CN109203695A - 半导体器件及其制造方法、液体排出头和液体排出装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体器件及其制造方法、液体排出头和液体排出装置。提供了一种用于液体排出头的半导体器件。该器件包括：布线层；绝缘构件，其形成在布线层之上；发热元件，其布置在绝缘构件之上并与绝缘构件接触，并且电连接到布线层；金属构件，其布置在绝缘构件之上并与绝缘构件接触，并且电连接到布线层；以及导电构件，其覆盖金属构件的上表面，并且通过金属构件电连接到布线层。导电构件的电阻率小于金属构件的电阻率和发热元件的电阻率。发热元件和金属构件彼此分开。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体器件及其制造方法、液体排出头和液体排出装置。
背景技术
作为使用喷墨头(其为代表性液体排出头)的一种打印方法，存在用于通过用发热元件对墨加热使墨冒泡并且使用这些泡来排出墨的方法。日本专利公开No.2002-144571记载了使顺序地层叠在半导体基板上的材料中的至少一个平滑，从而使得用于喷墨的基板的上保护膜能够平滑并且改进喷嘴组成构件的粘性。
发明内容
具有多个布线层是液体排出装置所需的一种技术。在日本专利公开No.2002-144571中，因为所有的布线层都形成在发热元件的下面，所以难以在保持覆盖发热元件的保护层的上表面的平面性的同时增加布线层的数量。本发明的一方面是改进导电层的布线布局的自由度。
根据一些实施例，提供了一种用于液体排出头的半导体器件，所述半导体器件包括：布线层；绝缘构件，所述绝缘构件形成在所述布线层之上；发热元件，所述发热元件布置在所述绝缘构件之上并与所述绝缘构件接触，并且电连接到所述布线层；金属构件，所述金属构件布置在所述绝缘构件之上并与所述绝缘构件接触，并且电连接到所述布线层；以及导电构件，所述导电构件覆盖所述金属构件的上表面，并且通过所述金属构件电连接到所述布线层，其中，所述导电构件的电阻率小于所述金属构件的电阻率和所述发热元件的电阻率，并且其中，所述发热元件和所述金属构件彼此分开。
根据一些其他的实施例，提供了一种用于制造用于液体排出头的半导体器件的方法，所述方法包括：形成布线层和布置在所述布线层之上的绝缘构件；在所述绝缘构件之上形成发热膜；在所述发热膜之上形成导电膜；通过对所述发热膜和所述导电膜的层叠膜进行构图来形成彼此分开的第一层叠体和第二层叠体；并且通过移除所述导电膜的包括在所述第一层叠体中的部分来形成发热元件。
从以下对示例性实施例的描述(参照附图)，本发明的进一步的特征将变得清晰。
附图说明
图1A和1B是用于例示说明第一实施例的半导体器件的结构的例子的视图。
图2A和2B是用于例示说明制造第一实施例的半导体器件的方法的例子的视图。
图3A和3B是用于例示说明制造第一实施例的半导体器件的方法的例子的视图。
图4是用于例示说明第二实施例的半导体器件的结构的例子的视图。
图5A和5B是用于例示说明制造第二实施例的半导体器件的方法的例子的视图。
图6A至6D是用于例示说明其他实施例的视图。
具体实施方式
下面，参照附图详细地给出关于本发明的实施例的描述。相同的标号在各种实施例中始终被赋予类似的元件，所以重复描述被省略。另外，能够适当地改变和组合各个实施例。下面将描述的半导体器件作为基板安装在液体排出头上，并且用于液体排出装置，比如复印机、传真装置、字处理器等。
<第一实施例>
参照图1A和1B的示意图，给出关于根据第一实施例的半导体器件100的配置的描述。图1A是关注半导体器件100的一部分的截面示意图，图1B是关注发热元件113及其周边的平面示意图。在图1B中，通过轮廓示出抗气蚀(anti-cavitation)层118、粘合保护层119、喷嘴构件120和墨孔口(orifice)121。
半导体器件100设有图1A所示的各个组成元件。构成用于驱动加热元件的MOS晶体管的栅氧化物膜103、栅电极104和源区/漏区105布置在半导体基板101上。另外，用于分开比如MOS晶体管的元件的元件隔离区102(例如，LOCOS)布置在半导体基板101上。
层间绝缘层106布置在半导体基板101上。布线层107布置在层间绝缘层106上。栅电极104和源区/漏区105分别通过导电栓塞108与布线层107彼此连接。例如，层间绝缘层106由通过等离子体CVD法沉积的SiO膜或通过热CVD法沉积的BPSG膜形成。布线层107由包括诸如Ti/TiN的势垒金属(barrier metal)的AlCu膜形成。导电栓塞108由包括诸如Ti/TiN的势垒金属的W膜形成。
层间绝缘层109布置在层间绝缘层106和布线层107上。布线层110布置在层间绝缘层109上。布线层107和布线层110通过导电栓塞111彼此连接。例如，层间绝缘层109由通过等离子体CVD法沉积的SiO膜形成。布线层110由包括诸如Ti/TiN的势垒金属的AlCu膜形成。导电栓塞111由包括诸如Ti/TiN的势垒金属的W膜形成。
层间绝缘层112布置在层间绝缘层109和布线层110上。例如，层间绝缘层112由通过等离子体CVD法沉积的SiO膜形成。通过使用SiH4气体的CVD法形成的SiO膜具有包括在其膜中的低含水量，因此，发热元件113在墨排出时的氧化被抑制。结果，能够减小发热元件113的电阻变化。
发热元件113和金属构件116布置在层间绝缘层112上。导电构件114布置在金属构件116上。导电构件114覆盖金属构件116的上表面，并且与金属构件116的上表面接触。导电构件114的侧表面和金属构件116的侧表面形成同一表面。发热元件113和布线层110通过导电栓塞115a彼此连接。金属构件116和布线层110通过导电栓塞115b彼此连接。
如上所述，半导体基板101包括多层布线层，所述多层布线层包括布线层107和110以及形成在它们之上的作为绝缘构件的层间绝缘层109和112。发热元件113和金属构件116布置在所述多层布线层上，并且电连接到所述多层布线层中包括的布线层107和110。导电构件114经由金属构件116电连接到所述多层布线层中包括的布线层107和110。
发热元件113和金属构件116分别布置在层间绝缘层112上并与层间绝缘层112接触。发热元件113和金属构件116彼此分开，并且包括在同一层中。具体而言，发热元件113和金属构件116被定位为距层间绝缘层112的上表面的高度相等。发热元件113和金属构件116由相同的材料(比如举例来说，TaSiN或WSiN)形成。导电构件114由例如AlCu形成。因此，导电构件114的电阻率或电阻比小于金属构件116的电阻率和发热元件113的电阻率。从而，因为导电构件114可以用作布线层，所以能够进一步制作多个布线层，并且改进了导电层的布线布局的自由度。
保护层117、抗气蚀层118、粘合保护层119和喷嘴构件120布置在发热元件113和导电构件114上。保护层117是用于保护发热元件113和导电构件114不受墨影响的层。例如，保护层117由氮化硅形成。保护层117覆盖发热元件113的上表面和侧表面、导电构件114的上表面和侧表面、金属构件116的侧表面、以及层间绝缘层112的没被发热元件113和金属构件116覆盖的部分。
抗气蚀层118是用于保护发热元件113和保护层117不受当在墨排出时泡消失的情况下出现的气蚀的影响的层。例如，抗气蚀层118由具有高耐蚀性的过渡金属(比如Ta或Ir)的层叠膜或单层形成。抗气蚀层118覆盖发热元件113，并且保护层117处在抗气蚀层118和发热元件113中间。
粘合保护层119是用于改进抗气蚀层118和喷嘴构件120之间的粘性的层。例如，粘合保护层119可以由SiO膜、SiN膜等形成，并且可以由墨抗溶性高于这些膜的SixCyNz膜形成。粘合保护层119具有在发热元件113之上的开口。
喷嘴构件120构成墨通道。例如，喷嘴构件120由聚醚酰胺树脂形成。喷嘴构件120具有在发热元件113之上的墨孔口121。发热元件113位于墨孔口121和层间绝缘层112之间。在墨供应到半导体器件100的状态下，当发热元件113产生的热能传递到墨室、墨泡，并且被泡推动的墨从墨孔口121排出。
接着，参照图2A至图3B，给出关于制造半导体器件100的方法的描述。首先，如图2A所示，在半导体基板101上形成具有所述多个层间绝缘层106、109和112、所述多个布线层107和110以及导电栓塞108、111、115a和115b的结构。下面给出关于用于形成该结构的详细方法的描述。
首先，通过例如LOCOS法形成元件隔离区102，并且通过例如形成各个半导体区，形成具有栅氧化物膜103、栅电极104和源区/漏区105的半导体基板101。
接着，通过用热CVD法沉积BPSG膜或者用等离子体CVD法沉积SiO膜并且用CMP法执行平面化来形成层间绝缘层106。在形成层间绝缘层106之后，在层间绝缘层106中开出接触孔，用溅射法沉积作为势垒金属膜的Ti/TiN膜，并且用CVD法沉积W膜。随后，通过用CMP法或回蚀法移除接触孔中的除了W膜之外的一切东西，形成导电栓塞108。
接着，用溅射法沉积AlCu膜(添加有0.5(atm％)的Cu的Al膜)，并且用光刻处理和干蚀刻处理形成布线层107。随后，通过与对层间绝缘层106、导电栓塞108和布线层107类似的处理来形成层间绝缘层109、导电栓塞111和布线层110。
接着，通过用等离子体CVD法沉积SiO膜并且根据CMP法执行平面化来形成层间绝缘层112。在层间绝缘层112中开出接触孔，用溅射法沉积作为势垒金属膜的Ti/TiN膜，并且用CVD法沉积W膜。随后，通过用CMP法移除接触孔中的除了钨之外的一切东西来形成导电栓塞115a和115b。通过重复这些布线层的形成，能够添加更多的布线层。可以采取使用镶嵌(damascene)法来用Cu形成布线层的配置，在镶嵌法中，所述层是通过将金属膜嵌入在绝缘层中而形成的，而不是根据通过AlCu的溅射的沉积和干蚀刻处理来形成所述布线层。通过以上操作，在半导体基板101上形成多层布线层，所述多层布线层包括布线层107和110以及作为形成在其上的绝缘构件的层间绝缘层109和112。
接着，如图2B所示，在层间绝缘层112上形成发热膜201，并且在发热膜201上形成导电膜202。例如，发热膜201是通过用溅射法沉积TaSiN或WSiN而形成的。导电膜202是通过用溅射法沉积AlCu而形成的。
接着，如图3A所示，通过在由发热膜201和导电膜202构成的层叠膜上根据光刻处理和干蚀刻处理执行构图来形成彼此分开的多个层叠体。发热膜201的包括在一个层叠体中的部分变为发热元件113，并且发热膜201的包括在不同的层叠体中的部分变为金属构件116。经构图的导电膜202的一部分变为导电构件114。
接着，如图3B所示，用光致抗蚀剂203覆盖导电膜202中的未被移除的并且要被用在半导体器件100中的部分。随后，通过移除导电膜202中的包括在发热元件113上的一个层叠体中的部分来形成发热元件113。因为导电膜202是AlCu膜，所以可以在该处理中使用湿蚀刻法来代替干蚀刻法以便不在发热元件113上引起等离子体损伤。通过该方法，对发热元件113的物理损伤减小。
随后，通过移除光致抗蚀剂203并且形成保护层117、抗气蚀层118、粘合保护层119和喷嘴构件120来形成图1A和1B的半导体器件100。例如，通过根据等离子体CVD法沉积SiN膜来形成保护层117。通过用溅射法沉积抗气蚀膜材料(比如Ta或Ir)、随后用光刻处理和干蚀刻处理对该膜进行构图来形成抗气蚀层118。通过用等离子体CVD法沉积包括SiO膜、SiN膜、SixCyNz膜等的粘合保护层材料、随后使抗气蚀层118之上的一部分作为开口来形成粘合保护层119。通过用聚醚酰胺树脂形成墨通道并且形成用于墨孔口121的开口来形成喷嘴构件120。
<第二实施例>
参照图4的示意图，给出关于第二实施例的半导体器件400的配置的描述。图4是关注半导体器件400的一部分的截面示意图。下面给出关于半导体器件100和半导体器件400之间的不同点的描述。半导体器件400的其描述被省略的配置与半导体器件100的配置可以是相同的。
半导体器件400还设有金属构件403和导电构件402。金属构件403和布线层110通过导电栓塞115c彼此连接。金属构件403的材料或配置与金属构件116的材料或配置可以是相同的。导电构件402的材料或配置与导电构件114的材料或配置可以是相同的。
保护层117和粘合保护层119具有衬垫开口部分401，衬垫开口部分401暴露导电构件402的上表面的一部分。换句话说，导电构件402的上表面中的暴露部分用作用于外部连接的衬垫。具体而言，衬垫可以是用于从半导体器件100外部接收功率供应的衬垫。
接着，参照图5A和5B，给出关于制造半导体器件400的方法的描述。图2B的结构是类似于第一实施例中那样生成的。随后，如图5A所示，通过在由发热膜201和导电膜202构成的层叠膜上根据光刻处理和干蚀刻处理执行构图来形成彼此分开的多个层叠体。发热膜201的包括在一个层叠体中的部分变为发热元件113，发热膜201的包括在不同的层叠体中的部分变为金属构件116，此外，发热膜201的包括在不同的层叠体中的部分变为金属构件403。导电膜202的包括在一个层叠体中的部分变为导电构件114，并且导电膜202的包括在不同的层叠体中的部分变为导电构件402。
接着，如图5B所示，用光致抗蚀剂502覆盖导电膜202中的未被移除的并且要被用在半导体器件400中的部分。随后，通过移除导电膜202中的包括在发热元件113上的一个层叠体中的部分来形成发热元件113。随后，移除光致抗蚀剂203以形成保护层117、抗气蚀层118、粘合保护层119和喷嘴构件120。此外，通过在保护层117和粘合保护层119的覆盖导电构件402的部分中形成开口来形成图4的半导体器件400。
<另一实施例>
图6A例示了液体排出装置1600的内部配置，液体排出装置1600的代表有喷墨打印机、传真机、复印机等。在该例子中，液体排出装置可以被称为打印装置。液体排出装置1600包括液体排出头1510，液体排出头1510向预定介质P(打印介质，在该例子中，比如为纸)排出液体(在该例子中为墨或打印剂)。在本例子中，液体排出头可以被称为打印头。液体排出头1510安装在滑架1620上，滑架1620可以附连到导螺杆1621，导螺杆1621具有螺旋形凹槽1604。导螺杆1621可以经由驱动力传送齿轮1602和1603与驱动马达1601的旋转同步地旋转。因此，液体排出头1510可以跟随导向件1619、与滑架1620一起在箭头a或b的方向上移动。
介质P被压纸板1605在滑架的移动方向上按压，并且被相对于台板1606固定。液体排出装置1600使液体排出头1510往复运动，并且执行将液体排出到由输送单元(未示出)输送到台板1606上的介质P上的液体排出(在该例子中为打印)。
此外，液体排出装置1600经由光电耦合器1607和1608确认设置在滑架1620上的杠杆1609的位置，并且切换驱动马达1601的旋转方向。支撑构件1610支撑帽构件1611，帽构件1611用于覆盖液体排出头1510的喷嘴(液体孔口或简称为孔口)。抽吸单元1612通过经由帽内开口1613抽吸帽构件1611的内部来执行液体排出头1510的恢复处理。杠杆1617被设置用来通过抽吸开始恢复处理，并且随着与滑架1620啮合的凸轮1618的移动一起移动。来自驱动马达1610的驱动力由众所周知的传送机构(比如离合器开关)控制。
此外，主体支撑板1616支撑移动构件1615和清洁刮刀1614，并且移动构件1615使清洁刮刀1614移动，并且通过擦拭来执行液体排出头1510的恢复处理。控制单元(未示出)也设在液体排出装置1600中，该控制单元控制上述各个机构的驱动。
图6B例示了液体排出头1510的外观。液体排出头1510可以包括头部单元1511和罐体(液体包含单元)1512，头部单元1511包括多个喷嘴1500，罐体(液体包含单元)1512保存将被供应给头部单元1511的液体。罐体1512和头部单元1511可以在例如虚线K处被隔开，并且罐体1512可以被更换。液体排出头1510包括用于从滑架1620接收电信号的电触头(未示出)，并且根据该电信号排出液体。罐体1512包括例如纤维或多孔的液体保存构件(未示出)，并且可以通过液体保存构件来保存液体。
图6C例示了液体排出头1510的内部配置。液体排出头1510包括基板1508、通道壁构件1501和顶板1502，通道壁构件1501布置在基板1508上，并且形成通道1505，顶板1502具有液体供应路径1503。基板1508可以是上述半导体器件100和上述半导体器件400中的一个。另外，排出元件或液体排出元件、加热器1506(电热换能器)与相应喷嘴1500相对应地排列在液体排出头1510的基板(液体排出头基板)上。当与各个加热器1506相对应地设置的驱动元件(开关元件，比如晶体管)进入导通状态时，加热器1506被驱动以产生热量。
来自液体供应路径1503的液体存放在公共液体室1504中，并且经由通道1505供应给各个喷嘴1500。供应给各个喷嘴1500的液体响应于对应于喷嘴1500的加热器1506的驱动从喷嘴1500排出。
图6D例示了液体排出装置1600的系统配置。液体排出装置1600包括接口1700、MPU1701、ROM 1702、RAM 1703和栅阵列(G.A.)1704。用于执行液体排出的外部信号从外部输入到接口1700。ROM 1702存储MPU 1701执行的控制程序。RAM 1703保存各种信号或数据，比如前述用于液体排出的外部信号或供应给液体排出头1708的数据。栅阵列1704执行对应于液体排出头1708的数据供应控制，并且执行接口1700、MPU 1701和RAM 1703之间的数据传送的控制。
液体排出装置1600还包括头部驱动器1705以及马达驱动器1706和1707、输送马达1709和托架马达1710。托架马达1710输送液体排出头1708。输送马达1709输送介质P。头部驱动器1705驱动液体排出头1708。马达驱动器1706和1707分别驱动输送马达1709和托架马达1710。
当驱动信号输入到接口1700中时，该驱动信号可以在栅阵列1704和MPU 1710之间被转换为用于排出液体的数据。根据该数据，各个机构执行期望的操作，并且以此方式，液体排出头1708被驱动。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是要理解本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最广泛的解释以便包含所有的这样的修改以及等同的结构和功能。
Claims (14)
1.一种用于液体排出头的半导体器件，所述半导体器件包括：
布线层；
绝缘构件，所述绝缘构件形成在所述布线层之上；
发热元件，所述发热元件布置在所述绝缘构件之上并与所述绝缘构件接触，并且电连接到所述布线层；
金属构件，所述金属构件布置在所述绝缘构件之上并与所述绝缘构件接触，并且电连接到所述布线层；以及
导电构件，所述导电构件覆盖所述金属构件的上表面，并且通过所述金属构件电连接到所述布线层，
其中，所述导电构件的电阻率小于所述金属构件的电阻率和所述发热元件的电阻率，并且
其中，所述发热元件和所述金属构件彼此分开。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述发热元件和所述金属构件由相同的材料形成。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述导电构件与所述金属构件的上表面接触。
4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述导电构件的侧表面和所述金属构件的侧表面形成同一表面。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述发热元件和所述布线层通过导电栓塞彼此连接。
6.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括保护层，所述保护层覆盖所述发热元件的上表面和所述导电构件的上表面。
7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述导电构件的上表面的一部分用作用于外部连接的衬垫。
8.根据权利要求7所述的半导体器件，其中，所述衬垫是用于从所述半导体器件的外部接收功率供应的衬垫。
9.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括具有孔口的喷嘴构件，
其中，所述发热元件位于所述孔口和所述绝缘构件之间。
10.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述发热元件和所述金属构件至少在设置所述发热元件和所述金属构件的层中彼此分开。
11.一种液体排出头，所述液体排出头包括根据权利要求1所述的半导体器件和孔口，对于所述孔口的液体排出由所述半导体器件控制。
12.一种液体排出装置，所述液体排出装置具有根据权利要求11所述的液体排出头和供应单元，所述供应单元被配置为供应用于使所述液体排出头排出液体的驱动信号。
13.一种制造用于液体排出头的半导体器件的方法，所述方法包括：
形成布线层和布置在所述布线层之上的绝缘构件；
在所述绝缘构件之上形成发热膜；
在所述发热膜之上形成导电膜；
通过对所述发热膜和所述导电膜的层叠膜进行构图来形成彼此分开的第一层叠体和第二层叠体；并且
通过移除所述导电膜的包括在所述第一层叠体中的部分来形成发热元件。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
在所述发热元件被形成之后，形成覆盖所述发热元件和所述导电膜的保护膜；并且
在所述保护膜的覆盖所述导电膜的部分中形成开口。
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