晶体图案形成方法、压电膜制造方法、压电元件制造方法、液体排放头制造方法、铁电元件以及铁电元件制造方法

摘要

提供了一种用于在预定位置高精度地形成晶体图案的方法。晶体图案形成方法包括：用于在基板的表面中的一个上形成电磁波吸收层的电磁波吸收层形成处理；用于在电磁波吸收层上形成非晶形膜的非晶形膜形成处理；用于在基板的表面中的另一个上形成用于阻挡电磁波的电磁波阻挡遮罩的遮罩形成处理；以及用于利用电磁波从基板的表面中的另一个、穿过电磁波阻挡遮罩使基板被照射以使非晶形膜中的给定区域结晶的结晶处理。

说明书

技术领域

此处的公开大体上涉及晶体图案形成方法，压电膜制造方法，压电元件制造方法，液体排放头制造方法，铁电元件，以及铁电元件制造方法。

背景技术

压电元件具有在电信号和位移或者压力之间转换的特性，并且因此被用于包括传感器，致动器等等的各种装置。例如，PZT被用作压电元件。作为用于形成PZT晶体膜(压电膜)的方法，例如，具有一种方法，用于以溶胶-凝胶方法(CSD方法)，以溅镀方法，或者以CVD方法在基板上形成非晶形PZT膜，并且在电炉中加热非晶形PZT膜例如以使非晶形PZT膜结晶。

然而，在以上述方法制造PZT晶体膜的情形中，不仅非晶形PZT膜被加热，而且整个基板也被加热。为此，需要使用耐热性的基板。此外，在另一个结构或元件也被布置在基板上的情形中，不需要加热处理的另一个部件(例如上述的另一个结构或元件)也被加热。这可能引起由于热应力的热损伤或者在尺寸精确度上的偏差，并且因此可能使性能急剧下降。

因此，代替加热整个基板，用于局部加热给定区域的方法已被提出。例如，用于形成PZT晶体膜的技术被公开，该技术通过在覆盖有白金膜的硅基板上形成非晶形PZT膜，并且使用穿透硅基板的激光束局部加热非晶形PZT膜以使非晶形PZT膜结晶(例如，参见专利文献1)。

[相关的现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]

日本未经审查的专利申请公报No.2014-154581

发明内容

[本发明要解决的问题]

然而，在上述技术中，当压电元件与另一个装置集成在单个基板上时，难以控制通过激光束的扫描位置。此外，由于被激光束扫描的面积取决于激光束的射束尺寸，因此不能灵活地改变扫描面积。因此，在预定位置高精度地形成PZT晶体膜的晶体图案变得困难。

鉴于以上情形，本公开被创作并且具有提供用于在预定位置高精度地形成晶体图案的方法的目标。

[解决问题的手段]

在一个实例中，晶体图案形成方法包括：用于在基板的一个表面上形成电磁波吸收层的电磁波吸收层形成处理；用于在电磁波吸收层上形成非晶形膜的非晶形膜形成处理；用于在基板的另一个表面上形成阻挡电磁波的电磁波阻挡遮罩的遮罩形成处理；以及用于使基板从基板的另一个表面、穿过电磁波阻挡遮罩被电磁波照射，以使非晶形膜中的给定区域结晶的结晶处理。

[发明的有益效果]

根据本公开的一个方面，提供用于在预定位置高精度地形成晶体图案的方法。

附图说明

[图1A]图1A是用于说明第一实施例中的晶体图案形成方法的横断面视图。

[图1B]图1B是用于说明第一实施例中的晶体图案形成方法的另一个横断面视图。

[图1C]图1C是用于说明第一实施例中的晶体图案形成方法的进一步的另一个横断面视图。

[图2A]图2A是用于说明第二实施例中的晶体图案形成方法的横断面视图。

[图2B]图2B是用于说明第二实施例中的晶体图案形成方法的另一个横断面视图。

[图2C]图2C是用于说明第二实施例中的晶体图案形成方法的进一步的另一个横断面视图。

[图3A]图3A是用于说明第二实施例中的晶体图案形成方法的进一步的另一个横断面视图。

[图3B]图3B是用于说明第二实施例中的晶体图案形成方法的进一步的另一个横断面视图。

[图4A]图4A是用于说明第三实施例中的晶体图案形成方法的横断面视图。

[图4B]图4B是用于说明第三实施例中的晶体图案形成方法的另一个横断面视图。

[图4C]图4C是用于说明第三实施例中的晶体图案形成方法的进一步的另一个横断面视图。

[图5A]图5A是用于说明第四实施例中的晶体图案形成方法的横断面视图。

[图5B]图5B是用于说明第四实施例中的晶体图案形成方法的另一个横断面视图。

[图5C]图5C是用于说明第四实施例中的晶体图案形成方法的进一步的另一个横断面视图。

[图6]图6是第五实施例中的压电元件的横断面视图。

[图7]图7是第六实施例中的液体排放头的横断面视图。

[图8]图8是第六实施例中的液体排放头的另一个横断面视图。

[图9]图9是第七实施例中的铁电元件的横断面视图。

[图10A]图10A是用于说明第七实施例中的晶体图案形成方法的横断面视图。

[图10B]图10B是用于说明第七实施例中的晶体图案形成方法的另一个横断面视图。

[图10C]图10C是用于说明第七实施例中的晶体图案形成方法的进一步的另一个横断面视图。

[图11A]图11A是用于说明第七实施例中的晶体图案形成方法的横断面视图。

[图11B]图11B是用于说明第七实施例中的晶体图案形成方法的另一个横断面视图。

[图11C]图11C是用于说明第七实施例中的晶体图案形成方法的进一步的另一个横断面视图。

[图12]图12是第八实施例中的铁电元件的横断面视图。

[图13A]图13A是用于说明第九实施例中的晶体图案形成方法的横断面视图。

[图13B]图13B是用于说明第九实施例中的晶体图案形成方法的另一个横断面视图。

[图13C]图13C是用于说明第九实施例中的晶体图案形成方法的进一步的另一个横断面视图。

[图14A]图14A是第十实施例中的铁电元件的横断面视图。

[图14B]图14B是第十实施例中的铁电元件的另一个横断面视图。

[图15]图15是用于说明第十一实施例中的晶体图案形成方法的横断面视图。

[图16]图16是用于说明第十一实施例中的晶体图案形成方法的横断面视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本公开的实施例。在每个附图中，是与先前定义的那些相同的部件的部件通过相同的数字被引用；因此，在一些情形下省略它们的描述。

<第一实施例>

在第一实施例中，说明了硅基板被用作基板的一个实例的情形，以及激光束被用作电磁波的一个实例的情形。然而，第一实施例不限于这些情形。此外，为了简单起见，电磁波吸收层被形成在上面的基板的表面可以被称为基板的一个表面，而电磁波阻挡层被形成在上面的表面可以被称为基板的另一个表面。

图1A至1C是用于说明第一实施例中的晶体图案形成方法的横断面视图。首先，在图1A示出的处理中，具有近似500μm厚度的硅基板10被准备。随后，在硅基板10的正面侧(一个表面侧)，二氧化硅膜(SiO₂膜)11，氧化钛膜(TiO_x膜)12，以及第一金属膜13被顺序叠加。注意，在本实施例中，说明白金膜(Pt膜)被用作第一金属膜13的一个实例。

具体地说，在硅基板10的正面上，具有近似600nm的厚度的二氧化硅膜11通过化学蒸镀(CVD)方法或者热氧化方法被形成。随后，在二氧化硅膜11上，具有近似50nm的厚度的氧化钛膜12通过例如溅镀方法或者CVD方法被叠加。此外，在氧化钛膜12上，例如，通过溅镀方法或者CVD方法，具有近似100nm的厚度的白金膜被叠加作为第一金属膜13。

注意，第一金属膜13具有作为电磁波吸收层的作用，该电磁波吸收层用于吸收电磁波以及用于加热被形成在第一金属膜13上的被加热目标层(例如非晶形PZT膜)，硅基板10从硅基板10的背面侧(另一个表面侧)被照射电磁波。因此，第一金属膜13需要被形成在被加热目标层的下侧。

进一步，在硅基板10的背面上，具有开口部200x的电磁波阻挡层200被形成。具体地说，在硅基板10的整个背面上，电磁波阻挡层200通过例如溅镀方法或者真空蒸镀方法被形成。然后，电磁波阻挡层200通过光刻方法或者蚀刻方法被部分地去除，以形成开口部200x。开口部200x的位置或者形状能够相应于要求形成的晶体图案而被确定。可以布置一个或多个开口部200x。

电磁波阻挡层200的材料可以是任意材料，只要其针对电磁波具有低透射率(具有光线阻挡功能的任意材料)，硅基板10从硅基板10的背面侧被照射电磁波。作为电磁波阻挡层200的材料，例如，例如Cr的金属能够被使用。电磁波阻挡层200的膜厚能够是例如近似200nm。Ni，Pt，Rh等等可以代替Cr被用作电磁波阻挡层200的材料。注意，根据本公开的一个方面，电磁波阻挡层200是电磁波阻挡遮罩的一个典型实例。

接下来，在图1B示出的处理中，例如，通过CSD方法，非晶形PZT膜15被形成在第一金属膜13上。具体地说，例如，作为原材料的乙酸铅，烷氧基锆，以及钛醇盐混合物被溶解到作为常用溶剂的甲氧基乙醇中，以被合成为作为均相溶剂的PZT前躯体溶液(PZT溶胶-凝胶液体)。在使用PbTiO₃将种子层形成在第一金属膜13上之后，例如，通过旋涂方法，合成的PZT前躯体溶液(PZT溶胶-凝胶液体)被涂覆在种子层上以形成PZT涂覆膜。例如，合成的PZT前躯体溶液的复合氧化物固体浓度能够例如基本上等于或者低于0.5克分子/升。然而，种子层不一定被形成，并且PZT涂覆膜可以被直接形成在第一金属膜13上，不用形成种子层。

然后，具有被形成在第一金属膜13上的PZT涂覆膜的硅基板10被放置在例如热板(未被示出)上，并且被加热以具有给定的温度(例如，近似220摄氏度)。这使溶剂蒸发并且使PZT涂覆膜热分解，由此产生固态的非晶形PZT膜15(非晶形膜)。

接下来，在图1C示出的处理中，利用例如连续振荡的激光束L从硅基板10的背面侧(另一个表面侧)，穿过电磁波阻挡层200，照射硅基板10，以使非晶形PZT膜15的给定区域结晶，并且因此PZT晶体膜16被形成。

关于激光束L的波长，轻易地被作为电磁波吸收层的第一金属膜13所吸收的任意波长能够被选择为适当的波长。然而，在本实施例中，作为一个实例，波长被设置为等于或者大于1200m(例如，1470nm)。注意，激光束L能够被配置为具有例如平顶射束轮廓，该平顶射束轮廓具有平坦的射束形状的前端。

激光束L穿透电磁波阻挡层200的开口部200x，并且到达第一金属膜13。在本实施例中被用作第一金属膜13的白金膜针对等于或者大于1200nm的波长具有非常大的吸收系数，以致吸收系数近似6×10⁵cm^-1。此外，例如，在具有100nm的膜厚的白金膜中，具有近似1200nm的波长的光的透射率等于或者小于1％。因此，具有近似1200nm的波长的照射硅基板10的激光束L的光能基本上被作为白金膜的第一金属膜13所吸收。

被第一金属膜13所吸收的激光束L的光能变为热能，并且热能加热第一金属膜13。在第一金属膜13中，相应于电磁波阻挡层200的开口部200x的形状的热分布被产生。第一金属膜13的热分布传递(扩散)到被形成在第一金属膜13的一个表面上的非晶形PZT膜15，并且非晶形PZT膜15从第一金属膜13侧被局部加热。这改变了非晶形PZT膜15的被加热部分的膜特性(使非晶形PZT膜15结晶)。因此，PZT晶体膜16被形成。注意，连续加热增加了PZT晶体膜16中的晶粒的颗粒尺寸，并且因此提高了晶体品质。

典型的非晶形PZT膜的结晶温度从近似600摄氏度至近似850摄氏度变化，并且显著地低于白金的熔点(1768摄氏度)。因此，通过控制入射到第一金属膜13的激光束L的能量密度和照射持续时间，非晶形PZT膜15被局部加热并且结晶，以便于形成晶体图案，而对第一金属膜13没有损伤。激光束L的能量密度能够被设置为例如近似1×10²W/cm²至1×10⁶W/cm²。照射持续时间能够被设置为例如近似1ms至200ms。

如上所述，在第一实施例中的晶体图案形成方法中，作为被加热目标层的非晶形PZT膜15被形成在作为电磁波吸收层的第一金属膜13的一个表面上。利用激光束L从硅基板10的另一个表面侧，穿过电磁波阻挡层200，局部照射硅基板10，该激光束L具有轻易地被第一金属膜13所吸收的波长。

该照射使得作为电磁波吸收层的第一金属膜13吸收激光束L的光能，并且局部加热第一金属膜13，并且也局部加热叠加在电磁波吸收层上的非晶形PZT膜15。在非晶形PZT膜15中的这样被局部加热的部分处，膜特性被改变(结晶)并且PZT晶体膜16被形成。也就是说，PZT晶体膜16的晶体图案相应于电磁波阻挡层200的开口部200x的尺寸和位置而被形成。由于开口部200x被高精度地形成在电磁波阻挡层200中的预定位置，所以PZT晶体膜16的晶体图案也被高精度地形成在预定位置。

此外，在第一实施例的晶体图案形成方法中，如图1C所示，在激光束L的射束尺寸上没有限制。因此，通过使用具有大射束宽度的激光束，具有不同尺寸的晶体图案被集中地形成在多个位置。此外，由于电磁波阻挡层200被形成在硅基板10的背面，甚至有强度分布存在于接近激光束L处，因此具有高精度的晶体图案通过使用激光束L的轮廓中的平坦部分而被形成。

注意，在本实施例中，已经说明形成PZT晶体膜的晶体图案的实例。然而，除了PZT晶体膜，ABO₃钙钛矿类型的晶体膜可以被使用。这样的ABO₃钙钛矿类型的晶体膜可以是包含铅的铁电体，或者也可以是不包含铅的铁电体。作为ABO₃钙钛矿类型的晶体膜而不是PZT晶体膜，例如，例如钛酸钡的无铅复合氧化物膜能够被使用。在这种情形下，钡醇盐混合物和钛醇盐混合物被用作原材料并且溶解在常用溶剂中，以便钛酸钡前躯体溶液能够被生成。

这些材料以通用的化学式ABO₃表示，其对应于具有主要组分A＝Pb，Ba或者Sr，以及B＝Ti，Zr，Sn，Ni，Mg或者Nb的复合氧化物。这样的复合氧化物的具体的表达式包括(Pb1-x,Ba)(Zr,Ti)O₃和(Pb1-x,Sr)(Zr,Ti)O₃，其中在A位置中的Pb的部分由Ba或者Sr代替。这样的替换能够利用二价元素实现，并且具有避免由加热处理期间铅的蒸发引起的性能减退的效果。

进一步，在本实施例中，已经说明使用具有大宽度和平顶射束轮廓的激光束L的实例。然而，具有高斯射束轮廓的激光束可以被使用。此外，在本实施例中，已经说明使用连续振荡的激光束L的实例，但是脉冲振荡激光束也可以被使用。

在本实施例中，已经描述对于作为电磁波吸收层的第一金属膜13使用白金膜的实例。然而，对于第一金属膜13，具有比PZT的结晶温度(近似650摄氏度)更高的熔点的另一个耐热膜可以被使用。作为这样的另一个耐热膜，例如，包括金属Ir，Pd，Rh，W，Fe，Ta，Ti，Cr，Ni，Zr，Au，和Cu中任何一个的金属膜能够被提及。可选择地，包括从La，Ni，Ir，Ti，Zn，Ru，Sr，Ca，Zr，Mo，Mn，Fe，Co，Sn，Sb，Bi，W以及Ta选择的金属元素中的至少一个的金属氧化物或者包括以上金属和以上金属氧化物中的任何一个的复合结构能够被提及。

在本实施例中，已经说明并且描述具有大于开口部200x的宽度的激光束L。然而，激光束L的宽度也可以窄于开口部200x。通过以重叠方式恰当地利用激光束L扫描和照射开口部200x多次，相同的效果是可以得到的。

在本实施例中，已经说明将电磁波阻挡层200形成为与硅基板10的背面相接触的实例。然而，电磁波阻挡层200也可以被形成为与硅基板10的背面相分离。在这种情形下，作为垫片的另一层被提供在硅基板10的背面和电磁波阻挡层200之间。在这种情形下，成为硅基板10的大量薄片使用单个遮罩被处理，以便能够实现处理的简化。此外，遮罩和薄片之间的透镜的提供能够实现在处理尺寸以及处理形状上的改变，以便各种处理方法可用。

<第二实施例>

在第二实施例中，将要说明在安装半导体元件的基板上形成PZT晶体膜的实例。注意，在第二实施例中，在一些情形下省略与先前定义的那些部件相同的部件的描述。

图2A至3B是用于说明第二实施例中的晶体图案形成方法的横断面视图。首先，在图2A示出的处理中，以与图1A中示出的处理类似的方式，在硅基板10的正面侧上，二氧化硅膜11，氧化钛膜12，以及第一金属膜13(Pt膜)被顺序叠加。此外，在硅基板10的背面上，具有开口部200x的电磁波阻挡层200被形成。注意，本实施例在半导体元件30被安装在硅基板10的正面侧这一点上不同于第一实施例。

接下来，在图2B示出的处理中，以与图1B中示出的处理类似的方式，非晶形PZT膜15被形成在第一金属膜13上。然而，本实施例在非晶形PZT膜15被仅仅形成在第一金属膜13的给定区域这一点上不同于第一实施例。

例如，通过采用针方法(用于使用针来涂覆微小液滴的方法)，PZT前躯体溶液(PZT溶胶-凝胶液体)被仅仅涂覆到第一金属膜13上这样给定的区域，以形成PZT涂覆膜，并且干燥处理被进行。这使非晶形PZT膜15能够仅仅形成在第一金属膜13的给定区域上。然而，代替针方法，例如，可以采用例如喷墨方法，丝网印刷方法或者转印方法的另外的方法。

随后，在图2C示出的处理中，以与图1C中示出的处理类似的方式，利用连续振荡的激光束L从硅基板10的背面侧，穿过电磁波阻挡层200，照射硅基板10，该激光束L具有例如等于或者大于近似1200m(例如，1470nm)的波长。通过该处理，非晶形PZT膜15的给定区域被结晶，并且因此PZT晶体膜16被形成。电磁波阻挡层200的开口部200x不被形成在相应于安装半导体元件30的区域的硅基板10的背面上的区域内。因此，激光束L没有到达安装半导体元件30的区域。因此，半导体元件30不太可能被加热，并且半导体元件30的性能减退能够被避免。

接下来，在图3A示出的处理中，以与图2B中示出的处理类似的方式，第二非晶形PZT膜15被形成在第一非晶形PZT膜15和PZT晶体膜16上。然后，在图3B示出的处理中，以与图2C中示出的处理类似的方式，利用连续振荡的激光束L从硅基板10的背面侧，穿过电磁波阻挡层200，照射硅基板10，该激光束L具有例如等于或者大于近似1200m的波长(例如，1470nm)。通过该处理，第二非晶形PZT膜15中的给定区域被结晶，并且因此PZT晶体膜16被形成。随后，通过重复图3A和图3B中示出的处理适当的次数，具有要求的膜厚的PZT晶体膜16被形成。

在第二实施例中的晶体图案形成方法中，如上所述，以与第一实施例类似的方式，作为被加热目标层的非晶形PZT膜15被局部加热并且结晶。因此，即使在半导体元件30被布置在硅基板10上的情形中，半导体元件30也不太可能被加热，并且半导体元件30的性能减退被避免。

注意，代替半导体元件30，即使在例如传感器或者通信装置的另外的装置被安装在硅基板10上的情形中，相同的效果是可达到的。也就是说，即使在不同于被加热目标层的另外的结构或者另外的元件被提供的情形中，不需要加热处理的另外的部件(上述另外的结构或者另外的元件)不被加热。因此，由于热应力的热损伤或者在尺寸精确度上的偏差基本上不会发生，并且另外的部件的性能减退被避免。

<第三实施例>

在第三实施例中，将说明形成凹槽结构而不形成电磁波阻挡层200的实例，在该实例中硅基板10中给定区域的反射率被设置为相对较低。具体地说，将说明选择性地去除硅基板10的背面以形成凹槽结构(凹槽部10x)的实例。注意，在第三实施例中，在一些情形下省略与先前定义的那些部件相同的部件的描述。

图4A至4C是用于说明第三实施例中的晶体图案形成方法的横断面视图。首先，在图4A示出的处理中，以与图1A中示出的处理类似的方式，在硅基板10的正面侧上，二氧化硅膜11，氧化钛膜12，以及第一金属膜13(Pt膜)被顺序叠加。此外，凹槽部10x被形成在硅基板10的背面上。注意，这样的凹槽结构(凹槽部10x)作为代表电磁波阻挡遮罩的一个实例。

凹槽部10x能够以光刻方法和湿蚀刻法一起被使用的方法而被形成。被形成在硅基板10的背面上的凹槽部10x能够使凹槽部10x的反射率低于凹槽部10x不被形成的区域的反射率。凹槽部10x的反射率可以通过凹槽部10x的深度调整。通过调整凹槽部10x的深度，例如，针对具有1470nm的波长的射束，凹槽部10x的反射率能够被设置为近似30％，并且凹槽部10x没有被形成的区域的反射率能够被设置为近似60％。这里，通过调整凹槽部10x的深度，优选地使凹槽部10x的区域和凹槽部10x没有被提供的区域之间在反射率上的差异尽可能的大。

接下来，在图4B示出的处理中，以与图1B中示出的处理类似的方式，非晶形PZT膜15被形成在第一金属膜13上。随后，在图4C示出的处理中，利用连续振荡的激光束L从硅基板10的背面侧，穿过凹槽结构，照射硅基板10，该激光束L具有例如等于或者大于1200m的波长(例如1470nm)。

在硅基板10中，凹槽部10x的反射率相对低于凹槽部10x没有被形成的区域内的反射率。因此，到达区域13H的激光束L的强度变得强于到达相邻区域13L的激光束L的强度，区域13H在作为电磁波吸收层的第一金属膜13中对应于凹槽部10x。结果，区域13H内的温度高于区域13L内的温度。这使得第一金属膜13上的非晶形PZT膜15从第一金属膜13侧被局部加热并且结晶。因此，PZT晶体膜16被形成。

注意，代替形成由蚀刻处理形成的凹槽部10x，针对给定波长的射束(例如1470nm)，凹槽结构可以通过在硅基板10的背面上蒸镀透明膜(例如SiO₂或者SiN)而形成，并且反射率差异可以被设置。

如上所述，代替电磁波阻挡层200，凹槽结构(凹槽部10x)可以被形成。

<第四实施例>

在第四实施例中，将要说明直接在阻挡电磁波的基板上形成晶体图案的实例。注意，在第四实施例中，在一些情形下省略是与先前定义的那些部件相同的部件的描述。

图5A至5C是用于说明第四实施例中的晶体图案形成方法的横断面视图。首先，在图5A示出的处理中，具有近似50μm的厚度的SUS基板20被准备。在SUS基板20的背面上，具有开口部200x的电磁波阻挡层200被形成。在本实施例中，二氧化硅膜(SiO₂膜)被用作电磁波阻挡层200。注意，在本实施例中，二氧化硅膜11，氧化钛膜12，或者第一金属膜13都不被形成在SUS基板20的正面侧上。

随后，在图5B示出的处理中，以与图1B中示出的处理类似的方式，非晶形PZT膜15被直接形成在SUS基板20的正面上。然后，在图5C示出的处理中，利用连续振荡的激光L从SUS基板20的背面侧，穿过电磁波阻挡层200，照射SUS基板20，该激光L具有例如980nm的波长。

例如SUS的金属阻挡包括激光束L的任意电磁波，并且不允许任意这样的电磁波穿过。如图5C中所示，激光束L能够仅仅进入并且到达SUS基板20的背面侧上很浅的位置，例如，直至离开背面近似30nm。

在这种情形下，SUS基板20作为电磁波吸收层。在SUS基板20的背面侧上的区域20H(每个都是在开口部200x内的区域)的温度高于区域20L(每个都是被覆盖有电磁波阻挡层200的区域)的温度。根据热传递效应，在区域20H内产生的热量在具有点划线的箭头的方向上传递，并且到达SUS基板20的正面侧。这使得在区域20H上方的非晶形PZT膜15从SUS基板20侧被局部加热并且结晶。因此，PZT晶体膜16被形成。

注意，由于SUS基板20具有导电性，因此在图5C的结构被应用于装置的情形中，SUS基板20能够被用作电极。

在本实施例中，已经说明使用SUS基板20作为充当电磁波吸收层的基板的实例。然而，作为对SUS基板20的替代，包括具有高于PZT的结晶温度(近似650摄氏度)的熔点的金属的基板可以被使用。这样的金属的实例包括Cu，Ti，Ir，Ru，以及Ni。

在本实施例中，已经描述具有980nm的波长的激光束。然而，任何其他的激光束，例如具有近似10.6μm的波长的CO₂激光或者具有近似532nm的波长的YAG激光可以是可应用的。

如上所述，通过使用包括吸收电磁波的材料的基板，晶体图案能够被直接形成在基板上。

<第五实施例>

在第五实施例中，将说明已经通过使用第一实施例中的晶体图案形成方法被形成的压电元件。注意，在第五实施例中，在一些情形下省略与先前定义的那些部件相同的部件的描述。

图6是第五实施例中压电元件的横断面视图。如图6所示，压电元件1包括硅基板10，二氧化硅膜11，氧化钛膜12，第一金属膜13，PZT晶体膜16，以及第二金属膜17。

在压电元件1中，第一金属膜13作为下部电极，PZT晶体膜16作为压电膜，并且第二金属膜17作为上部电极。具体地说，当电压被供给在作为下部电极的第一金属膜13和作为上部电极的第二金属膜17之间，作为压电膜的PZT晶体膜16被机械地移位。

压电元件1能够通过第一实施例中的晶体图案形成方法被形成。具体地说，作为非晶形复合氧化物膜的非晶形PZT膜15形成在作为下部电极的第一金属膜13上。通过使非晶形PZT膜15内的给定区域结晶，作为复合氧化物晶体膜的PZT晶体膜16(压电膜)被形成。PZT晶体膜16的膜厚能够被设置为例如近似2μm。如上所述，代替PZT晶体膜16，ABO₃钙钛矿类型的晶体膜可以被形成。

存在于PZT晶体膜16的周围的非晶形部分能够通过例如光刻方法或者蚀刻方法被去除。由于非晶形部分在膜密度上很低，通过干蚀刻非晶形部分比晶体膜更轻易地被去除。

在PZT晶体膜16被形成之后，作为上部电极的第二金属膜17被形成在PZT晶体膜16上。作为第二金属膜17，例如，白金膜能够被使用。第二金属膜17能够通过例如溅镀方法或者蒸镀方法而被形成。第二金属膜17的膜厚能够被设置为例如近似100nm。

<第六实施例>

在第六实施例中，将说明在其中第五实施例中的压电元件被使用的液体排放头的实例。注意，在第六实施例中，在一些情形下省略与先前定义的那些部件相同的部件的描述。

图7是第六实施例中液体排放头的横断面视图。如图7所示，液体排放头2包括压电元件1和喷嘴板40。喷嘴板40具有被配置为排放墨滴的喷嘴41。喷嘴板40能够由例如电铸Ni组成。

喷嘴板40，硅基板10，以及作为振动板的二氧化硅膜11组成压力腔10y(也可以被称为墨水流路，加压液体腔，加压腔，排放腔或者液体腔)，用于与喷嘴41连通。作为振动板的二氧化硅膜11组成墨水流路的壁面的一部分。换句话说，压力腔10y被形成为与喷嘴41连通。压力腔10y由硅基板10(用于组成侧面)，喷嘴板40(用于组成底面)，以及二氧化硅膜11(用于组成顶面)限定。

通过使用例如蚀刻来处理硅基板10，压力腔10y被制造。作为在这种情形下的蚀刻，各向异性蚀刻的使用是合适的。各向异性蚀刻利用了蚀刻速度根据晶体结构的平面取向而不同的特性。例如，在将硅基板10浸入包含例如KOH的碱溶液的各向异性蚀刻中，(111)平面具有(100)平面的蚀刻速度的近似1/400的蚀刻速度。随后，具有喷嘴41的喷嘴板40被接合至硅基板10的底面。注意，在图7中，液体供给手段，流路，以及流体抵抗的描述被省略。

压电元件1具有使压力腔10y中的墨水增压的作用。氧化钛膜12具有提高作为下部电极的第一金属膜13和作为振动板的二氧化硅膜11之间的粘附力的作用。代替氧化钛膜12，包括Ti，TiN，Ta，Ta₂O₅,Ta₃N₅等等的膜可以被使用。然而，氧化钛膜12可以不一定被包含在压电元件1中。

在压电元件1中，当电压被供给在作为下部电极的第一金属膜13和作为上部电极的第二金属膜17之间时，作为压电膜的PZT晶体膜16被机械地移位。根据PZT晶体膜16这样的机械位移，作为振动板的二氧化硅膜11在例如横向方向(d31方向)上被变形并且移位，并且使压力腔10y中的墨水增压。这使墨滴能够从喷嘴41被排出。

如图8所示，多个液体排放头2能够并排地被设置，以组成液体排放头3。

<第七实施例>

在第七实施例中，将说明已经通过第一实施例中的晶体图案形成方法被形成的铁电元件的实例。注意，在第七实施例中，在一些情形下省略与先前定义的那些部件相同的部件的描述。

图9是第七实施例中铁电元件的横断面视图。如图9所示，铁电元件4包括硅基板10，二氧化硅膜11，氧化钛膜12，第一金属膜13，非晶形PZT膜15，PZT晶体膜16，第二金属膜17，以及保护膜19。作为第一金属膜13和第二金属膜17中的每个，例如，具有例如近似100nm的膜厚的白金膜能够被使用。注意非晶形PZT膜15和PZT晶体膜16在相同的叠加处理中被形成。

在铁电元件4中，作为复合氧化物晶体膜的PZT晶体膜16被形成在第一金属膜13上的给定区域内。作为非晶形复合氧化物膜的非晶形PZT膜15被形成在PZT晶体膜16的周围的至少一部分内。注意，非晶形PZT膜15具有与PZT晶体膜16的主要成分相同的主要成分。

此外，为了提高铁电元件4的可靠性，保护膜19被提供用于连续地覆盖非晶形PZT膜15的侧面和顶面，PZT晶体膜16的顶面上的外缘部分(第二金属膜17不被形成的部分)，以及第二金属膜17的顶面上的外缘部分。作为保护膜19，例如，氧化铝膜能够被使用。

图10A至11C是用于说明第七实施例中的晶体图案形成方法的横断面视图。首先，在图10A示出的处理中，以与图1A至图1C中的处理类似的方式，非晶形PZT膜15和PZT晶体膜16被形成在硅基板10的第一金属膜13上。随后，硅基板10的背面被研磨以去除电磁波阻挡层200。注意利用激光束L的照射没有使PZT晶体膜16的组成中的主要成分不同于非晶形PZT膜15的组成中的主要成分。

注意，在图1A至图1C中示出的单个处理中，PZT晶体膜16的结晶的膜厚近似为50nm。为此，在图10A示出的处理中，为了形成具有一定厚度(例如，1μm的膜厚)的PZT晶体膜16，形成非晶形PZT膜15的处理和加热非晶形PZT膜15中的给定区域以使给定区域结晶的处理被重复必要的次数。

接下来，在图10B示出的处理中，作为上部电极的第二金属膜17被形成在非晶形PZT膜15和PZT晶体膜16上。第二金属膜17能够通过例如溅镀方法或者蒸镀方法而被形成。第二金属膜17能够被形成为具有例如100nm的膜厚的白金膜。

接下来，在图10C示出的处理中，第二金属膜17被图案化。具体地说，例如通过光刻方法，感光的耐蚀膜300被形成在第二金属膜17上的给定区域内。不被覆盖有耐蚀膜300的第二金属膜17的部分通过蚀刻被去除。随后，耐蚀膜300被去除。

接下来，在图11A示出的处理中，非晶形PZT膜15被图案化。具体地说，例如，通过例如光刻方法，感光的耐蚀膜310被形成在非晶形PZT膜15，PZT晶体膜16，以及第二金属膜17上给定的区域内，并且不被覆盖有耐蚀膜310的非晶形PZT膜15的部分通过蚀刻被去除。随后，耐蚀膜310被去除。注意，在非晶形PZT膜15通过干蚀刻被图案化的情形中，由于非晶形PZT膜15在密度上低于PZT晶体膜16，所以蚀刻速度很快，并且处理时间被缩短。

接下来，在图11B示出的处理中，保护膜19被形成用于连续地覆盖非晶形PZT膜15的侧面和顶面，PZT晶体膜16的顶面上的外缘部分(第二金属膜17不被形成的部分)，以及第二金属膜17的顶面上的外缘部分。作为保护膜19，例如，氧化铝膜能够被使用。保护膜19能够通过例如溅镀方法被形成。

注意，在图11A示出的处理中，非晶形PZT膜15也能够通过比干蚀刻容易的湿蚀刻被去除。在这种情形下，不可能通过各向异性蚀刻去除非晶形PZT膜15并且蚀刻速度控制也是困难的。因此，如图11C中所示，在一些情形下，非晶形PZT膜15的尺寸和形状不同于图11A中示出的要求的尺寸和形状。然而，即使在这种情形下，由于PZT晶体膜16没有通过蚀刻被去除，铁电元件4的特性不受影响。

如上所述，铁电元件4包括一对电极(第一金属膜13和第二金属膜17)，以及布置在这样一对电极之间并且作为复合氧化物晶体膜的PZT晶体膜16。在PZT晶体膜16的周围的至少一部分内，具有作为非晶形复合氧化物膜并且具有与PZT晶体膜16的主要成分相同的主要成分的非晶形PZT膜15的设置。

在铁电元件4中，铁电元件4的特性取决于PZT晶体膜16。因此，即使在非晶形PZT膜15保留的情形中，这样剩余的非晶形PZT膜15将不会不利地影响铁电元件4的特性。相反地，非晶形PZT膜15能够阻挡不受欢迎的元素从PZT晶体膜16的周围扩散或者渗透到PZT晶体膜16中。也就是说，非晶形PZT膜15作为屏障层，并且能够防止铁电元件4的性能减退。

此外，由于PZT晶体膜16最初通过使非晶形PZT膜15结晶而被形成，PZT晶体膜16和非晶形PZT膜15包括相同的主要成分。因此，主要成分在PZT晶体膜16和非晶形PZT膜15之间在组成上具有连续的特性。由于晶体膜具有很少的缺陷该构造是可取的。

进一步，由于非晶形PZT膜15被图案化，即使非晶形PZT膜15的侧壁面被损伤，这样的损伤将不会影响PZT晶体膜16并且将不会影响铁电元件4的特性。

<第八实施例>

在第八实施例中，将说明已经通过第一实施例中的晶体图案形成方法被形成的铁电元件的另一个实例。注意在第八实施例中，在一些情形下省略与先前定义的那些部件相同的部件的描述。

图12是第八实施例中铁电元件的横断面视图。如图12中所示，铁电元件5在上部电极具有包括导电的氧化物膜18和第二金属膜17的两层结构这一点上不同于铁电元件4(参见图9)。作为第二金属膜17，例如，白金膜能够被使用。作为导电的氧化物膜18，例如，SrRuO(SRO)膜能够被使用。为了制造铁电元件5，在第七实施例中的图10B的处理中，导电的氧化物膜18和第二金属膜17可以被顺序叠加在非晶形PZT膜15上给定的区域内。

如上所述，通过配置上部电极以具有包括导电的氧化物膜18和第二金属膜17的两层结构，氢被防止从顶部扩散到铁电元件5中，并且铁电元件5的性能减退被防止。

<第九实施例>

在第九实施例中，将描述利用激光束从正面侧照射硅基板的实例。注意，在第九实施例中，在一些情形下省略与先前定义的那些部件相同的部件的描述。

图13A至13C是用于说明第九实施例中的晶体图案形成方法的横断面视图。首先，在图13A示出的处理中，以与图1A中示出的处理类似的方式，在硅基板10的正面侧上，二氧化硅膜11，氧化钛膜12，以及第一金属膜13被顺序叠加。然而，在本实施例中，电磁波阻挡层200不被形成在硅基板10的背面上。

接下来，在图13B示出的处理中，以与图1B中示出的处理类似的方式，非晶形PZT膜15被形成在第一金属膜13上。接下来，在图13C示出的处理中，利用激光束L从硅基板10的正面侧直接照射非晶形PZT膜15以使非晶形PZT膜15中的给定区域结晶，并且因此PZT晶体膜16被形成。

在本实施例中，由非晶形PZT膜15吸收的激光束L的波长被选择。例如，具有248nm的波长的KrF准分子激光能够被使用。注意，选择的激光束L可以取决于是被加热目标的膜的材料特性(吸收的波长)而不同。例如，在SrBiTa₂O₉(SBT)膜是被加热目标的情形中，具有325nm的波长的氩激光能够被选择。随后，以与第七实施例中的图10和图11类似的处理中，铁电元件4(参见图9)或者铁电元件5(参见图12)被制造。

如上所述，成为目标的膜可以利用激光束被直接照射。

<第十实施例>

在第十实施例中，将描述排列铁电元件的实例。注意，在第十实施例中，在一些情形下省略与先前定义的那些部件相同的部件的描述。

图14A和图14B是说明第十实施例中铁电元件的横断面视图。如图14A中所示，在铁电元件6中，铁电元件4(参见图9)以一维或者以二维被排列。作为绝缘膜的非晶形PZT膜15隔离相邻的铁电元件4。

铁电元件6能够在第七实施例中的图10A至11C示出的处理中被制造。然而，没有必要去除布置在相邻的铁电元件4之间的非晶形PZT膜15用于使作为下部电极的第一金属膜13暴露。即使在作为绝缘膜的非晶形PZT薄膜15存在于相邻的铁电元件4之间的情形中，铁电元件4能够彼此独立。

由于相邻的铁电元件4之间的非晶形PZT薄膜15没有必要被去除，在干蚀刻处理期间产生的杂质的数量被显著地减少并且因此铁电元件4的可靠性被提高。进一步，由于非晶形PZT薄膜15存在于相邻的铁电元件4之间，因此不具有凹槽。因此，发生在用于在图11A示出的处理中使非晶形PZT膜15图案化的光刻处理中的对准误差被消除，并且因此铁电元件6中的集成度被增加。

在铁电元件6中，各个铁电元件4的特性取决于PZT晶体膜16。即使它的周围的尺寸(非晶形PZT薄膜15的尺寸)在某种程度上未被对准，铁电元件4的特性将不会改变。因此，在制造许多铁电元件4的情形下，铁电元件4以统一的的方式被制造。

注意，如同由图14B中的部分A表示的那样，通过采用不引起对PZT晶体膜16的损伤的适当的处理条件，铁电元件4可以被部分地图案化至PZT晶体膜16。

<第十一实施例>

在第十一实施例中，将说明已经通过第七实施例中的晶体图案形成方法被形成的红外线传感器。注意，在第十一实施例中，在一些情形下省略与先前定义的那些部件相同的部件的描述。

图15和图16是用于说明第十一实施例中的晶体图案形成方法的横断面视图。首先，在图15示出的处理中，以与第七实施例中的图10A示出的处理类似的方式，在硅基板10的正面侧上，二氧化硅膜11，氧化钛膜12，以及第一金属膜13被顺序叠加。在硅基板10的背面上，具有开口部200x的电磁波阻挡层200被形成。然后，非晶形PZT膜15被形成在第一金属膜13上。然而，在图15中，为了制造包括以一维或者以二维被排列的多个元件的晶体阵列，多个开口部200x被形成为与晶体被要求排列的位置相对应。

然后，利用激光束L从硅基板10的背面侧，穿过电磁波阻挡层200，照射硅基板10以使非晶形PZT膜15中的给定区域结晶，并且因此PZT晶体膜16被形成。这里，多个开口部200x被扫描以被顺序照射有激光束L。注意在单个处理中能够被结晶的膜厚是近似50nm。为此，形成非晶形PZT膜15的处理以及加热非晶形PZT膜15中的给定区域以使给定区域结晶的处理被重复必要的次数，以便形成具有一定厚度(例如，1μm的膜厚)的PZT晶体膜16。

接下来，在图16示出的处理中，在与第七实施例中的图10B至图11B示出的类似的处理被进行之后，硅基板10从硅基板10的背面侧被研磨或者蚀刻，以便凹槽部10z被形成在各红外传感器7下面。用这样的方式，在其中多个红外线传感器7以一维或者以二维被排列的红外线传感器8被完成。注意在本实施例中，作为上部电极的第二金属膜17通过蒸镀NiCr被形成以便吸收红外线。

根据本实施例中的方法，如上所述，在尺寸上相同的包括PZT晶体膜16的多个红外线传感器7能够被排列。因此，防止红外线传感器7之间在特性上的偏差的红外线传感器8(红外线传感器阵列)以稳定的方式被制造。

注意，以类似的方法，另外的装置，例如，致动器或者电容器能够被制造。

到现在为止，已经详细地描述了最优实施例。然而，本公开不限于上述实施例。在本公开的范畴内，各种修改，变体以及供替代的选择应该是可能的。

例如，用于照射的电磁波不限于激光束。任意类型的波是可应用的只要其能够加热电磁波吸收层。例如，闪光灯能够被使用。

此外，代替硅基板，蓝宝石基板可以被用作基板。

进一步，如上所述，上述实施例中的各压电元件能够被用作在喷墨记录装置中使用的液体排放头中的组成部分。然而，压电元件的使用不限于此。上述实施例中的压电元件中的任何一个可以被用作例如微量泵，超声马达，加速度传感器，用于投影仪的双轴扫描仪，或者输液泵中的组成部分。

本申请是基于并要求2015年2月17日提交的第2015-028865号日本在先专利申请的优先权权益，其全部内容通过引用被结合在此。

[参考标记列表]

1压电元件

2，3液体排放头

4，5，6铁电元件

7，8红外线传感器

10 硅基板

10x，10z凹槽部

10y压力腔

11 二氧化硅膜

12 氧化钛膜

13 第一金属膜

13L，13H，20L，20H区域

15 非晶形PZT膜

16 PZT晶体膜

17 第二金属膜

18 导电的氧化物膜

19 保护膜

20 SUS基板

30 半导体元件

40 喷嘴板

41 喷嘴

200电磁波阻挡层

200x 开口部

300，310耐蚀膜

L激光束