CN1863676A - 液体喷射头、液体喷射装置以及液体喷射头的制造方法 - Google Patents

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Abstract

液体喷射头、液体喷射装置以及液体喷射头的制造工艺。其中例如在应用于热敏喷墨打印机时，能够通过确保金属化层的足够的膜厚度来减小关于布线图案的金属化层所引起的寄生电阻。布线图案(44)通过在构图时利用干法蚀刻而形成，并通过接触部分(41)、即开口与加热元件(39)连接，所述接触部分通过绝缘保护层(40)制成。

Description

液体喷射头、液体喷射装置以及液体喷射头的制造方法
技术领域
本发明涉及液体喷射头、液体喷射装置以及液体喷射头的制造方法，并且适用于例如热敏型喷墨打印机。在本发明中，通过干法蚀刻进行构图以形成布线图案，并且所述布线图案通过利用设置在绝缘保护层中的开口所形成的接触部连接到加热元件，由此能够减小用于布线图案的金属布线层所致的寄生电阻同时充分确保金属布线层的膜厚度。
背景技术
近年来，在图像处理等领域，对于彩色硬拷贝的需求增加。为了满足这种需求，已经提出了彩色拷贝系统，比如升华型热转印系统、熔融型热转印系统、喷墨系统、电子照相系统以及热显影银盐系统。
在这些系统中，喷墨系统是记录液体(墨)的液滴从用作液体喷射头的打印机头中所设置的喷嘴喷出以沉积在记录目标上、由此形成点的系统；因此，喷墨系统能够输出高质量图像同时使用简单的结构。根据从喷嘴喷射墨滴的方法，喷墨系统分为静电吸引系统、连续振动产生系统(压电系统)和热敏系统。
在这些喷墨系统中，热敏系统是其中通过局部加热墨而产生气泡、通过喷嘴由气泡推出墨使其喷射到打印目标上的系统；因此，热敏系统能够在利用简单结构的同时打印彩色图像。
基于这种热敏系统的打印机头具有这样的构造，其中用于加热墨的加热元件与用于驱动所述加热元件的基于逻辑集成电路的驱动电路一起，形成在半导体衬底上。在这种类型的打印机头中，加热元件以高密度排布，并且设法使加热元件确定地被驱动。
在热敏系统打印机中，为了实现高质量打印，有必要以高密度设置加热元件。更具体而言，为了实现例如等于600DPI的打印，必须以42.333μm的间隔设置加热元件，为以这么高的密度设置的加热元件设置各个驱动元件是极其困难的。因此，在打印机头中，在半导体衬底上形成开关晶体管等并通过集成电路技术将它们连接到对应的加热元件，并且通过类似地形成在半导体衬底上的驱动电路来驱动它们，由此能够容易且确定地(assuredly)驱动加热元件。
此外，在基于热敏系统的打印机中，通过在加热元件上施加预定的电功率而在墨中产生气泡，并且在通过喷嘴喷出墨滴时区分所述气泡。每当重复形成气泡和消除气泡时，施加了由于气穴(cavitation)现象所致的机械冲击。此外，在打印机中，在短时间内(几微秒)重复由于加热元件产生热量所致的温度升高以及温度的降低，由此施加温度变化所致的较大应力。
因此，在打印机头中，在半导体衬底上形成加热元件，并在加热元件上形成绝缘保护层使得通过该绝缘保护层来保护加热元件免受墨的影响。此外，在绝缘保护层上形成金属保护层；该金属保护层释放由于气穴现象所致的热冲击并在热量从加热元件传递到墨时抑制墨成分的化学反应。因此，在打印机头中，绝缘保护层和金属保护层用于保护加热元件并确保可靠性。
当在打印机头中增大绝缘保护层和金属保护层的膜厚度时，能够提高可靠性，但无法有效地将加热元件的热量传递到墨。鉴于此，在打印机头中，根据加热元件的电阻和形状设定构成绝缘保护层和金属保护层的材料以及构成材料的墨厚度，然后，对于基于这些设定而构造的打印机头，在各种条件下驱动加热元件从而确定适于稳定的喷射墨等的条件，并在由此确定的条件范围内设定加热元件的驱动条件。
更具体而言，例如在日本专利公开No.2001-80077中，提出了一种方法，其中将由氮化硅膜和碳化硅膜构成的绝缘保护层的膜厚度设定在355至435nm的范围内，并通过具有矩形波形的驱动信号以1.0至1.4μJ驱动加热元件。此外，在日本专利公开No.2001-130003和2001-130005中，提出了一种方法，其中将由氮化硅膜构成的绝缘保护层的膜厚度设定在260至340nm的范围内，并将绝缘保护层和金属保护层的总的膜厚度设定为不超过630nm，通过宽度不超过1.2μs的驱动信号来驱动加热元件。
由此构成的打印机头是所谓的面喷射型(face shooter type)，其中通过气泡的压力经由设置在加热元件上的喷嘴来推出墨滴。常规上，通过干法蚀刻步骤和湿法蚀刻步骤并通过构图层叠的布线图案材料，形成由金属布线层构成的用于将半导体器件连接到加热元件的布线图案。
更具体而言，如图1A所示，这种类型的打印机头1通过以下方法形成，其中在设置有半导体器件的半导体衬底2上层叠绝缘层(SiO2)等，然后形成加热元件3。随后，如图1B所示，构建由铝等形成的布线图案材料层4，并通过干法蚀刻步骤加工布线图案材料层4，从而形成布线图案5。
在这种情况下，在打印机头1中，如此形成布线图案5，使得在加热元件3上留下布线图案材料层4。然后，如图1C所示，在打印机头1中，形成光致抗蚀剂层6使得遗留在加热元件3上的部分能够被蚀刻，并通过利用包含磷酸和硝酸作为主要成分的液态化学品的湿法蚀刻步骤去除遗留在加热元件3上的布线图案材料4。这样，如图1D所示，布线图案5和加热元件3彼此交叠并且加热元件3在加热元件3的端部连接到布线图案5，此外，通过布线图案5将加热元件3连接到用于驱动加热元件3的半导体器件等。
在这种情况下，在打印机头1中，加热元件3和布线图案5的交叠在表面中产生了台阶，但是作为所述台阶壁表面的布线图案5的端部被蚀刻成锥形，由此提高了之后在壁表面部分相继形成的绝缘保护层7和金属保护层8的台阶覆盖度。
然后，如图1E所示，形成由氮化硅(Si3N4)构成的绝缘保护层7或者由氮化硅和碳化硅构成的绝缘保护层7，并在其上形成由具有四方晶系结构的β-钽构成的金属保护层8。然后，在打印机头1中，设置预定的构件，从而形成墨液体腔、墨通道和喷嘴。
在通过干法蚀刻和湿法蚀刻形成布线图案时，如果布线图案5的膜厚度较大，如在图1E中由符号A所表示的被包围区域在图2中被放大示出的那样，在用于暴露加热元件3的湿法蚀刻步骤中，布线图案5局部凹凸不平。在图2所示的实例中，布线图案5以约0.5μm的膜厚度形成。
更具体而言，利用液态化学品的湿法蚀刻仅能够选择性地构图布线图案金属层4同时防止对于加热元件3表面的损坏。然而，当要加工的布线图案5的膜厚度较大时，形成台阶的壁表面部分被不均匀的蚀刻，由此使打印机头1中的布线图案5在壁表面部分变得凹凸不平。在打印机头1中，当布线图案5由此变得凹凸不平时，沿着布线图案5的凹凸不平的形状相继均匀地形成绝缘保护层7和金属保护层8，因此，如箭头B所示，在绝缘保护层7和布线图案5之间的界面处产生空洞，由此降低可靠性。
为了解决这一问题，例如，在日本专利公开No.2001-130003中，提出了一种方法，其中将布线图案的膜厚度设定在0.18至0.24μm的范围内从而精确的形成壁表面部分。在打印机头1中，当通过应用这种技术而将布线图案5的膜厚度设置得较小时，如图3所示，与图2相反，能够精确的形成壁表面部分；然而，布线图案5的弱化变得显著，并增大了布线图案5的电阻。更具体而言。例如，在日本专利公开No.2002-355971中，在将布线图案5的膜厚度设定为0.2μm的情况下，对于布线图案5的电阻以及包括布线图案5的电阻和晶体管导通电阻的总寄生电阻的测量表明，布线图案5的电阻是8Ω，寄生电阻是25Ω。因此，在这种情况下，寄生电阻是根据用于驱动加热元件3的总体部分的电阻的约1/3，所述总体部分的电阻包括加热元件3的53Ω电阻。因此，在应用日本专利公开No.2001-130003和日本专利公开No.2002-355971所公开的技术时，由于布线电阻，增大了用于驱动加热元件3的功率的损耗，由此增大了与墨滴喷射有关的用于加热元件3的驱动功率。
此外，在常规的布线图案形成步骤中，利用蚀刻气体的干法蚀刻步骤和利用液态化学品的湿法蚀刻步骤必须结合使用，这在制造打印机头时耗费了相应的附加时间。顺便提及，该问题在日本专利公开No.2002-79679中也被指出。
作为解决这一问题的方法，例如，在日本专利公开No.2000-108355中提出了一种方法，其中通过仅利用干法蚀刻步骤的蚀刻处理来形成布线图案。然而，通过这种技术制造的打印机头是所谓的边缘喷射型(edge shootertype)，其中，传播由于气泡的压力所致的压力波，以通过形成在除加热元件正上方的部分之外的其他部分的喷嘴来推出墨滴，并且加热元件由多晶硅形成，使得即使在加热元件上产生绝缘保护层和金属保护层所致的约2至3μm的台阶时，也不发生问题。另一方面，在面喷射型打印机头中，当通过这种技术制造打印机头并产生严重的台阶时，加热元件的热量不能有效地传递到墨，从而在应用日本专利公开No.2000-108355中所公开的技术时，在实践的基础上仍然存在不令人满意之处。
发明内容
鉴于上述问题而提出本发明。因此，本发明的一个目的是提供液体喷射头、液体喷射装置以及液体喷射头的制造方法，使得能够充分确保与布线图案相关的金属布线层的膜厚度，并减小由于金属布线层所致的寄生电阻。
为了达到以上目的，根据本发明的一个方面，提供了一种液体喷射头，包括用于加热保持在液体腔中的液体的加热元件以及用于驱动所述加热元件的半导体器件，所述加热元件和所述半导体器件整体地固定在预定衬底上，并且通过驱动所述加热元件而从预定喷嘴喷射液滴，其中用于保护所述加热元件不受所述液体影响的绝缘保护层和用于将所述半导体器件连接到所述加热元件的金属布线层顺序设置在所述加热元件的所述液体腔侧上；并且，所述金属布线层通过利用设置在所述绝缘保护层中的开口形成的接触部分连接到所述加热元件，并通过利用蚀刻气体的干法蚀刻进行构图而形成。
通过根据本发明的这种结构，在包括用于加热保持在液体腔中的液体的加热元件以及用于驱动所述加热元件的半导体器件的液体喷射头中，所述加热元件和所述半导体器件整体地固定在预定衬底上，并且通过驱动所述加热元件而从预定喷嘴喷射液滴，用于保护所述加热元件不受所述液体影响的绝缘保护层和用于将所述半导体器件连接到所述加热元件的金属布线层顺序设置在所述加热元件的所述液体腔侧上；并且，所述金属布线层通过利用设置在所述绝缘保护层中的开口形成的接触部分连接到所述加热元件，并通过利用蚀刻气体的干法蚀刻进行构图而形成，由此防止蚀刻气体对于加热元件的损坏，并精确地形成由金属布线层引起的台阶的壁表面。这使得能够充分确保与布线图案相关的金属布线层的膜厚度，并减小由于金属布线层所致的寄生电阻。
根据本发明的另一方面，提供了一种通过驱动设置在液体喷射头中的加热元件而喷射液滴的液体喷射装置，其中所述液体喷射头包括用于加热保持在液体腔中的液体的加热元件以及用于驱动所述加热元件的半导体器件，所述加热元件和所述半导体器件整体地固定在预定衬底上；用于保护所述加热元件不受所述液体影响的绝缘保护层和用于将所述半导体器件连接到所述加热元件的金属布线层顺序设置在所述加热元件的所述液体腔侧上；并且，所述金属布线层通过利用设置在所述绝缘保护层中的开口形成的接触部分连接到所述加热元件，并通过利用蚀刻气体的干法蚀刻进行构图而形成。
通过根据本发明的这种结构，能够提供一种液体喷射装置，使得能够充分确保与布线图案相关的金属布线层的膜厚度，并能够减小由于金属布线层所致的寄生电阻。
根据本发明的又一方面，提供了一种液体喷射头的制造方法，所述液体喷射头包括用于加热保持在液体腔中的液体的加热元件以及用于驱动所述加热元件的半导体器件，所述加热元件和所述半导体器件整体地固定在预定衬底上；并且通过驱动所述加热元件而从预定喷嘴喷射液滴，其中在所述加热元件的所述液体腔侧上顺序设置用于保护所述加热元件不受所述液体影响的绝缘保护层和用于将所述半导体器件连接到所述加热元件的金属布线层；通过利用设置在所述绝缘保护层中的开口形成的接触部分将所述金属布线层连接到所述加热元件，并且所述金属布线层通过利用蚀刻气体的干法蚀刻进行构图而形成。
通过根据本发明的这种结构，能够提供一种液体喷射头的制造方法，使得能够充分确保与布线图案相关的金属布线层的膜厚度，并减小由于金属布线层所致的寄生电阻。
根据本发明，能够充分确保与布线图案相关的金属布线层的膜厚度，并减小由于金属布线层所致的寄生电阻。
附图说明
图1A、1B、1C、1D和1E是根据相关技术的用于说明打印机头的形成的截面图；
图2是用于说明构图图1A至1E所示的打印机头中的布线图案的截面图；
图3是示出构图布线图案的另一实例的截面图；
图4是根据本发明实施例1的打印机的透视图；
图5是示出图4所示的打印机头中头芯片的排布结构的平面图；
图6是示出图4所示的打印机头的截面图；
图7A和7B是用于说明图6所示的打印机头的制造步骤的截面图；
图8A和8B是示出图7B之后的步骤的截面图；
图9A和9B是示出图8B之后的步骤的截面图；
图10是示出图9B之后的步骤的截面图；
图11是示出图10之后的步骤的截面图；
图12是用于说明图6所示的打印机头中喷墨速度的特性曲线图；
图13A、13B、13C和13D是用于说明布线图案的形成的截面图；
图14A、14B、14C和14D是用于说明应用于根据本发明实施例2的打印机的打印机头的制造步骤的截面图。
具体实施方式
以下将适当地参照附图详细描述本发明的实施例。
(1)实施例的结构
图4是示出根据本发明实施例1的打印机的透视图。行式打印机11完全容纳在矩形壳体12中，经由形成在壳体12前侧的盒入口/出口安装纸盒14，该纸盒14中包含作为打印目标的纸13，由此能够进送纸13。
当经由盒入口/出口将纸盒14安装到行式打印机11中时，纸13通过预定机制被进纸辊15推送，并且当进纸辊15旋转时，纸13从纸盒14朝向行式打印机11的背侧送出，如箭头A所示。行式打印机11具有设置在送纸侧的反转辊16，通过使反转辊16等旋转，纸13的进送方向被改变成向前的方向，如箭头B所示。
在行式打印机11中，使进纸方向被改变成箭头B的方向来进送纸13，使其经由齿轮(spur roller)17等在纸盒14的上侧与纸盒14相交，并通过设置在行式打印机11前侧的排出口来排出纸。行式打印机11具有可拆换地设置在从齿轮17到排出口的范围内的头盒(head cartridge)18，如箭头D所示。
头盒18具有这样的构造，其中包括呈列的黄色、品红色、青色和黑色行式头(line head)的打印机头19设置在具有预定形状的托架(holder)20的下侧，并且在托架20中可拆换地顺序设置黄色(Y)、品红色(M)、青色(C)和黑色(B)墨盒。如此构造行式打印机11，使得墨从对应于彩色墨的行式打印头沉积到纸13上，由此能够打印图像。
此处，图5是放大地示出从图4中的纸13侧观察的打印机头的排布结构的一部分的平面图。如图5所示，打印机头19具有这样的结构，其中具有相同结构的头芯片22交替设置(呈锯齿状图案)在用于每种颜色墨的墨通道21两侧上的喷嘴板上。在每个头芯片22中，在墨通道21侧设置加热元件；即，就某种意义来说，其间具有墨通道21，将两侧的头芯片22翻转180度。因此，在打印机头19中，通过用于每种颜色的墨通道21的单一系统，每个头芯片22能够被供以墨，因此，能够用简单的结构提高打印精度的分辨率。
此外，在头芯片22中，基本在作为微小喷墨口的喷嘴23的阵列方向(在打印宽度方向)的中心设置连接焊盘24，使得即使当通过翻转180度来设置头芯片22时，连接焊盘24在喷嘴23的阵列方向上也不改变。这种结构确保防止将被连接到打印机头19中相邻头芯片22的连接焊盘24的柔性布线板彼此靠近；换言之，防止柔性布线板集中到一部分。
顺便提及，在以这样的方式移动喷嘴23时，在设置在墨通道21上侧的头芯片22中以及设置在墨通道21下侧的头芯片22中，颠倒了响应于驱动信号的加热元件的驱动次序。如此构造每个头芯片22，使得驱动电路中驱动的次序能够变成对应于驱动次序。
图6是示出应用于所述行式打印机的打印机头的截面图。通过以下方法制造打印机头19，其中在硅衬底的晶片上形成用于多个头的驱动电路、加热元件等，并且使每个头芯片22经受划片处理，从而提供具有墨液体腔等的头芯片22。
更具体而言，如图7A所示，在打印机头19中，在清洁晶片的硅衬底31之后，构建氮化硅膜(Si3N4)。之后，在打印机头19中，通过光刻步骤和反应性离子蚀刻步骤处理硅衬底31，由此从除了将形成晶体管的预定区域之外的其他区域去除氮化硅膜。通过这些步骤，在打印机头19中，在硅衬底31上将形成晶体管的区域中形成氮化硅膜。
随后，在打印机头19中，在已去除氮化硅膜的区域中通过热氧化步骤形成厚度为500nm的热氧化硅膜，并且从该热氧化物膜形成用于隔离晶体管的器件隔离区域(LOCOS：硅的局部氧化)32。顺便提及，通过后续处理将器件隔离区域32最终形成为260纳米的膜厚度。然后，在打印机头19中，清洁硅衬底31，之后在晶体管形成区域中形成硅化钨/多晶硅/热氧化物膜结构的栅极。此外，通过用于形成源极/漏极区域的离子注入步骤和热处理步骤来处理硅衬底31，从而形成MOS(金属-氧化物-半导体)型晶体管33和34等。此处，开关晶体管33是具有约25V的耐受电压的MOS型驱动晶体管，并用于驱动加热元件。另一方面，开关晶体管34是用于构成控制驱动晶体管的集成电路的晶体管，并在5V的电压下工作。顺便提及，在本实施例中，在栅极与漏极之间形成低浓度扩散层，从而缓和在该部分处加速的电子的电场，由此形成驱动晶体管33同时确保耐受电压。
当在硅衬底31上形成作为半导体器件的晶体管33和34时，在打印机头19中，通过CVD(化学气相沉积)依次形成厚度分别为100nm和500nm的PSG(磷硅酸盐玻璃)膜和BPSG(硼磷硅酸盐玻璃)膜35，所述PSG膜是具有添加到其中的磷的氧化硅膜，所述BPSG膜具有添加到其中的硼和磷，由此，形成具有600nm的总的膜厚度的第一层绝缘膜。
之后，进行光刻步骤，然后通过利用C4F8/CO/O2/Ar基气体的反应性离子蚀刻工艺在硅半导体扩散层(源极/漏极)上形成接触孔36。
此外，在打印机头19中，进行利用稀释的氢氟酸的清洁，然后通过溅射依次构建30nm厚的钛膜、70nm厚的氮氧化钛阻挡金属膜、30nm厚的钛层、以及500nm厚的具有添加到其中的1at％的硅的铝膜或者具有添加到其中的0.5at％的铜的铝膜。然后，在打印机头19中，构建厚度为25nm的作为抗反射膜的氮氧化钛膜，并且，通过这些膜形成布线图案材料膜。此外，在打印机头19中，通过光刻步骤和干法蚀刻步骤选择性地去除布线图案材料膜，由此形成第一层布线图案37，该第一层布线图案37由其中添加了硅或铜的铝制成的金属布线层构成。在打印机头19中，通过由此形成的第一层布线图案37，将构成驱动电路的MOS型晶体管34连接，以形成逻辑集成电路。
随后，在打印机头19中，通过利用TEOS(四乙氧基硅烷：Si(OC2H5)4)的CVD工艺来构建作为层绝缘膜的氧化硅膜。然后，在打印机头19中，应用包含SOG(旋涂玻璃)的涂敷型氧化硅膜并进行回蚀刻，以使所述氧化硅膜变平，将这些步骤重复两次，从而在第一层布线图案37与以下将形成的第二层布线图案之间形成由440nm厚的氧化硅膜构成的用于绝缘的第二层绝缘膜(P-SiO)38。
之后，如图7B所示，在溅射设备的形成腔的溅射膜中安装打印机头19，通过溅射构建厚度为50至100nm的β-钽膜，由此在硅衬底31上形成电阻膜。在这种情况下，衬底温度被设定为200至400℃，DC功率被设定为2至4kW，并且氩气流量被设定为25至40sccm。
随后，在打印机头19中，通过光刻步骤和利用BCl3/Cl2气体的干法蚀刻步骤选择性的去除电阻膜，使其呈方形或者在其一端通过布线图案连接的折返形式(tum-back form)，由此形成具有40至100Ω的电阻的加热元件39。顺便提及，在本实施例中，构建83nm厚的电阻膜，并且形成呈折返形状的加热元件39，使得每个加热元件39具有100Ω的电阻。
当以这种方式形成加热元件39时，在打印机头19中，如图8A所示，通过CVD构建300nm厚的氮化硅膜，从而形成用于加热元件39的绝缘保护膜40。
随后，在打印机头19中，如图8B所示，通过光致抗蚀剂步骤和利用CHF3/CF4/Ar气体的干法蚀刻步骤来去除预定区域的氮化硅膜40，由此在绝缘保护膜40中形成开口，并形成接触部分41。此外，通过利用CHF3/CF4/Ar气体的干法蚀刻步骤，在层绝缘膜38中形成开口，从而形成通孔42。此处，接触部分41是在第二层布线图案的在前步骤中设置的接触部分，用于将第二层布线图案连接到在下的加热元件39，并且通孔42是在第二层布线图案的在前步骤中设置的接触部分，用于将第二层布线图案连接到在下的第一层布线图案37。
在打印机头19中，当由此形成接触部分41和通孔42时，如图9A所示，利用由其中添加了硅或铜的铝等形成的金属布线层来形成布线图案材料层43，并且如图9B所示，去除布线图案材料层43的过剩部分，由此构图第二层布线图案44。
此处，在本实施例中，将布线图案材料层43的金属布线层的膜厚度设定为不少于400nm。因此，在布线图案44的构图中，在通过包含氯原子成分的蚀刻气体于除加热元件39上侧的区域之外的其他区域中干法蚀刻布线图案材料层43时，加热元件39上侧的布线图案材料层43被同时去除。
更具体而言，利用包含氯原子成分的蚀刻气体所进行的干法蚀刻是这样的方法，其中氯基气体被激发从而形成包含氯根种类(chlorine radicalspecies)的等离子体流，利用该等离子体流辐射工件(work)，由此通过等离子体中的氯根种类减小并去除工件，并且所述干法蚀刻是一种各向异性蚀刻，其中在基本垂直于衬底的方向上蚀刻所述工件。
通过这样的干法蚀刻，通过等离子体中的氯根种类去除了加热元件39上侧的布线图案材料层43，由此在打印机头19中，精确形成了构成产生于布线图案44中的台阶的壁表面，并防止了在布线图案44和之后形成在其上的绝缘保护膜之间的界面处产生空洞。
此外，在打印机头19中，这样去除了加热元件39上的布线图案材料层43，由此暴露了与接触部分41的形成有关的绝缘保护层40。由此，在打印机头19中，使绝缘保护层40暴露于包含氯根种类的等离子体流，并且通过等离子体中的氯根种类被蚀刻；然而，绝缘保护层40用作用于加热元件39的掩蔽，使得加热元件39不直接暴露于包含氯根种类的等离子体流，并且防止了对于加热元件39表面的蚀刻。因此，在打印机头19中，用于形成接触部分41的预先形成的绝缘保护层40防止了加热元件39被干法蚀刻所损坏。
更具体而言，在打印机头19中，通过溅射依次构建200nm厚的钛膜以及600nm厚的其中添加有1at％的硅的铝膜或者其中添加有0.5at％的铜的铝膜。然后，在打印机头19中，构建25nm厚的氮氧化钛膜，从而形成抗反射膜。通过这些步骤，在打印机头19中，形成了由金属布线层构成的布线图案材料层43，所述金属布线层由其中添加有硅或铜的铝形成。
随后，在打印机头19中，通过光刻步骤和利用BCl3/Cl2气体的干法蚀刻步骤选择性的去除布线图案材料层43，以形成第二层布线图案44。顺便提及，在本实施例中，为了过蚀刻，以设定成对应于布线图案材料层43膜厚度的蚀刻时间的1.2倍的蚀刻时间来进行干法蚀刻步骤，由此可靠地去除过剩的布线图案材料层43，并令人满意地防止由于布线图案材料层的遗留所致的布线图案之间的短路。作为干法蚀刻的结果，预先形成在加热元件39上的300nm厚的氮化硅膜40被蚀刻掉200nm膜厚度的量，从而膜厚度为100nm。
在打印机头19中，以600nm的膜厚度形成与布线图案44相关的金属布线层，由此防止金属布线层自身的弱化，并防止金属布线层的电阻增大。
更具体而言，在测量金属布线层的电阻以及包括晶体管34的导通电阻的寄生电阻时，发现金属布线层的电阻为1.5Ω，而包括晶体管34的导通电阻的寄生电阻为12Ω。由此，在打印机头19中，相对于通过添加加热元件39的100Ω电阻所得到的总电阻的寄生电阻变成约1/9，表明与相关技术相比，能够减小寄生电阻。更具体而言，与参照图3所描述的打印机头相比，寄生电阻与总电阻的比率能够减小约2/3。
此外，在布线图案44的干法蚀刻中，通过利用蚀刻气体的干法蚀刻步骤同时去除了加热元件39上的布线图案材料层43，由此与相关技术相比，减少了步骤的数目并缩短了制造打印机头19所花费的时间。
在打印机头19中，通过由此形成的第二层布线图案44，形成了用于电源的布线图案以及用于地的布线图案，并形成了通过接触部分41和通孔42将驱动晶体管34连接到加热元件39的布线图案。
随后，如图10所示，在打印机头19中，通过等离子体CVD构建作为绝缘保护层的200至400nm厚的氮化硅膜45。此外，在热处理炉中，在其中添加了4％的氢的氮气氛中或者在100％的氮气氛中，在400℃下进行60分钟的热处理。由此，使打印机头19中晶体管33和34的工作稳定，并稳定了第一层布线图案37与第二层布线图案44之间的连接，减小了接触电阻。
然后，如图11所示，在DC磁控溅射设备中，将打印机头19安装在溅射膜形成腔中，并通过溅射构建厚度为100至300nm的β-钽的金属保护层材料膜。然后，在打印机头19中，通过光致抗蚀剂步骤以预期形状掩蔽金属保护层材料膜，并通过利用BCl3/Cl2气体的干法蚀刻步骤来进行利用该掩模的蚀刻处理，从而形成金属保护层46。顺便提及，为了形成金属保护层46，可以应用铝含量被设定成约15at％的钽-铝(TaAl)。顺便提及，铝含量约15at％的钽-铝具有这样的结构，其中铝预置在β-钽晶粒界面处，并且，与由β-钽形成金属保护层的情况相比，能够减小膜应力。
在打印机头19中，在通过布线图案44的干法蚀刻变薄的氮化硅膜40上构建氮化硅膜45，由此使绝缘保护层由氮化硅膜40和45构成，并且在其上进一步形成金属保护层46。在打印机头19中，通过绝缘保护层40、45以及金属保护层46来保护加热元件39，由此确保可靠性；在本实施例中，绝缘保护层40、45以及金属保护层46的总厚度被设定为不超过700nm。
图12所示的测量结果表示了在其中金属保护层形成为200nm的膜厚度并且绝缘保护层的膜厚度在绝缘保护层和金属保护层的总膜厚度不超过700nm的条件下变化的打印机头中，通过各种驱动功率值驱动加热元件而经由喷嘴喷出的墨滴的喷射速度。顺便提及，在图12中，实心圆表示具有500nm厚的绝缘保护层的打印机头，实心方块表示具有400nm厚的绝缘保护层的打印机头，实心三角形表示具有350nm厚的绝缘保护层的打印机头，而实心菱形表示具有300nm厚的绝缘保护层的打印机头。
从测量结果中可以确认的是，绝缘保护层膜厚度的减小降低了开始喷射墨滴时的驱动功率。此外，如虚线所示，可以确认的是，在以0.8W的额定驱动功率驱动加热元件的情况下，在每一打印机头中以足够的裕度实现了稳定的墨喷射。顺便提及，在本实施例中，绝缘保护层40、45以及金属保护层46的膜厚度为500nm以及200nm，并且加热元件39的热量能够有效地传递到墨。
随后，在打印机头19中，如图6所示，通过压力接合设置由有机树脂制成的干膜51，去除其对应于墨液体腔52和墨通道的部分，然后固化树脂，从而形成墨液体腔52的分隔壁、墨通道21的分隔壁等。
之后，在用于分成头芯片22的划片之后，叠置喷嘴板53。此处，喷嘴板53是被加工成预定形状的板状构件以在加热元件39的上侧形成喷嘴23，并且通过粘附力而固定到干膜51。由此，打印机头19设置有喷嘴23、墨液体腔52、用于将墨引导到墨液体腔52中的墨通道21等。
如此制造打印机头19，使得墨液体腔形成为在纸表面的深度方向是连续的，由此构成行式打印头。
(2)实施例的操作
对于以上结构，在打印机头19中，器件隔离区域32形成在用作半导体衬底的硅衬底中，形成作为半导体器件的晶体管33和34，进行通过绝缘层35的绝缘，并且形成第一层布线图案37。之后，形成加热元件39，然后形成绝缘保护层40和第二层布线图案44，通过第二层布线图案44将加热元件39连接到所述晶体管，并形成用于电源、地线等的布线图案44。此外，在打印机头19中，顺序形成绝缘保护层45、金属保护层46、墨液体腔52以及喷嘴23(图6，图7至11)。
在行式打印机11中，容纳在头盒18中的墨通过墨通道21被导入到按上述方式形成的打印机头19的墨液体腔52中(图5)，通过驱动加热元件39而加热容纳在墨液体腔52中的墨以产生气泡，并且墨液体腔52内部的压力迅速增大。在行式打印机11中，所述压力的增大引起墨液体腔52中的墨经由设置在加热元件39上的喷嘴23作为墨滴被喷射，并且墨滴沉积在通过辊15、16、17等从纸盒14进送的作为打印目标的纸13上。
在行式打印机11中，间歇性地重复对加热元件39的驱动，由此在纸13上打印预期的图像等，并通过排出口排出纸13(图4)。在打印机头19中，通过间歇地驱动加热元件39，在墨液体腔52中重复气泡的产生和气泡的消除，由此产生作为机械冲击的气穴现象。在打印机头19中，通过金属保护层46释放气穴现象所致的机械冲击，从而保护加热元件39免受冲击的影响。此外，金属保护层46和绝缘保护层40、45防止墨与加热元件39直接接触，这也保护了加热元件39。
在打印机头19中，用于将与加热元件39的驱动有关的晶体管34连接到加热元件39的第二层布线图案44设置在加热元件39的墨液体腔52侧上，其间具有绝缘保护层40，并且与布线图案44相关的金属布线层形成为不小于400nm的600nm的膜厚度。因此，在打印机头19中，当利用根据相关技术的干法蚀刻步骤和湿法蚀刻步骤来构图布线图案44时，布线图案44的壁表面形成为凹凸不平的形状，从而在布线图案44与绝缘保护层45之间的界面处产生空洞。实验结果表明，当通过常规技术构图布线图案材料层43时，壁表面部分形成为凹凸不平的形状，所述布线图案材料层43通过构建400nm厚的金属布线层等来形成。
另一方面，在本实施例中，通过利用干法蚀刻构图来形成布线图案44，并通过利用设置在绝缘保护层40中的开口形成的接触部分41将布线图案44连接到加热元件39。
更具体而言，与示出了根据相关技术形成布线图案的技术的图1相反，如图13A至13D所示，在打印机头19中，在加热元件39上构建由氮化硅形成的绝缘保护层40，之后在绝缘保护层40中形成开口并在此处设置接触部分41(图13A)，并且在其上构建其中添加有硅和铜的铝等，从而形成布线图案材料层43(图13B)。
随后，在打印机头19中，通过利用了包含氯原子成分的蚀刻气体的干法蚀刻，蚀刻除了加热元件39上的区域之外的其他区域中的过剩的布线图案材料层43。在这种处理下，在打印机头19中，在加热元件39上的区域中的布线图案材料层43也被同时蚀刻并去除，但将预先形成在加热元件39上并用于形成接触部分41的绝缘保护层40用作掩蔽，以保护加热元件39不受干法蚀刻影响，从而防止加热元件39被损坏(图13C)。因此，在打印机头19中，精确的形成了布线图案44同时防止了加热元件39被蚀刻气体所损坏，从而有效避免了在布线图案44与之后形成在其上的绝缘保护层45之间的界面处产生空洞。
在打印机头19中，通过接触部分41将以这种方式形成的布线图案44连接到加热元件39，此外，顺序形成绝缘保护层45和金属保护层46(图13D)。
在打印机头19中，与第二层布线图案44相关的金属布线层形成为600nm的膜厚度，由此能够防止金属布线层自身的弱化，并且与参照图3的上述寄生电阻相比，能够将金属布线层等所致的寄生电阻降低约2/3。
此外，在布线图案44的干法蚀刻中，通过干法蚀刻步骤同时去除了加热元件39上的布线图案材料层43，由此与相关技术相比，能够减少步骤的数目并缩短制造打印机头19所需的时间。
此外，在布线图案44的干法蚀刻中，通过将蚀刻时间设定为对应于布线图案材料层43膜厚度的蚀刻时间的1.2倍来进行过蚀刻，由此能够确定地去除过剩的布线图案材料层43，并且能够令人满意地防止由于布线图案材料层43的遗留所致的布线图案之间的短路，由此能够确保可靠性。
顺便提及，以不超过700nm的总膜厚度形成覆盖加热元件39的绝缘保护层40、45和金属保护层46，这确保了在打印机头19中，在以额定驱动功率驱动加热元件39的情况下，能够以足够的裕度通过喷嘴23稳定地喷出墨。
(3)实施例的效果
根据上述结构，通过利用干法蚀刻构图来形成布线图案，并且通过利用设置在绝缘保护层中的开口所形成的接触部分将布线图案连接到加热元件，由此能够充分确保与布线图案有关的金属布线层的膜厚度并减小金属布线层所致的寄生电阻。
更具体而言，以不小于400nm的膜厚度形成与布线图案相关的金属布线层，由此能够防止金属布线层自身的弱化，并能够防止金属布线层的电阻增大。
(4)实施例2
在本实施例中，在加热元件上形成蚀刻保护层，其上的层设置有实施例1中的上述接触部分。顺便提及，在本实施例中，以和实施例1中的打印机头相同的方式构造打印机头，除了与蚀刻保护层有关的形成步骤不同之外；因此，将通过对应于实施例1中的符号来表示与实施例1中相同的部件，并且将省略对其的描述。
更具体而言，如图14A所示，在打印机头59中，在硅衬底上形成加热元件39，然后以10至50nm的膜厚度形成蚀刻保护层60。此处，蚀刻保护层60是用于保护加热元件39不受用于布线图案44的干法蚀刻影响的保护层，并由利用用于构图布线图案44的蚀刻气体难于蚀刻的材料形成。更具体而言，在这种情况下，将氮氧化钛或钨应用于蚀刻保护层60。
更具体而言，在钨的氯化物的情况下，蒸汽压力较高，使得利用包含氯原子成分的蚀刻气体的干法蚀刻难以蚀刻钨。同时，在氮氧化钛的情况下，利用包含氯原子成分的蚀刻气体的蚀刻速率相比较而言较低，使得利用包含氯原子成分的蚀刻气体的干法蚀刻难以蚀刻氮氧化钛。由此，在打印机头59中，在用于形成接触部分41的绝缘保护层40被蚀刻的情况下，暴露蚀刻保护层60，蚀刻保护层60用作加热元件39的保护层，保护加热元件39不受布线图案44的干法蚀刻的影响。
更具体而言，在打印机头59中，在蚀刻保护层60上构建绝缘保护层40，绝缘保护层40设置有开口，并形成接触部分41。随后，如图14B所示，形成布线图案材料层43。然后，通过利用包含氯原子成分的蚀刻气体的干法蚀刻选择性地蚀刻由此形成的布线图案材料层43，由此构图布线图案44。
在打印机头59中，在干法蚀刻步骤，同时去除了加热元件39上的布线图案材料层43，并蚀刻掉用于形成接触部分41的绝缘保护层40，由此暴露了在下的蚀刻保护层60。因此，在打印机头59中，蚀刻保护层60用作加热元件39的掩模，由此防止加热元件39被干法蚀刻所损坏。
随后，在打印机头59中，如图14D所示，顺序形成绝缘保护层45和金属保护层46，然后顺序形成喷嘴23、墨液体腔52、用于将墨引导到墨液体腔52中的墨通道21等。
以这种方式，如在本实施例中那样，在于加热元件上单独形成蚀刻保护层的情况下，能够获得与实施例1相同的效果。更具体而言，由于蚀刻保护层由难以被用于构图布线图案的蚀刻气体蚀刻的材料形成，所以即使在通过布线图案的干法蚀刻去除了用于形成接触部分的绝缘保护层的情况下，也能够可靠地保护加热元件不受干法蚀刻影响。
(5)其他实施例
尽管在以上实施例中已经描述了由氮化硅形成绝缘保护层的情况，但本发明并不局限于这种情况，而是广泛适用于其他情况，比如用氧化硅代替氮化硅来形成绝缘保护层的情况。此外，在根据上述结构的打印机头中，用于形成接触分的绝缘保护层和形成布线图案之后所形成的绝缘保护层可以由不同的材料形成。
此外，尽管在以上实施例中已经描述了由其中添加有硅或铜的铝来形成金属布线层的情况，但本发明并不局限于这种情况，而是广泛适用于其他情况，比如由铝、铜、钨等来形成金属布线层的情况。
此外，尽管在以上实施例中已经描述了通过将本发明应用于打印机头而喷出墨滴的情况，但本发明并不局限于这种情况，而是广泛适用于其中液滴是取代墨滴的各种染料滴、保护层形成滴等的液体喷射头，其中液滴是试剂滴等的微分配器，各种测量仪器、各种试验设备、其中液滴是用于保护构件不被蚀刻的化学制品滴的各种图案绘制设备，等等。
工业适用性
本发明涉及液体喷射头、液体喷射装置以及液体喷射头的制造方法，并且适用于例如基于热敏系统的喷墨打印机。

Claims (4)

1.一种液体喷射头，包括：
用于加热保持在液体腔中的液体的加热元件；以及
用于驱动所述加热元件的半导体器件，所述加热元件和所述半导体器件整体地固定在预定衬底上，并且通过驱动所述加热元件而从预定喷嘴喷射所述液体的液滴，
其中：
用于保护所述加热元件不受所述液体影响的绝缘保护层和用于将所述半导体器件连接到所述加热元件的金属布线层顺序设置在所述加热元件的所述液体腔侧上；并且
所述金属布线层通过利用设置在所述绝缘保护层中的开口形成的接触部分连接到所述加热元件，并且通过利用蚀刻气体的干法蚀刻进行构图而形成。
2.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中所述金属布线层的膜厚度被设定为不小于400nm。
3.一种液体喷射装置，该装置通过驱动设置在液体喷射头中的加热元件而喷射液滴，其中：
所述液体喷射头包括：
用于加热保持在液体腔中的液体的所述加热元件，以及
用于驱动所述加热元件的半导体器件，所述加热元件和所述半导体器件整体地固定在预定衬底上；
用于保护所述加热元件不受所述液体影响的绝缘保护层和用于将所述半导体器件连接到所述加热元件的金属布线层顺序设置在所述加热元件的所述液体腔侧上；并且
所述金属布线层通过利用设置在所述绝缘保护层中的开口形成的接触部分连接到所述加热元件，并且通过利用蚀刻气体的干法蚀刻进行构图而形成。
4.一种液体喷射头的制造方法，所述液体喷射头包括：
用于加热保持在液体腔中的液体的加热元件；以及
用于驱动所述加热元件的半导体器件，所述加热元件和所述半导体器件整体地固定在预定衬底上，并且通过驱动所述加热元件而从预定喷嘴喷射所述液体的液滴，
其中：
在所述加热元件的所述液体腔侧上顺序设置用于保护所述加热元件不受所述液体影响的绝缘保护层和用于将所述半导体器件连接到所述加热元件的金属布线层；并且
通过利用设置在所述绝缘保护层中的开口形成的接触部分将所述金属布线层连接到所述加热元件，并且所述金属布线层通过利用蚀刻气体的干法蚀刻进行构图而形成。
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