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JPH11307832A - Piezoelectric thin film element, manufacturing method thereof, and ink jet recording head - Google Patents

Piezoelectric thin film element, manufacturing method thereof, and ink jet recording head

Info

Publication number
JPH11307832A
JPH11307832A JP11509398A JP11509398A JPH11307832A JP H11307832 A JPH11307832 A JP H11307832A JP 11509398 A JP11509398 A JP 11509398A JP 11509398 A JP11509398 A JP 11509398A JP H11307832 A JPH11307832 A JP H11307832A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
piezoelectric thin
thin film
substrate
protective
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11509398A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masami Murai
正己 村井
Manabu Nishiwaki
学 西脇
Kazuo Hashimoto
和生 橋本
Toshihiko Abu
俊彦 阿武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Ube Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Ube Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp, Ube Industries Ltd filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP11509398A priority Critical patent/JPH11307832A/en
Priority to DE69839540T priority patent/DE69839540D1/en
Priority to EP98111356A priority patent/EP0886328B1/en
Priority to US09/100,882 priority patent/US6147438A/en
Publication of JPH11307832A publication Critical patent/JPH11307832A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】保護膜と基板との密着性が劣化していない圧電
体薄膜素子を提供する。 【解決手段】 圧電体薄膜素子の基板12のほぼ全面上
に保護膜14を形成する。この保護膜上にPZT膜のパ
ターンに従って形成され圧電体薄膜を成長させて成形す
る際の基礎となる基礎層16とを備え、圧電体薄膜がこ
の基礎層上に形成されたことを特徴とする。
(57) [Problem] To provide a piezoelectric thin film element in which adhesion between a protective film and a substrate is not deteriorated. SOLUTION: A protection film 14 is formed on almost the entire surface of a substrate 12 of the piezoelectric thin film element. A base layer 16 formed on the protective film in accordance with the pattern of the PZT film and serving as a base when growing and forming the piezoelectric thin film, wherein the piezoelectric thin film is formed on the base layer. .

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、インクジ
ェット式記録ヘッド、マイクロポンプ等のマイクロアク
チュエータとして使用される薄膜圧電体素子、及びその
製造方法に係わり、詳しくは、水熱合成法により圧電特
性に優れた圧電体薄膜を基板上に選択的に形成した薄膜
圧電体素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film piezoelectric element used as a microactuator such as an ink jet recording head and a micropump, and a method of manufacturing the same. The present invention relates to a thin-film piezoelectric element in which a piezoelectric thin film excellent in quality is selectively formed on a substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、電気的エネルギーを機械的エ
ネルギーに変換する素子として、圧電体薄膜を共通電極
としての下部電極と個別電極としての上部電極とで挟ん
だ構造を備える圧電体薄膜素子が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an element for converting electric energy into mechanical energy, a piezoelectric thin film element having a structure in which a piezoelectric thin film is sandwiched between a lower electrode as a common electrode and an upper electrode as an individual electrode is known. Are known.

【0003】この圧電体薄膜素子は、例えば、インクジ
ェット式記録ヘッド等のアクチュエータとして使用され
る。圧電体薄膜素子を、例えば、インクジェット式記録
ヘッド等のアクチュエータとして使用する場合、圧電体
薄膜として通常、1μmから10μm程度の膜厚が要求
される。
[0003] The piezoelectric thin film element is used, for example, as an actuator for an ink jet recording head or the like. When the piezoelectric thin film element is used, for example, as an actuator of an ink jet recording head or the like, the thickness of the piezoelectric thin film is usually required to be about 1 μm to 10 μm.

【0004】圧電体薄膜として、例えば、チタン酸ジル
コン酸鉛からなる膜(以下、「PZT膜」と言う。)が
一般的である。このPZT膜は、スパッタ法等の物理的
気相成長法(PVD)、化学的気相成長法(CVD)、
ゾルゲル法等のスピンコート法、又は水熱合成法等によ
って製造される。
As a piezoelectric thin film, for example, a film made of lead zirconate titanate (hereinafter referred to as "PZT film") is generally used. This PZT film can be formed by physical vapor deposition (PVD) such as sputtering, chemical vapor deposition (CVD),
It is manufactured by a spin coating method such as a sol-gel method or a hydrothermal synthesis method.

【0005】これらの成膜方法のなかでも、200℃以
下の低温環境下で反応を進めることができ、クラックの
発生が抑制されることから、最近では水熱合成法の利用
が盛んに検討されている。
Among these film forming methods, the reaction can proceed in a low-temperature environment of 200 ° C. or less, and the generation of cracks is suppressed. Therefore, the use of hydrothermal synthesis has been actively studied recently. ing.

【0006】この水熱合成法は、日本セラミックス協会
第15回電子材料研究討論会講演予稿集の「水熱合成法
によるPZT結晶膜の作製とその電気特性」(発行日1
995年10月2日)にあるように、チタン金属基板表
面にPZT種結晶を析出させる種結晶形成プロセスと、
次いで、PZT種結晶の上にさらにPZT結晶を析出・
成長させる結晶成長プロセスとを備えている。
[0006] This hydrothermal synthesis method is described in “Preparation of PZT Crystal Film by Hydrothermal Synthesis and Its Electrical Properties” in Proceedings of the 15th Electronic Materials Research Seminar of the Ceramic Society of Japan (published date 1
A seed crystal forming process of depositing a PZT seed crystal on the surface of a titanium metal substrate, as described on October 2, 995).
Next, another PZT crystal is deposited on the PZT seed crystal.
And a crystal growth process for growing.

【0007】特開平8−306980号公報は、この水
熱合成法を利用した、圧電素子ユニットの製造方法を明
らかにしている。その第1として、チタンを含まない基
板の所定位置にのみに成膜するマスク成膜法によってチ
タン層が形成されるか、あるいは基板の全面にチタン層
が成膜され、フォトエッチング法でPZTが形成される
部分だけチタン層が残され、このチタン層上にPZTが
形成することが示されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-306980 discloses a method for manufacturing a piezoelectric element unit using this hydrothermal synthesis method. First, a titanium layer is formed by a mask film forming method in which a film is formed only on a predetermined position of a substrate not containing titanium, or a titanium layer is formed on the entire surface of the substrate, and PZT is formed by photoetching. It is shown that a titanium layer is left only in a portion to be formed, and PZT is formed on the titanium layer.

【0008】第2として、チタンからなる基板上のPZ
T層が形成されない部分に、保護層としての白金が形成
されるか、或いは、基板全面に形成された保護層が、P
ZTを形成するパターンに合わせてエッチングされるこ
とが示されている。
Second, PZ on a substrate made of titanium
Platinum as a protective layer is formed on the portion where the T layer is not formed, or the protective layer formed on the entire surface of the substrate is
It is shown that the etching is performed in accordance with the pattern forming ZT.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平8−306980号公報に示された圧電ユニット素
子は、次のような問題を持っている。第1に、保護膜が
エッチングによってパターニングされると、水熱反応を
利用してPZT素子が形成される時、水熱反応に用いら
れるアルカリ溶液や、或いはエッチング液が保護膜の開
口部から保護膜の内部に浸み込み、保護膜と基板との間
の密着性が劣化して保護膜が基板から剥離されるおそれ
がある。
However, the piezoelectric unit element disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-306980 has the following problems. First, when the protective film is patterned by etching, when a PZT element is formed using a hydrothermal reaction, an alkaline solution or an etchant used for the hydrothermal reaction is protected from the opening of the protective film. There is a possibility that the protective film is soaked into the film, the adhesion between the protective film and the substrate is deteriorated, and the protective film is separated from the substrate.

【0010】第2に、この従来例では、保護膜としての
白金層の厚さが薄い場合、保護層としての機能が損なわ
れ、白金上にPZTの種結晶が析出することになって、
インクジェット式記録ヘッドのような細密なパターンが
形成されない。
Second, in this conventional example, when the thickness of the platinum layer as the protective film is small, the function as the protective layer is impaired, and PZT seed crystals are deposited on platinum.
A fine pattern unlike an ink jet recording head is not formed.

【0011】そこで、この発明はこのような問題を解決
するために、保護膜と基板との密着性が劣化していない
圧電体薄膜素子を提供することを目的とする。本発明
は、また、インクジェット式記録ヘッドのような微細な
圧電体薄膜のパターンが形成された圧電体薄膜素子を提
供することを目的とする。本発明は、また、これらの圧
電体薄膜素子を形成するための製造方法を提供すること
を目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric thin-film element in which the adhesion between a protective film and a substrate is not deteriorated in order to solve such a problem. Another object of the present invention is to provide a piezoelectric thin film element having a fine piezoelectric thin film pattern formed thereon, such as an ink jet recording head. Another object of the present invention is to provide a manufacturing method for forming these piezoelectric thin film elements.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明はこのような目的
を達成するために、基板上に形成された保護膜をエッチ
ングすることなく、チタン層等の基礎膜を介して圧電体
薄膜を基礎膜上に選択的に成長させたことを特徴とする
ものである。このような特徴を備えることにより、本発
明は、基板と保護膜との密着性を損なうことなく、微細
なパターンに形成された圧電体薄膜を持った素子を提供
できる。
According to the present invention, in order to achieve the above object, a piezoelectric thin film is formed through a base film such as a titanium layer without etching a protective film formed on a substrate. It is characterized by being selectively grown on a film. With such features, the present invention can provide an element having a piezoelectric thin film formed in a fine pattern without impairing the adhesion between the substrate and the protective film.

【0013】さらに、本発明の特徴の第2は、保護膜を
50nm以上の膜厚から形成して膜構造を緻密にし、例
えば、この保護膜の上にほぼ水熱合成法によって作られ
る圧電体薄膜素子の種結晶が析出しないようにしたもの
である。この結果、本発明は、微細な圧電体薄膜素子の
パターンを持つ圧電体薄膜素子を提供することができ
る。
A second feature of the present invention is that a protective film is formed with a thickness of 50 nm or more to make the film structure dense, and, for example, a piezoelectric material substantially formed on this protective film by a hydrothermal method. This is to prevent seed crystals of the thin film element from being deposited. As a result, the present invention can provide a piezoelectric thin film element having a fine piezoelectric thin film element pattern.

【0014】すなわち、本発明は、圧電体薄膜が基板上
に所定のパターンを持って形成され、前記圧電体薄膜に
共通電極及び個別電極を介して通電することによって変
形を生じさせるようにした圧電体薄膜素子において、前
記基板のほぼ全面上に、この基板に直接前記圧電体薄膜
が形成されないように当該基板を保護する保護層と、こ
の保護膜上に前記パターンに従って形成され、前記圧電
体薄膜を成長させて成形する際の基礎となる基礎層と、
を備え、前記圧電体薄膜がこの基礎層上に形成されたこ
とを特徴とする圧電体薄膜素子である。
That is, according to the present invention, a piezoelectric thin film is formed on a substrate in a predetermined pattern, and the piezoelectric thin film is deformed by energizing the piezoelectric thin film through a common electrode and an individual electrode. A protective layer for protecting the substrate so that the piezoelectric thin film is not formed directly on the substrate, on the substantially entire surface of the substrate, and the piezoelectric thin film formed on the protective film in accordance with the pattern; A base layer that forms the basis for growing and forming
And the piezoelectric thin film is formed on the base layer.

【0015】圧電体薄膜素子の構造が考慮されると、こ
の保護膜が共通電極であることが好適である。基礎膜
は、例えば、圧電体薄膜に対する種結晶を形成するため
の膜である。好適には、圧電体薄膜は水熱合成法を利用
して形成されたPZT膜からなり、基礎膜はこのPZT
膜に対する種結晶を形成するためのチタン膜からなる。
圧電体薄膜がPZT膜からなる場合、保護膜は、金、白
金、又はイリジウムから選択される。特に好ましくは白
金である。この保護膜は、その表面に前記圧電体薄膜の
種結晶をほぼ形成しない程度の膜厚を持って形成される
ことが好適である。保護膜が白金からなり、かつ、50
nm以上の膜厚であることが好ましい。
Considering the structure of the piezoelectric thin film element, it is preferable that this protective film is a common electrode. The base film is, for example, a film for forming a seed crystal for the piezoelectric thin film. Preferably, the piezoelectric thin film is composed of a PZT film formed by using a hydrothermal synthesis method, and the base film is formed of the PZT film.
It consists of a titanium film for forming a seed crystal for the film.
When the piezoelectric thin film is made of a PZT film, the protective film is selected from gold, platinum, and iridium. Particularly preferred is platinum. It is preferable that the protective film is formed to have a thickness such that seed crystals of the piezoelectric thin film are not substantially formed on the surface thereof. The protective film is made of platinum, and 50
The thickness is preferably not less than nm.

【0016】本発明は、さらに、この圧電体薄膜素子を
インク吐出用の駆動源として利用したインクジェット式
記録ヘッド等の機械的アクチュエータを対象とするもの
である。さらにまた、本発明は、圧電体薄膜が基板上に
所定のパターンを持って形成し、さらに、前記圧電体薄
膜に対する共通電極及び個別電極を形成するようにした
圧電体薄膜素子の製造方法において、前記基板のほぼ全
面上に、この基板に直接前記圧電体薄膜が形成されない
ように当該基板を保護する保護層を形成する工程と、こ
の保護膜上に前記パターンに従って、前記圧電体薄膜を
成長させて成形する際の基礎となる基礎層を形成する工
程と、この基礎膜上に前記圧電体薄膜を選択的に形成す
る工程と、を備えることを特徴とするものである。
The present invention is further directed to a mechanical actuator such as an ink jet recording head using the piezoelectric thin film element as a driving source for discharging ink. Still further, the present invention provides a method of manufacturing a piezoelectric thin film element, wherein a piezoelectric thin film is formed with a predetermined pattern on a substrate, and further, a common electrode and an individual electrode for the piezoelectric thin film are formed. Forming a protective layer on almost the entire surface of the substrate to protect the substrate so that the piezoelectric thin film is not formed directly on the substrate; and growing the piezoelectric thin film on the protective film according to the pattern. And a step of selectively forming the piezoelectric thin film on the base film.

【0017】本発明において、「全面」とは基板上の全
ての面を意味すると限定的に解釈されるべきではない。
基板上に圧電体薄膜が形成される区画の範囲内である。
また、基礎膜とは、圧電体薄膜を保護膜上に選択的に形
成する際に、それを補助するための膜であり、例えば、
請求項に記載のようなものである。
In the present invention, "entire surface" is not to be construed as limiting as meaning all surfaces on the substrate.
This is within the range where the piezoelectric thin film is formed on the substrate.
In addition, the base film is a film for assisting when selectively forming the piezoelectric thin film on the protective film, for example,
It is as described in the claims.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。図1は、薄膜圧電体素
子の断面構造を示すものである。この圧電体素子10
は、インクジェット記録ヘッドに使用されるものであ
り、インクキャビティ20上に圧電体薄膜18膜が配置
されている。以下、この圧電体素子の構造を、薄膜圧電
体素子の製造工程に言及しながら説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a sectional structure of a thin film piezoelectric element. This piezoelectric element 10
Is used for an ink jet recording head. A piezoelectric thin film 18 is disposed on an ink cavity 20. Hereinafter, the structure of the piezoelectric element will be described with reference to the manufacturing process of the thin film piezoelectric element.

【0019】基板(例えば、ニッケル電鋳基板)12上
に、白金からなる保護膜14を基板の全面に形成する。
この保護膜14は、好適には50nm以上の膜厚で形成
される。特に、100nm以上であることが良い。この
保護膜の膜厚の上限は、白金の膜応力が小さい1μm以
下であることが好ましい。この保護膜は、例えば、スパ
ッタリングで形成される。スパッタリングの具体的条件
は、DCスパッタリング装置では基板加熱150℃、出
力1000Wで成膜し膜厚は200nmである。
On a substrate (for example, a nickel electroformed substrate) 12, a protective film 14 made of platinum is formed on the entire surface of the substrate.
This protective film 14 is preferably formed with a thickness of 50 nm or more. In particular, the thickness is preferably 100 nm or more. The upper limit of the thickness of the protective film is preferably 1 μm or less, where the film stress of platinum is small. This protective film is formed, for example, by sputtering. The specific conditions of the sputtering are as follows. In a DC sputtering apparatus, the substrate is heated at 150 ° C. and the output is 1000 W, and the film thickness is 200 nm.

【0020】次いで、この白金からなる保護層14の全
面上に、チタンからなる基礎層16を形成する。白金
は、後述のPZTの種結晶が所定のパターンを越えて基
板上に形成されることを妨げる。チタンは、PZTの種
結晶を析出させ、かつ、この種結晶を核としてPZT膜
をさらに成長形成させる。PZTの種結晶として、PZ
TのPbの一部をSr又はBaで置換したものも使用で
きる。チタン層の形成も保護層と同様にスパッタリング
に依ることができる。チタン層の膜厚は、0.5〜1μ
m程度である。
Next, a base layer 16 made of titanium is formed on the entire surface of the protective layer 14 made of platinum. Platinum prevents a PZT seed crystal described later from being formed on a substrate beyond a predetermined pattern. Titanium precipitates a seed crystal of PZT and further grows and forms a PZT film using the seed crystal as a nucleus. As a seed crystal of PZT, PZT
T in which a part of Pb is substituted with Sr or Ba can also be used. The formation of the titanium layer can also depend on sputtering, as in the case of the protective layer. The thickness of the titanium layer is 0.5 to 1 μm.
m.

【0021】次に、チタン膜を過酸化水素水とアンモニ
アの混合溶液によって、レジストを用いたフォトリソ法
に基づいて、特定のパターン、即ち、インクキャビティ
上20にチタン層が残るパターンにエッチングする。次
に、基板12上のチタン膜16上に、PZT種結晶を以
下に示す方法で形成する。
Next, the titanium film is etched by a mixed solution of aqueous hydrogen peroxide and ammonia into a specific pattern, that is, a pattern in which the titanium layer remains on the ink cavity 20, based on a photolithography method using a resist. Next, a PZT seed crystal is formed on the titanium film 16 on the substrate 12 by the following method.

【0022】硝酸鉛(Pb(NO)水溶液、オキ
シ塩化ジルコニウム(ZrOCl・8HO)水溶
液、四塩化チタン(TiCl)水溶液、及び水酸化カ
リウム水溶液、必要に応じて硝酸ストロンチウムまたは
塩化バリウム水溶液を混合して調製された反応液に、前
述した基板を浸漬し、140℃で水熱処理を行う。
The lead nitrate (Pb (NO 3) 2) aqueous solution of zirconium oxychloride (ZrOCl 2 · 8H 2 O) aqueous solution, titanium tetrachloride (TiCl 4) aqueous solution, and aqueous potassium hydroxide, strontium nitrate as necessary or The above-described substrate is immersed in a reaction solution prepared by mixing an aqueous barium chloride solution, and a hydrothermal treatment is performed at 140 ° C.

【0023】この反応では、チタン膜16から溶出する
Ti源及び反応溶液中のTi源と反応液中のPb源、Z
r源とを反応させてPZT種結晶(圧電体薄膜種結晶)
をチタン層表面に0.1μmの厚さで形成した。このと
き、保護膜である白金は、前記反応溶液と反応を起こさ
ないために、チタン膜16にのみPZT種結晶6が形成
されることになる。
In this reaction, the Ti source eluted from the titanium film 16, the Ti source in the reaction solution, the Pb source in the reaction solution,
PZT seed crystal (piezoelectric thin film seed crystal) by reacting with r source
Was formed with a thickness of 0.1 μm on the surface of the titanium layer. At this time, PZT seed crystal 6 is formed only on titanium film 16 because platinum, which is a protective film, does not react with the reaction solution.

【0024】次いで、PZT種結晶上に、水熱合成法に
よりPZT膜18を成長させる。この水熱反応で使用す
る反応溶液として、硝酸鉛(Pb(NO)水溶
液、オキシ塩化ジルコニウム(ZrOCl)水溶液、
四塩化チタン(TiCl)水溶液、及び水酸化カリウ
ム(KOH)水溶液を混合したものを使用できる。
Next, a PZT film 18 is grown on the PZT seed crystal by hydrothermal synthesis. As a reaction solution used in the hydrothermal reaction, a lead nitrate (Pb (NO 3 ) 2 ) aqueous solution, a zirconium oxychloride (ZrOCl 2 ) aqueous solution,
A mixture of an aqueous solution of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) and an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) can be used.

【0025】PZT種結晶6を形成した基板12の裏面
にフッ素樹脂をコーティングして、150℃の前記反応
溶液に投入し、12時間水熱処理を行ったところ、PZ
T膜が10μmまで成長した。
The back surface of the substrate 12 on which the PZT seed crystal 6 was formed was coated with a fluororesin, charged into the reaction solution at 150 ° C., and subjected to a hydrothermal treatment for 12 hours.
The T film grew to 10 μm.

【0026】この一連の工程では、保護膜をエッチング
する工程を経ていないので、保護膜の開口部から、エッ
チング液や水熱合成法に使用されるアルカリ液が浸透し
ないために、保護膜の基板に対する密着性が損なわれる
ことがない。したがって、チタン層の上にのみPZT膜
を選択的に形成することが可能となる。
In this series of steps, since the step of etching the protective film has not been performed, the etching solution or the alkaline solution used in the hydrothermal synthesis method does not penetrate through the opening of the protective film. There is no loss of adhesion to Therefore, the PZT film can be selectively formed only on the titanium layer.

【0027】PZT膜の上に個別電極(上部電極)22
を積層形成するとインクジェット記録式プリンタヘッド
が完成する。このヘッドにおける下部電極は、導電性を
持った白金、すなわち保護膜14である。すなわち、こ
の圧電体薄膜素子では、保護膜が下部電極を兼ねる。
An individual electrode (upper electrode) 22 is formed on the PZT film.
Are formed, an ink jet recording type printer head is completed. The lower electrode in this head is platinum having conductivity, that is, the protective film 14. That is, in this piezoelectric thin film element, the protective film also serves as the lower electrode.

【0028】前記基板12としては、ニッケル電鋳基板
を用いたがこれに限られず、シリコン基板、その他の金
属やセラミックスを加工したものや、ポリサルフォン等
の高分子材料の成型品を使用することができる。
As the substrate 12, a nickel electroformed substrate is used. However, the present invention is not limited to this. For example, a silicon substrate, another metal or ceramic processed, or a molded product of a polymer material such as polysulfone may be used. it can.

【0029】前記基板のインクキャビティ側に、インク
キャビティ内のインクを吐出するためのノズル口を持っ
たノズル板を接着することにより、インクジェット式記
録ヘッドが完成される。
An ink jet recording head is completed by bonding a nozzle plate having a nozzle port for discharging ink in the ink cavity to the ink cavity side of the substrate.

【0030】チタンを含む基板上の保護膜を、所定のパ
ターンでエッチングイオンミリングを用いてエッチング
し、既述と同様な水熱合成法を適用してPZT膜を形成
した場合には、前述の水熱反応が保護膜と基板との隙間
に侵入し、保護膜が剥離したり、不要部分にPZT膜が
形成されてしまい望む微細な圧電体薄膜を形成すること
が困難となる。
When the protective film on the titanium-containing substrate is etched in a predetermined pattern using etching ion milling, and the PZT film is formed by applying the same hydrothermal synthesis method as described above, A hydrothermal reaction enters the gap between the protective film and the substrate, and the protective film is peeled off or a PZT film is formed at an unnecessary portion, which makes it difficult to form a desired fine piezoelectric thin film.

【0031】これに対して、保護膜をエッチグすること
なく、チタン層を所定のパターンで形成し、次いでPZ
T膜を形成した圧電体薄膜では、Pt膜厚が100nm
であり保護膜上にPZT膜が形成された平面である図2
(200倍画像写真)に示すように、保護膜と基板との
間に剥離が生じたり、不要部分にPZT膜が形成されな
いことが分かる。
On the other hand, without etching the protective film, a titanium layer is formed in a predetermined pattern.
In the piezoelectric thin film on which the T film is formed, the Pt film thickness is 100 nm.
FIG. 2 is a plane in which a PZT film is formed on a protective film.
As shown in (200 × image photograph), it can be seen that peeling does not occur between the protective film and the substrate, and that the PZT film is not formed in unnecessary portions.

【0032】次に、保護膜であるPtの膜厚を50nm
より小さい30nmにし、その上に水熱合成法を適用し
てPZT膜を形成した平面である図3(200倍画像写
真)の場合は、保護膜上にPZT膜が部分的に形成され
た。この理由は、白金の膜厚が小さいと、スパッタリン
グの時の不安定な層の影響を受け手白金と水熱反応の反
応溶液が反応する場合もあることに因るものと考えられ
る。
Next, the thickness of the protective film Pt is set to 50 nm.
In the case of FIG. 3 (200 × image photograph), which is a plane in which a PZT film is formed by applying a hydrothermal synthesis method to a smaller 30 nm, a PZT film was partially formed on the protective film. It is considered that the reason for this is that if the platinum film thickness is small, the platinum may react with the hydrothermal reaction solution under the influence of the unstable layer at the time of sputtering.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
保護膜と基板との密着性が劣化していない圧電体薄膜素
子が提供される。インクジェット式記録ヘッドのような
緻密な圧電体薄膜のパターンが形成された圧電体薄膜素
子が提供される。
As described above, according to the present invention,
Provided is a piezoelectric thin film element in which the adhesion between a protective film and a substrate is not deteriorated. Provided is a piezoelectric thin film element on which a dense piezoelectric thin film pattern is formed, such as an ink jet recording head.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】圧電体薄膜素子の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a piezoelectric thin film element.

【図2】Pt膜厚が100nmであり保護膜上にPZT
膜が形成された状態を示す、200倍電子顕微鏡写真で
ある。
FIG. 2 shows a Pt film having a Pt film thickness of 100 nm and a PZT film formed on a protective film.
It is a 200 times electron microscope photograph which shows the state in which the film was formed.

【図3】Pt膜厚が30nmである場合の同様な顕微鏡
写真である。
FIG. 3 is a similar photomicrograph when the Pt film thickness is 30 nm.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 圧電体素子 12 基板 14 保護膜 16 基礎層 18 圧電体薄膜 20 インクキャビティ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Piezoelectric element 12 Substrate 14 Protective film 16 Base layer 18 Piezoelectric thin film 20 Ink cavity

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 和生 山口県宇部市大字小串1978番地の5 宇部 興産株式会社宇部研究所内 (72)発明者 阿武 俊彦 山口県宇部市大字小串1978番地の5 宇部 興産株式会社宇部研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Kazuo Hashimoto, Inventor, Ube City, Ube City, Yamaguchi Prefecture, 5, 1978 Kobe, Ube Research Institute (72) Inventor Toshihiko Abu, 1978 Kobe, Ube City, Yamaguchi Prefecture, 1978, 5 Ube, Ube City Kosan Co., Ltd.

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電体薄膜が基板上に所定のパターンを
持って形成され、前記圧電体薄膜に共通電極及び個別電
極を介して通電することによって変形を生じさせるよう
にした圧電体薄膜素子において、 前記基板のほぼ全面上に、この基板に直接前記圧電体薄
膜が形成されないように当該基板を保護する保護層と、 この保護膜上に前記パターンに従って形成され、前記圧
電体薄膜を成長させて成形する際の基礎となる基礎層
と、を備え、 前記圧電体薄膜がこの基礎層上に形成されたことを特徴
とする圧電体薄膜素子。
1. A piezoelectric thin film element in which a piezoelectric thin film is formed with a predetermined pattern on a substrate, and the piezoelectric thin film is deformed by energizing the piezoelectric thin film via a common electrode and an individual electrode. A protective layer for protecting the substrate so that the piezoelectric thin film is not formed directly on the substrate, on substantially the entire surface of the substrate; and forming the piezoelectric thin film on the protective film in accordance with the pattern. A piezoelectric thin film element, comprising: a base layer that is a base for molding; and the piezoelectric thin film is formed on the base layer.
【請求項2】 前記保護膜が前記共通電極であり、さら
に、前記圧電体薄膜素子上に前記個別電極が形成されて
なる圧電体薄膜素子。
2. The piezoelectric thin-film element in which the protective film is the common electrode and the individual electrodes are formed on the piezoelectric thin-film element.
【請求項3】 前記基礎膜が、前記圧電体薄膜に対する
種結晶を形成するための膜である請求項2記載の圧電体
薄膜素子。
3. The piezoelectric thin film element according to claim 2, wherein the base film is a film for forming a seed crystal for the piezoelectric thin film.
【請求項4】 前記圧電体薄膜が水熱合成法を利用して
形成されたPZT膜からなり、前記基礎膜がこのPZT
膜に対する種結晶を形成するためのチタン膜からなる請
求項3記載の圧電体薄膜素子。
4. The piezoelectric thin film comprises a PZT film formed by using a hydrothermal synthesis method, and the base film comprises a PZT film.
4. The piezoelectric thin film element according to claim 3, comprising a titanium film for forming a seed crystal for the film.
【請求項5】 前記保護膜が金、白金、又はイリジウム
からなる請求項1記載の圧電体薄膜素子。
5. The piezoelectric thin-film element according to claim 1, wherein the protective film is made of gold, platinum, or iridium.
【請求項6】 前記保護膜が、その表面に前記圧電体薄
膜の種結晶をほぼ形成しない程度の膜厚を持って形成さ
れている請求項3記載の圧電体薄膜素子。
6. The piezoelectric thin film element according to claim 3, wherein the protective film is formed on the surface with a thickness such that seed crystals of the piezoelectric thin film are not substantially formed.
【請求項7】 前記保護膜が白金からなり、かつ、50
nm以上の膜厚から形成されている請求項6記載の圧電
体薄膜素子。
7. The protective film is made of platinum and has a thickness of 50.
7. The piezoelectric thin film element according to claim 6, which is formed with a thickness of at least nm.
【請求項8】 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の
前記圧電体薄膜素子をインク吐出用の駆動源としたイン
クジェット式記録ヘッド。
8. An ink jet recording head using the piezoelectric thin film element according to claim 1 as a driving source for discharging ink.
【請求項9】 圧電体薄膜が基板上に所定のパターンを
持って形成し、さらに、前記圧電体薄膜に対する共通電
極及び個別電極を形成するようにした圧電体薄膜素子の
製造方法において、 前記基板のほぼ全面上に、この基板に直接前記圧電体薄
膜が形成されないように当該基板を保護する保護層を形
成する工程と、 この保護膜上に前記パターンに従って、前記圧電体薄膜
を成長させて成形する際の基礎となる基礎層を形成する
工程と、 この基礎膜上に前記圧電体薄膜を選択的に形成する工程
と、 を備えることを特徴とする圧電体薄膜素子の製造方法。
9. A method of manufacturing a piezoelectric thin film element, wherein a piezoelectric thin film is formed on a substrate with a predetermined pattern, and further, a common electrode and an individual electrode for the piezoelectric thin film are formed. Forming a protective layer on almost the entire surface of the substrate to protect the substrate so that the piezoelectric thin film is not directly formed on the substrate; and growing and molding the piezoelectric thin film on the protective film according to the pattern. A step of forming a base layer that serves as a base when performing the method, and a step of selectively forming the piezoelectric thin film on the base film.
【請求項10】 前記基礎膜を前記圧電体薄膜を形成す
る際の種結晶を形成するための膜から形成する請求項9
記載の方法。
10. The base film is formed from a film for forming a seed crystal when forming the piezoelectric thin film.
The described method.
【請求項11】 前記圧電体薄膜を、水熱合成法を利用
して形成し、前記基礎膜を水熱合成法によって形成され
るPZT膜に対する種結晶を形成するチタン膜から形成
する請求項10記載の方法。
11. The piezoelectric thin film is formed using a hydrothermal synthesis method, and the base film is formed from a titanium film that forms a seed crystal for a PZT film formed by a hydrothermal synthesis method. The described method.
【請求項12】 前記保護膜を金、白金、又はイリジウ
ムから形成する請求項9記載の方法。
12. The method according to claim 9, wherein said protective film is formed of gold, platinum, or iridium.
【請求項13】 前記保護膜を、その表面に前記圧電体
薄膜の種結晶をほぼ形成しない程度の膜厚を持って形成
する請求項9記載の方法。
13. The method according to claim 9, wherein said protective film is formed to a thickness such that a seed crystal of said piezoelectric thin film is not substantially formed on its surface.
【請求項14】 前記保護膜を白金から形成し、かつ、
50nm以上の膜厚から形成する請求項13記載の方
法。
14. The protective film is formed of platinum, and
14. The method according to claim 13, which is formed from a film thickness of 50 nm or more.
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