than the pressure generation chamber 12, and maintains a constant flow path resistance of ink flowing into the pressure generation chamber 12 from the communication portion 13.
[0031]
Such a pressure generation chamber 12 and the like are formed by anisotropically etching the flow path forming substrate 10 from the surface opposite to the elastic film 50. Anisotropic etching is performed using the difference in etching rate of the silicon single crystal substrate. For example, in this embodiment, since the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110), the etching rate of the (111) plane is compared with the etching rate of the (110) plane of the silicon single crystal substrate. Is performed using the property that is 1/180. That is, when a silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, the first (111) plane perpendicular to the (110) plane is gradually eroded, and the first (111) plane is about 70 degrees. A second (111) plane appears that forms an angle and forms an angle of about 35 degrees with the (110) plane. By this anisotropic etching, precision processing can be performed based on the parallelogram depth processing formed by two first (111) surfaces and two oblique second (111) surfaces. The pressure generating chambers 12 can be arranged with high density.
[0032]
In the present embodiment, the long side of each pressure generating chamber 12 is formed by the first (111) plane and the short side is formed by the second (111) plane. The pressure generation chamber 12 is formed by etching until it substantially passes through the flow path forming substrate 10 and reaches the elastic film 50. Note that the elastic film 50 is extremely small in the amount of being attacked by the alkaline solution for etching the silicon single crystal substrate.
[0033]
As the thickness of the flow path forming substrate 10 on which such a pressure generation chamber 12 and the like are formed, it is preferable to select an optimum thickness in accordance with the density at which the pressure generation chamber 12 is disposed. For example, when the pressure generating chambers 12 are arranged at about 180 (180 dpi) per inch, the thickness of the flow path forming substrate 10 is preferably about 180 to 280 μm, more preferably about 220 μm. is there. For example, when the pressure generating chambers 12 are arranged at a relatively high density of about 360 dpi, the thickness of the flow path forming substrate 10 is preferably 100 μm or less. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition wall 11 between the adjacent pressure generation chambers 12.
[0034]
Further, on the opening surface side of the flow path forming substrate 10, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the vicinity of the end portion of each pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14 is provided with an adhesive or It is fixed via a heat welding film or the like. The nozzle plate 20 has a thickness of, for example, 0.1 to 1 mm and a linear expansion coefficient of 300 ° C. or less, for example, 2.5 to 4.5 [× 10 ^-6 / ° C] glass ceramics, silicon single crystal substrate or non-rust steel. Here, the size of the pressure generation chamber 12 that applies ink droplet discharge pressure to the ink and the size of the nozzle opening 21 that discharges the ink droplet are optimized according to the amount of ink droplet to be discharged, the discharge speed, and the discharge frequency. The For example, when recording 360 ink droplets per inch, the nozzle opening 21 needs to be accurately formed with a diameter of several tens of μm.
[0035]
On the other hand, as described above, the elastic film 50 having a thickness of, for example, about 1.0 μm is formed on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10. For example, an insulator film 55 having a thickness of about 0.4 μm is formed. Further, on the insulator film 55, a lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.2 μm, a piezoelectric layer 70 having a thickness of, for example, about 1.0 μm, and a thickness of, for example, about 0 The upper electrode film 80 having a thickness of 0.05 μm is laminated by a process described later to constitute the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. In general, one electrode of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. In addition, here, a portion that is configured by any one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which piezoelectric distortion is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion. In this embodiment, the lower electrode film 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. In either case, a piezoelectric active part is formed for each pressure generating chamber. Further, here, the piezoelectric element 300 and the vibration plate that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator.
[0036]
Here, the lower electrode film 60 constituting the piezoelectric element 300 is patterned in the vicinity of both end portions of the pressure generating chamber 12 and continuously provided along the direction in which the pressure generating chambers 12 are arranged side by side. In the present embodiment, the end surface of the lower electrode film 60 in the region facing each pressure generation chamber 12 is an inclined surface that is inclined with respect to the insulator film 55 at a predetermined angle.
[0037]
In addition, the piezoelectric layer 70 is provided independently for each pressure generating chamber 12, and as shown in FIG. 3, for example, a plurality of layers of ferroelectric materials made of a ferroelectric material such as lead zirconate titanate (PZT). The first ferroelectric film 71a, which is the lowermost layer of the body films 71 (71a to 71f), is provided only on the lower electrode film 60. The end surface of the first ferroelectric film 71 a is an inclined surface continuous with the end surface of the lower electrode film 60. The second to sixth ferroelectric films 71b to 71f formed on the first ferroelectric film 71a are formed on the first ferroelectric film 71a to the insulator film 55 from the first ferroelectric film 71a. The inclined end faces of the ferroelectric film 71a and the lower electrode film 60 are provided so as to cover them.
[0038]
Here, the first ferroelectric film 71a and the second ferroelectric film 71b formed on the first ferroelectric film 71a are the remaining third to sixth ferroelectric films 71c to 71c. The crystal density is higher than 71f. Thereby, the crystal orientation and density of each ferroelectric film 71 are improved, and the film quality of the piezoelectric layer 70 can be remarkably improved.
Further, it is preferable that the first ferroelectric film 71a and the second ferroelectric film 71b are formed thinner than the other ferroelectric films 71c to 71f. For example, in the present embodiment, the first and second ferroelectric films 71a and 71b are formed with a thickness of about 0.1 μm, and the other third to sixth ferroelectric films 71c to 71f are It is formed with a thickness of about 0.2 μm.
[0039]
Note that the upper electrode film 80 is provided independently for each pressure generating chamber 12 as in the piezoelectric layer 70. Each upper electrode film 80 is connected to a lead electrode 90 extending to the insulator film 55 made of, for example, gold (Au) or the like.
In addition, on the flow path forming substrate 10 on which such a piezoelectric element 300 is formed, the space is secured in a region that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300 in a region facing the piezoelectric element 300. A sealing substrate 30 having a sealable piezoelectric element holding portion 31 is bonded. In addition, the sealing substrate 30 is provided with a reservoir portion 32 that constitutes at least a part of the reservoir 100 serving as an ink chamber common to the pressure generation chambers 12. Further, on the sealing substrate 30, a compliance substrate 40 including a sealing film 41 formed of a material having low rigidity and flexibility and a fixing plate 42 formed of a hard material such as metal is bonded. ing. A region of the fixing plate 42 facing the reservoir 100 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, and one surface of the reservoir 100 is sealed only by the sealing film 41.
[0040]
Such an ink jet recording head of this embodiment takes in ink from an external ink supply means (not shown), fills the interior from the reservoir 100 to the nozzle opening 21, and then follows a recording signal from a drive circuit (not shown). A voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the pressure generation chamber 12 via the external wiring, and the elastic film 50, the insulator film 55, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer. By bending and deforming 70, the pressure in each pressure generating chamber 12 is increased, and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.
[0041]
Hereinafter, a method for manufacturing the ink jet recording head according to the present embodiment, in particular, a method for forming a piezoelectric element will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 4A, the silicon dioxide film 52 constituting the elastic film 50 and the mask film 51 is formed on the entire surface by thermally oxidizing the silicon wafer 110 to be the flow path forming substrate 10 in a diffusion furnace at about 1100 ° C. To form. Next, as shown in FIG. 4B, a zirconium (Zr) layer is formed on the elastic film 50 (silicon dioxide film 52), and then thermally oxidized in a diffusion furnace at 500 to 1200 ° C., for example, to form zirconium oxide ( ZrO ₂ ) Is formed. Next, as shown in FIG. 4C, for example, a lower electrode film 60 made of platinum and iridium is formed on the insulator film 55. As a material of the lower electrode film 60, platinum, iridium or the like is suitable. This is because a piezoelectric layer 70 described later formed by sputtering or sol-gel method needs to be crystallized by firing at a temperature of about 600 to 1000 ° C. in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after the film formation. Because. That is, the material of the lower electrode film 60 must be able to maintain conductivity under such a high temperature and oxidizing atmosphere, and lead zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric layer 70 as in this embodiment. When used, it is desirable that there is little change in conductivity due to diffusion of lead oxide. For these reasons, platinum, iridium and the like are preferable.
[0042]
Next, the piezoelectric layer 70 is formed on the lower electrode film 60. The piezoelectric layer 70 is formed by stacking a plurality of ferroelectric films 71a to 71f as described above, and in the present embodiment, these ferroelectric films 71 are formed using a so-called sol-gel method. is doing. That is, after dissolving / dispersing a metal organic substance in a catalyst, applying a sol, drying and gelling to form a ferroelectric precursor film 72, and degreasing the ferroelectric precursor film 72 to release organic components. Each ferroelectric film 71 is obtained by crystallization by firing.
[0043]
Specifically, first, as shown in FIG. 5A, a crystal seed (layer) 65 made of titanium or titanium oxide is formed on the lower electrode film 60 by sputtering. Next, as shown in FIG. 5B, for example, the amorphous ferroelectric precursor film 72a is formed to a predetermined thickness by a coating method such as a spin coating method, and in this embodiment, the thickness after firing per layer. Is formed to be about 0.1 μm. The ferroelectric precursor film 72a is formed with a thickness of about 0.15 μm by a single coating. Next, the ferroelectric precursor film 72a is dried at a predetermined temperature for a predetermined time to evaporate the solvent. The temperature at which the ferroelectric precursor film 72a is dried is preferably, for example, 150 ° C. or more and 200 ° C. or less, and preferably about 180 ° C. The drying time is preferably, for example, from 5 minutes to 15 minutes, and preferably about 10 minutes.
[0044]
Then, the dried ferroelectric precursor film 72a is degreased at a predetermined temperature. In addition, degreasing said here is the organic component of the ferroelectric precursor film | membrane 72a, for example, NO ₂ , CO ₂ , H ₂ It is to make O etc. leave. In addition, the heating temperature of the silicon wafer 110 at the time of degreasing has the preferable range of 300 to 500 degreeC. This is because crystallization of the ferroelectric precursor film 72a starts if the temperature is too high, and sufficient degreasing cannot be performed if the temperature is too low. For example, in this embodiment, the ferroelectric wafer 72a is degreased by heating the silicon wafer 110 to about 400 ° C. with a hot plate. In the present invention, the rate of temperature increase during degreasing is set lower than that in the case of the ferroelectric films 71c to 71f formed in the subsequent steps. Specifically, for example, the temperature rising rate during degreasing is preferably a temperature rising rate of about 1.5 to 2 ° C./second when rising from 250 ° C. to 400 ° C. Thereby, since many crystal nuclei can be generated in the ferroelectric precursor film 72a, the denseness and orientation of the first ferroelectric film 71a obtained through the baking process described later are improved.
After degreasing the ferroelectric precursor film 72a in this way, the silicon wafer 110 is inserted into a predetermined diffusion furnace, and the ferroelectric precursor film 72a is baked and crystallized at a high temperature of about 700 ° C. Thus, the first ferroelectric film 71a which is the lowermost ferroelectric film is obtained.
[0045]
Next, the lower electrode film 60 and the first ferroelectric film 71a are simultaneously patterned. Specifically, first, as shown in FIG. 5C, a resist film 200 having a predetermined pattern is formed by applying a resist on the first ferroelectric film 71a, and exposing and developing using a mask. . Here, the resist is formed, for example, by applying a negative resist by a spin coating method or the like, and the resist film 200 is formed by performing exposure, development, and baking using a predetermined mask. Of course, a positive resist may be used instead of the negative resist. In the present embodiment, the end surface 201 of the resist film 200 is formed to be inclined at a predetermined angle. The inclination angle of the end face of the resist film 200 becomes smaller as the post-baking time is longer. Further, the tilt angle can be adjusted by excessive exposure.
[0046]
Then, as shown in FIG. 6A, the lower electrode film 60 and the first ferroelectric film 71a are patterned by ion milling through such a resist film 200. At this time, the lower electrode film 60 and the first ferroelectric film 71a are patterned along the inclined end surface 201 of the resist film 200, and these end surfaces are inclined surfaces inclined at a predetermined angle with respect to the diaphragm. It becomes. In this way, by forming the end surfaces of the lower electrode film 60 and the first ferroelectric film 71a as inclined surfaces, other ferroelectric films can be formed on the first ferroelectric film 71a with good film quality. Can do.
[0047]
Next, as shown in FIG. 6B, after the crystal seed (layer) 65A is formed again on the entire surface of the silicon wafer 110 including the first ferroelectric film 71a, the ferroelectric material is formed by spin coating or the like. The precursor film 72b is formed with a predetermined thickness, which is about 0.15 μm in this embodiment. Then, the second ferroelectric film 71b is formed by drying, degreasing, and baking the ferroelectric precursor film 72b. Note that, when the ferroelectric precursor film 72b to be the second ferroelectric film 71b is degreased, the rate of temperature rise of the ferroelectric precursor film 72b is the same as in the case of the first ferroelectric film 71a. Is preferably relatively low. Thereby, many crystal nuclei can be generated satisfactorily in the ferroelectric precursor film 72b. That is, the second ferroelectric film 71b in which a large number of crystal nuclei are formed substantially uniformly from the region facing the lower electrode film 60 to the region facing the insulator film 55 is obtained.
[0048]
Next, as shown in FIG. 6C, a ferroelectric precursor film 72c is formed on the second ferroelectric film 71b to a predetermined thickness, in this embodiment, 0.2 μm thick after firing. It forms so that it may become. The thickness of the ferroelectric precursor film 72c by one coating is about 0.15 μm, and in this embodiment, the ferroelectric precursor film 72c having a desired thickness is obtained by two coatings. . Next, this ferroelectric precursor film 72c is dried and degreased and then fired and crystallized to form a ferroelectric film 71c. In this way, the process of forming the ferroelectric precursor films 72c to 72f by applying twice, and the process of firing the ferroelectric precursor films 72c to 72f after drying and degreasing are performed a plurality of times. In the present embodiment, the third to sixth ferroelectric films 71c to 71f are formed by repeating four times. As a result, a piezoelectric layer 70 composed of a plurality of ferroelectric films 71a to 71f and having a thickness of about 1 μm is formed.
[0049]
Here, when degreasing the ferroelectric precursor films 72c to 72f constituting the third to sixth ferroelectric films 71c to 71f, the temperature rise rate is relatively high. For example, the first and second ferroelectric films 71c to 71f are degreased. The ferroelectric precursor films 72a and 72b constituting the ferroelectric films 71a and 71b are set higher than the temperature rise rate when degreasing. Thereby, crystal nuclei are hardly formed in the ferroelectric precursor films 72c to 72f to be the third to sixth ferroelectric films 71c to 71f. For this reason, when the ferroelectric precursor films 72c to 72f are fired, crystals grow with the crystals of the ferroelectric films 71a and 71b crystallized before that as nuclei. That is, the crystals of the third to sixth ferroelectric films 71c to 71f are preferentially oriented and are formed in a column shape continuously from the crystals of the second ferroelectric film 71b. Further, each of the ferroelectric films 71 b to 71 f is continuously and satisfactorily crystallized from the region facing the lower electrode film 60 until it faces the insulator film 55.
[0050]
Note that the preferential orientation refers to a state in which the orientation direction of the crystal is not disordered and a specific crystal plane faces in a substantially constant direction. A columnar thin film refers to a state in which substantially cylindrical crystals are aggregated over the surface direction with the central axis substantially coincided with the thickness direction to form a thin film.
In this embodiment, a lead zirconate titanate-based material is used as the material of the piezoelectric layer 70 (ferroelectric film 71) formed as described above. However, as a material used for the ink jet recording head, The material is not limited to lead zirconate titanate-based materials as long as good displacement characteristics can be obtained.
[0051]
Then, after forming the piezoelectric layer 70 composed of such a plurality of ferroelectric films 71a to 71f, as shown in FIG. 7A, for example, an upper electrode film 80 composed of iridium (Ir) is formed. A piezoelectric element 300 is formed by laminating and patterning the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 in a region facing each pressure generating chamber 12 (FIG. 7B).
[0052]
As described above, in the present embodiment, the ferroelectric precursor film 72a is formed at a relatively low temperature increase rate when the first and second ferroelectric films 71a and 71b constituting the piezoelectric layer 70 are formed. , 72b is degreased and the remaining third to sixth ferroelectric films 71c to 71f are degreased at a relatively high rate of temperature increase. . Thereby, in the first and second ferroelectric films 71a and 71b, many crystal nuclei are generated, and the denseness and orientation of the crystal are greatly improved. The crystals of the third to sixth ferroelectric films 71c to 71f are continuously and satisfactorily formed using the crystal of the second ferroelectric film 71b as a nucleus. Accordingly, the film quality of the piezoelectric layer 70 is improved, and the film quality of all portions is substantially uniform. Therefore, good displacement characteristics are obtained when a voltage is applied to the piezoelectric element 300, and the piezoelectric layer 70 is not destroyed even when a relatively high voltage is applied, and the piezoelectric element has excellent reliability. 300 is obtained.
[0053]
After that, as shown in FIG. 8A, after a metal layer made of gold (Au) is formed over the entire surface of the flow path forming substrate 10, for example, a mask pattern (not shown) made of a resist or the like is formed. Then, the lead electrode 90 is formed by patterning the metal layer for each piezoelectric element 300. Then, after film formation is performed in this manner, as shown in FIG. 8B, the sealing substrate 30 is bonded to the silicon wafer 110, and the silicon wafer 110 is bonded via the mask film 51 patterned into a predetermined shape. Etching forms the pressure generating chamber 12 and the like. In practice, a large number of chips are simultaneously formed on a single silicon wafer by the above-described series of film formation and anisotropic etching, and after the completion of the process, the nozzle plate 20 and the compliance substrate 40 are bonded. Then, the ink jet recording head is obtained by dividing the flow path forming substrate 10 of one chip size as shown in FIG.
[0054]
(Embodiment 2)
FIG. 9 is a plan view and a cross-sectional view of the ink jet recording head according to the second embodiment.
The present embodiment is an example in which a metal layer is provided on a diaphragm in the vicinity of the end of the piezoelectric layer. That is, as shown in FIG. 9, a metal layer 61 made of the same layer as the lower electrode film 60 but electrically cut from the lower electrode film 60 is provided in the vicinity of the longitudinal end of the piezoelectric layer 70. ing. The piezoelectric layer 70 extends to a part of the metal layer 61.
[0055]
In the present embodiment, the metal layer 61A provided in the vicinity of the end of the piezoelectric layer 70 on the lead electrode 90 side is provided separately for each piezoelectric element, and the lead electrode 90 is provided on the metal layer 61A. It is extended to. On the other hand, the metal layer 61 </ b> B provided near the end opposite to the lead electrode 90 is continuously provided in a region corresponding to the plurality of piezoelectric elements 300.
[0056]
In such a configuration, the ferroelectric film 71 to be the piezoelectric layer 70 can be heated substantially uniformly during firing, and the piezoelectric layer 70 having uniform piezoelectric characteristics can be formed. That is, the insulator film 55 made of zirconium oxide has a lower near-infrared absorptance than the lower electrode film 60, and therefore, the temperature rise is slow during firing in the region where the lower electrode film 60 is not formed. For this reason, the piezoelectric characteristics may not be uniform between the region corresponding to the lower electrode film 60 of the piezoelectric layer 70 and the other regions. However, in the present embodiment, since the metal layers 61A and 61B are provided in the regions corresponding to both ends of the piezoelectric layer 70, the ferroelectric film 71 can be uniformly heated during firing, and overall The piezoelectric layer 70 having uniform piezoelectric characteristics can be formed.
[0057]
(Other embodiments)
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the structure of this invention is not limited to what was mentioned above. For example, in the above-described embodiment, the third to sixth ferroelectric films 71c to 71f formed on the second ferroelectric film 71b are formed into the third to sixth ferroelectric precursors by application twice. The third to sixth ferroelectric precursor films 72c to 72f are formed by firing after the body films 72c to 72f are formed. Of course, the ferroelectric precursor films formed by a single coating. You may form by baking. In the above-described embodiment, the end surfaces of the first ferroelectric film 71a and the lower electrode film 60 are formed so as to be inclined with respect to the diaphragm. Of course, the end surfaces are substantially perpendicular to the diaphragm. May be. In the above-described embodiment, the lower electrode film 60 is continuously provided over a region corresponding to the pressure generation chambers 12 arranged in parallel. However, the present invention is not limited to this. The lower electrode film 60 may be formed in a comb shape so that the lower electrode film 60 in a region facing each pressure generation chamber 12 is substantially independent.
[0058]
Such an ink jet recording head of each embodiment constitutes a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 10 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus. As shown in FIG. 10, in the recording head units 1A and 1B having the ink jet recording head, cartridges 2A and 2B constituting ink supply means are detachably provided, and a carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted. Is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus body 4 so as to be movable in the axial direction. The recording head units 1A and 1B, for example, are configured to eject a black ink composition and a color ink composition, respectively. The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is moved along the carriage shaft 5. The On the other hand, the apparatus body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown) is conveyed onto the platen 8. It is like that.
[0059]
In addition, the ink jet recording head that discharges ink as an example of the liquid ejecting head has been described as an example. However, the present invention broadly covers liquid ejecting heads and liquid ejecting apparatuses in general. Examples of the liquid ejecting head include a recording head used in an image recording apparatus such as a printer, a color material ejecting head used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an organic EL display, and an electrode formation such as an FED (surface emitting display). Electrode material ejecting heads used in manufacturing, bioorganic matter ejecting heads used in biochip manufacturing, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a recording head according to a first embodiment.
2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of the recording head according to the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a layer structure of the piezoelectric element according to the first embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a recording head according to the first embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment.
6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a recording head according to Embodiment 1. FIG.
7 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a recording head according to Embodiment 1. FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the recording head according to the first embodiment.
FIG. 9 is a plan view and a cross-sectional view of a recording head according to a second embodiment.
FIG. 10 is a schematic diagram of a recording apparatus according to an embodiment of the invention.
[Explanation of symbols]
10 flow path forming substrate, 12 pressure generating chamber, 20 nozzle plate, 21 nozzle opening, 30 sealing substrate, 40 compliance substrate, 50 elastic film, 55 insulator film, 60 lower electrode film, 70 piezoelectric layer, 71 ferroelectric Body film, 72 ferroelectric precursor film, 80 upper electrode film, 90 lead electrode,
300 Piezoelectric element

Claims

A flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for injecting liquid is formed; a lower electrode provided on one surface side of the flow path forming substrate via a diaphragm; a piezoelectric layer; A liquid ejecting head comprising a piezoelectric element comprising electrodes,
At least one end of the lower electrode constituting the piezoelectric element is patterned in a region facing the pressure generating chamber, the piezoelectric layer is constituted by a plurality of ferroelectric films, and a plurality of these The first ferroelectric film, which is the lowest layer of the ferroelectric films of the layers, is formed only on the lower electrode, and the other ferroelectric film is formed on one end face of the lower electrode and the first ferroelectric film. The crystal density of the first ferroelectric film and the second ferroelectric film formed on the first ferroelectric film is formed so as to cover the end face of the body film. A liquid ejecting head having a higher crystal density than each of the remaining ferroelectric films formed on the body film.

2. The thickness of the first ferroelectric film and the second ferroelectric film formed on the first ferroelectric film is formed on the second ferroelectric film. A liquid ejecting head having a thickness smaller than a thickness of each of the remaining ferroelectric films.

3. The liquid jet head according to claim 1, wherein end surfaces of the lower electrode and the first ferroelectric film are inclined surfaces inclined with respect to the vibration plate.

4. The method according to claim 1, wherein a crystal seed serving as a nucleus of the crystal of the piezoelectric layer is continuously formed from the first ferroelectric film over the surface of the diaphragm. A liquid ejecting head.

5. The liquid ejecting head according to claim 1, further comprising: a metal layer electrically disconnected from the lower electrode on the diaphragm in the vicinity of an end of the piezoelectric layer.

A liquid ejecting apparatus comprising the liquid ejecting head according to claim 1.

A flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for injecting liquid is formed, a lower electrode film provided on a region on one side of the flow path forming substrate via a diaphragm, and the lower electrode A piezoelectric element comprising a piezoelectric layer composed of a plurality of ferroelectric films provided on the film and an upper electrode film provided on the piezoelectric layer, and constituting the piezoelectric element; At least one end of the lower electrode film is patterned in a region facing the pressure generating chamber, the piezoelectric layer is composed of a plurality of ferroelectric films, and among the plurality of ferroelectric films A first ferroelectric film that is the lowermost layer of the first electrode is formed only on the lower electrode film, and another ferroelectric film covers one end face of the lower electrode film and the end face of the first ferroelectric film. A method of manufacturing a liquid jet head formed by:
Forming the lower electrode film on the surface of the flow path forming substrate; forming a ferroelectric precursor film on the lower electrode film with a predetermined thickness; and degreasing and firing the first precursor film. A step of forming a ferroelectric film, a step of patterning the lower electrode film and the first ferroelectric film into a predetermined shape, and a ferroelectric precursor having a predetermined thickness on the first ferroelectric film. Forming a second ferroelectric film by degreasing and firing it, and forming a ferroelectric precursor film with a predetermined thickness on the second ferroelectric film, degreasing and The step of forming the ferroelectric film having a predetermined thickness by forming the remaining ferroelectric film on the second ferroelectric film by repeating the step of firing and forming the ferroelectric film a plurality of times. And forming the upper electrode film on the piezoelectric layer, patterning the upper electrode film and the piezoelectric layer, and A step of forming an element, and when degreasing the first and second ferroelectric films, the temperature rise rate is lower than the temperature rise rate when degreasing the remaining ferroelectric film. A method for manufacturing a liquid jet head, comprising heating.

In claim 7, after forming the ferroelectric precursor film one layer, degreasing and firing to form the first and second ferroelectric films, after forming two or more ferroelectric films, A method of manufacturing a liquid ejecting head, wherein the remaining ferroelectric film is formed by degreasing and baking.

9. The crystal seed serving as a crystal nucleus of the piezoelectric layer on the first ferroelectric film after patterning the lower electrode film and the first ferroelectric film according to claim 7 or 8. A method for manufacturing a liquid ejecting head, comprising a step of continuously forming the surface over the surface of the diaphragm.

10. The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 7, wherein the lower electrode film and the first ferroelectric film are patterned by ion milling.

The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 7, wherein the ferroelectric precursor film is formed by a sol-gel method.