JP2000158655A

JP2000158655A - 液体噴射記録装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000158655A
Application number: JP33328798A
Authority: JP
Inventors: Michiaki Murata; 道昭村田; Atsushi Fukukawa; 敦福川
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1998-11-24
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 2000-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】発熱部の両端に存在する寄生抵抗を低減して
工ネルギー効率を改善するとともに、液体侵食耐性の強
い構造にして信頼性を向上させ、さらにコスト低減を図
ったサーマルタイプの液体噴射記録装置を提供する。【解決手段】Ｓｉ基板上に発熱抵抗体部３１、層間絶
縁膜３６、金属配線層３８、表面保護膜４１をこの順で
形成する。その後、ホトリソグラフィー法とドライエッ
チング法を用いて発熱抵抗体部３１の発熱領域上の層間
絶縁膜３６、表面保護膜４１を除去し、ピット８を開口
させる。そして耐液体層４０を形成し、少なくとも開口
を覆うとともに、バイパス流路４７の部分を越えて延在
させる。さらに樹脂層５４を１層のみ形成する。樹脂層
５４には、ピット８を耐液体層４０より大きくするとと
もに、バイパス流路４７の部分を除去し、発熱素子基板
を形成する。別に形成した流路基板と接合し、液体噴射
記録装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体流路内に保持
された液体に熱エネルギーを印加し、液体中に発生する
気泡の成長時の圧力により液体を噴射して記録を行うサ
ーマルタイプの液体噴射記録装置およびその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は、サーマルタイプの液体噴射記録
装置における液体噴射過程の一例の説明図である。図
中、１は流路基板、２は液体流路、３は発熱素子基板、
４は個別電極、５は共通電極、６は発熱抵抗体、７は樹
脂層、８はピット、９はノズル、１０は液体、１１は気
泡、１２は液滴である。流路基板１には、液体流路２と
なる多数の溝が形成される。また発熱素子基板３には、
発熱抵抗体６と、その発熱抵抗体６に電気エネルギーを
供給するための個別電極４および共通電極５が形成さ
れ、その上に２層の樹脂層７が形成される。２層の樹脂
層７は、少なくとも発熱抵抗体６の上部が除去され、ピ
ット８が形成される。そして流路基板１と発熱素子基板
３が位置合わせ後、接合されて液体噴射記録装置が形成
されている。この接合によって液体流路２が形成され、
その端部がノズル９となる。また、液体流路２には図示
しない液体供給手段から液体１０が供給される。

【０００３】図９（Ａ）に示すように、液体流路２に液
体１０が供給されている状態において、外部から与えら
れる画像信号に基づき、駆動すべき発熱抵抗体６に対し
て個別電極４および共通電極５により電気エネルギーを
供給する。発熱抵抗体６は、与えられた電気エネルギー
を熱エネルギーに変換し、液体流路２中の液体１０を加
温する。液体流路２内では、液体１０が急激に沸騰し、
図９（Ｂ）に示すよう気泡１１が発生する。発生した気
泡１１は液体流路２内で急速に成長する。このときの気
泡１１の成長時の圧力によって、液体流路２内の液体１
０は両側に押しやられ、図９（Ｃ）に示すように一方は
ノズル９から押し出される。

【０００４】発熱抵抗体６による液体１０の加熱終了
後、図９（Ｄ）に示すように気泡１１は縮小し、液体流
路２内の液体は発熱抵抗体６へと引かれる方向に力を受
ける。しかし、ノズル９から押し出された液体１０は慣
性力によってそのまま移動を続ける。そして一部が液体
流路２内の液体１０からちぎれ、図９（Ｅ）に示すよう
に液滴１２として飛翔する。飛翔した液滴１２は、紙な
どの図示しない被記録媒体に付着し、被記録媒体上に記
録画素を形成する。

【０００５】図１０は、従来のサーマルタイプの液体噴
射記録装置において発熱素子基板上に形成される発熱抵
抗体を含む電気回路の概略を示す平面図である。図中、
２１は駆動素子、２２は接地電極である。発熱抵抗体６
は、発熱素子基板３上に多数配列されている。各発熱抵
抗体６には、これらに対して個別に駆動エネルギーを伝
達するための個別電極４と、通常、電源電極配線として
機能する共通電極５が接続されている。

【０００６】個別電極４は、それぞれの発熱抵抗体６を
駆動制御するための駆動素子２１に接続されている。ま
た駆動素子２１の端部にも共通の配線が接続され、通
常、接地電極２２として機能する。また、駆動素子２１
には図示しない信号線が接続されており、この信号線を
介して画像情報に応じた駆動素子２１のＯＮ／ＯＦＦ信
号が送られる。信号線を介してＯＮ信号が駆動素子２１
に与えられると、駆動素子２１がＯＮ状態となり、この
ＯＮ状態になった駆動素子２１に接続されている発熱抵
抗体６に電流が流れ、発熱抵抗体６が発熱することにな
る。

【０００７】発熱抵抗体６の材料としてどのような材料
を用いるかは、各種検討されている。その中で多結晶Ｓ
ｉは、通常のＭＯＳＬＳＩプロセスのゲート電極材料と
して用いられるため、ＬＳＩロジック回路を搭載した液
体噴射ヘッドにおいては、駆動素子２１などのＬＳＩの
ゲート電極と発熱抵抗体６の材料の共通化が可能であ
る。そのため、製造工程を簡略化でき、ひいては低コス
トでヘッドを作製できるという利点があり、検討されて
きた。例えば特公平７−６４０７２号公報などにも記載
されている。また、多結晶Ｓｉの抵抗値はｎ型あるいは
ｐ型の不純物イオン（ドナーもしくはアクセプタ）の注
入量で規定されるため、抵抗値の調整が容易でしかも制
御性が高いという特長もある。

【０００８】図１１、図１２は、発熱抵抗体の材料とし
て多結晶Ｓｉを用いた場合の従来の液体噴射記録装置の
製造工程の一例を示す断面図、図１３は、従来の液体噴
射記録装置の一例を示す断面図である。図中、３１は発
熱抵抗体部、３２は高抵抗多結晶Ｓｉ、３３は低抵抗多
結晶Ｓｉ、３４はゲート電極、３５はソース／ドレイン
拡散層、３６は層間絶縁膜、３７はコンタクトホール、
３８は金属配線層、３９はボンディングパッド、４０は
耐液体層、４１は表面保護膜、４２は第１の樹脂層、４
３は第２の樹脂層、４４はフィールド酸化膜、４５はロ
ジック回路領域、４６は液体供給口、４７はバイパス流
路、４８はリザーバである。

【０００９】発熱素子基板３となるＳｉ基板上にフィー
ルド酸化膜４４を形成し、発熱抵抗体部３１の蓄熱層を
形成するとともに、駆動素子２１の領域、ロジック回路
領域４５などを分離する。その後、図示しないゲート酸
化膜を成膜し、その上に多結晶Ｓｉを成膜する。多結晶
Ｓｉには、高抵抗多結晶Ｓｉ３２の部分を除き、不純物
をドープして低抵抗化する。そしてパターニングし、高
抵抗多結晶Ｓｉ３２および低抵抗多結晶Ｓｉ３３からな
る発熱抵抗体部３１と、駆動素子２１およびロジック回
路領域４５のゲート電極３４が形成される。駆動素子２
１およびロジック回路領域４５には、さらに、ソース／
ドレイン拡散層３５を形成する。このような工程を経た
後、層間絶縁膜３６が形成され、図１１（Ａ）の状態と
なる。なお、駆動素子２１のゲート電極３４は、多結晶
Ｓｉによってロジック回路領域４５のＬＳＩと接続して
いる。

【００１０】図１１（Ｂ）に示す工程において、層間絶
縁膜３６にコンタクトホール３７を開口する。このコン
タクトホール３７は、発熱抵抗体部３１の両端に設けら
れた低抵抗多結晶Ｓｉ３３の部分や、駆動素子２１のソ
ースおよびドレインなどに設けられる。

【００１１】図１１（Ｃ）に示す工程において、各素子
間を接続するための金属配線層３８を形成する。これに
より、発熱抵抗体部３１の一端と駆動素子２１が個別電
極４により接続されるとともに、発熱抵抗体部３１の他
端には共通電極５が形成される。共通電極５は、チップ
の外周部分を利用して後部に引き回される。また、駆動
素子２１の他端も共通化され、ロジック回路部４５を避
けて後部に引き回される。これらの配線の端部は、ボン
ディングパッド３９となる。もちろん、ロジック回路部
４５内の配線も形成されるとともに、ロジック回路部４
５への電力および信号線も後部に引き出され、ボンディ
ングパッド３９が形成される。

【００１２】図１１（Ｄ）に示す工程において、発熱抵
抗体部３１上のピット８となる部分の層間絶縁膜３６を
ウェットエッチング法にて除去する。そして図１２
（Ａ）に示す工程において、液体から発熱抵抗体部３１
を保護する耐液体層４０（例えばＳｉ窒化膜とＴａの２
層膜）を形成する。さらに図１２（Ｂ）に示す工程にお
いて、デバイスの表面を保護するため、例えば化学的気
相成長（ＣＶＤ）法で形成した燐珪酸ガラスなどにより
表面保護膜４１を形成する。

【００１３】最後に図１２（Ｃ）に示す工程において、
液体からデバイスを保護するためのポリイミドなどによ
る第１の樹脂層４２および第２の樹脂層４３を形成す
る。このとき、第１の樹脂層４２は、ピット８の部分お
よびボンディングパッド３９の部分が除去される。第２
の樹脂層４３は、さらに、流路基板１に形成される液体
流路２とリザーバ４８とを連通させるバイパス流路４７
の部分が除去される。このようにして、発熱素子基板３
が作製される。

【００１４】これとは別に、発熱抵抗体部３１に対応し
て液体流路２となる多数の溝が形成されるとともに、リ
ザーバ４８となる貫通孔などが流路基板１に形成され
る。この貫通孔の開口が液体供給口４６となる。そし
て、上述のようにして作製された発熱素子基板３と位置
合わせし、接合することによって、図１３に示すような
液体噴射記録装置となる。

【００１５】このような液体噴射記録装置では、発熱素
子基板３上に、多結晶Ｓｉからなる発熱抵抗体部３１
と、その発熱抵抗体部３１に電流を供給する駆動素子２
１と、画像情報の信号処理を行うロジック回路部４５を
ＬＳＩプロセスを用いて形成している。そのため、発熱
抵抗体部３１を形成する工程を別に設ける必要がなく、
工程が簡素化されて製造コストを低減することができ
る。

【００１６】上述の構成では、発熱抵抗体部３１は高抵
抗多結晶Ｓｉ３２と低抵抗多結晶Ｓｉ３３とからなる。
高抵抗多結晶Ｓｉ３２の領域は主に発熱領域を規定す
る。一方、層間絶縁膜３６、表面保護膜４１や第１の樹
脂層４２の下に位置する多結晶Ｓｉは、たとえ抵抗が高
く十分な発熱量があっても、液体に伝わる熱エネルギー
は小さくなる。そのため、余分なエネルギーロスを小さ
くするという点から、層間絶縁膜３６、表面保護膜４１
や第１の樹脂層４２の下に位置する多結晶Ｓｉには、あ
らかじめ高濃度の不純物イオンを注入し、抵抗を十分に
下げておくことが望ましい。

【００１７】しかし、低抵抗多結晶Ｓｉ３３の部分につ
いても多少の発熱があるため、エネルギー効率は低下す
る。図１４は、発熱抵抗体部３１と駆動素子２１の等価
回路の説明図である。ここでＲ_endは低抵抗多結晶Ｓｉ
３３の抵抗値、Ｒ_heaterは高抵抗多結晶Ｓｉ３２（発熱
部）の抵抗値、Ｒ_driverは駆動素子２１の０Ｎ抵抗値、
Ｉ_onはＯＮ電流値、Ｖ_DDは電源電圧であり、（１）式の
関係にある。Ｖ_DD＝Ｉ_on×（Ｒ_end＋Ｒ_heater＋Ｒ_end＋Ｒ_driver） …（１）なおここでは、それぞれの素子間を接続する金属配線層
３８の抵抗値はほとんど無視できるほど小さいので省略
している。

【００１８】この中で、気泡の発生に寄与する熱エネル
ギーはほとんどＩ_on ²×Ｒ_heaterで決まり、残りのＩ_on
²×（Ｒ_end＋Ｒ_end＋Ｒ_driver）は気泡の発生には寄
与しない余分な発熱（エネルギーロス）となる。この余
分な熱エネルギーは連続記録時の蓄熱を増大させ、液体
噴射記録装置の温度を上昇させることになる。温度が上
昇すると液体流路２内で気泡が発生し、ドット抜け等の
画質欠陥を引き起こす原因となる。そのため、装置の温
度がある規定温度に到達すると記録を中断するように設
定されている。

【００１９】このような理由で、低抵抗多結晶Ｓｉ３３
による寄生抵抗成分は高速記録を行う上で障害の一つに
なっている。またこの昇温は、高速記録させるため同時
記録ビット数を増大させた場合、より顕著になる。ま
た、この液体噴射記録装置を駆動するための最大投入電
力は、Ｉ_on ²×（Ｒ_end＋Ｒ_heater＋Ｒ_end＋Ｒ_driver）×同
時記録ビット数で規定されるため、寄生抵抗成分であるＲ_endとＲ
_driverを低減させることにより投入電力を下げることが
できる。これはまた、ある最大投入電力を有する電源を
用いた時に、寄生抵抗成分（およびＲ_heater）を低下さ
せただけ同時記録ビット数を増やせることを示してい
る。

【００２０】ここで、寄生抵抗成分の一つであるＲ_end
について考える。図１５は、従来の液体噴射記録装置の
一例における発熱抵抗体部３１での抵抗値の説明図であ
る。図１５（Ａ）は、低抵抗多結晶Ｓｉ３３の領域の拡
大図、図１５（Ｂ）は発熱抵抗体部３１の平面図であ
る。図中、ａはコンタクトホール３７のピット８側の端
部からコンタクトホール３７を越えて形成された金属配
線層３８の長さである。ｂは金属配線層３８の端部と耐
液体層４０の端部との間の長さである。ｃは耐液体層４
０と層間絶縁膜３６が重複した部分の長さである。ｄは
層間絶縁膜３６のピット８側の端部から表面保護膜４１
の端部までの長さである。ｅは表面保護膜４１の端部か
ら第１の樹脂層４２及び第２の樹脂層４３の端部（すな
わちピット８の側壁）までの長さである。ｆは第１の樹
脂層４２及び第２の樹脂層４３の端部（すなわちピット
８の側壁）から高抵抗多結晶Ｓｉ３２の端部までの長さ
である。これらの長さａ〜ｆは、上述の図１１，図１２
で説明した各層を形成する際のプロセス合わせマージン
から決定されている。なお、高抵抗多結晶Ｓｉ３２の長
さをＡとし、発熱抵抗体部３１の幅をＢとしている。

【００２１】ここで、高抵抗多結晶Ｓｉ３２および低抵
抗多結晶Ｓｉ３３のシート抵抗値をそれぞれＲ_shhおよ
びＲ_sheとすると、発熱抵抗体部３１の抵抗値は（２）
式で表される。Ｒ＝Ｒ_end＋Ｒ_hrater ＝２×Ｒ_she×（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ）／Ｂ＋Ｒ_shh×Ａ／Ｂ…（２）この関係式からＲ_endはａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆに比例
して大きくなることがわかる。従来の液体噴射記録装置
では、低抵抗多結晶Ｓｉ３３の抵抗値Ｒ_endは、６つの
層を形成する際のプロセス合わせマージンから決まるこ
とになる。そのため、どうしても低抵抗多結晶Ｓｉ３３
の抵抗値Ｒ_endが大きくなり、エネルギー効率が改善し
ないという問題を有していた。

【００２２】また、上述した図１３に示したような従来
の液体噴射記録装置においては、耐久性に劣り、信頼性
について問題があった。すなわち、記録動作を繰り返し
ているうちに第１の樹脂層４２が耐液体層４０の表面か
ら浮き上がり、液体が表面保護膜４１および金属配線層
３８ヘと侵入する。この記録に用いる液体は、その組成
により差はあるが、これら表面保護膜４１およびその下
層の金属配線層３８を溶解し、断線不良を引き起こす。
実験によれば、同モードによる故障は３×１０ ⁷回程度
の駆動で発生することが確認されている。

【００２３】さらに、従来の液体噴射記録装置の構造で
は、製造コストが高いという問題もある。上述した図１
３に示したような従来の液体噴射記録装置の構造では、
流路基板１には液体流路２となる溝とリザーバ４８とな
る貫通孔が設けられ、この溝とリザーバ４８との連通を
発熱素子基板３に形成したバイパス流路４７によって行
っている。このバイパス流路４７は、第２の樹脂層４３
を除去することによって形成した溝により構成されてい
る。その下層の第１の樹脂層４２は、液体侵食耐性の弱
い表面保護膜４１が直接液体にさらされるのを防止し、
液体からデバイスを保護する役目を果たしている。この
ように従来の液体噴射記録装置では、樹脂層は２層必要
になる。このような用途に使用されるポリイミド樹脂層
は、液体耐性と加工性を両立させなくてはならないた
め、要求される仕様が厳しく、高価なものとなってい
た。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、発熱部の両端に存在する寄
生抵抗を低減して工ネルギー効率を改善するとともに、
液体侵食耐性の強い構造にして信頼性を向上させ、さら
にコスト低減を図ったサーマルタイプの液体噴射記録装
置を提供することを目的とするものである。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ｓｉ基板上に
発熱抵抗体、層間絶縁膜、金属配線層、表面保護膜を形
成した後に、ホトリソグラフィー法とドライエッチング
法を用いて発熱抵抗体の発熱領域上を開口させ、少なく
とも該開口を耐液体層で覆う。あるいは、Ｓｉ基板上に
発熱抵抗体、第１の層間絶縁膜、第１の金属配線層、第
２の層間保護膜、第２の金属配線層、表面保護膜を形成
した後に、ホトリソグラフィー法とドライエッチング法
を用いて発熱抵抗体の発熱領域上を開口させ、少なくと
も該開口を耐液体層で覆う。これによって層形成の際の
プロセス合わせマージンを小さくすることができるの
で、低抵抗の多結晶Ｓｉ領域における寄生抵抗を小さく
してエネルギー効率の向上とそれに伴う印字速度の向上
を図ることができる。

【００２６】また、発熱抵抗体を駆動したときに最も力
を受ける開口の奥部は耐液体層で覆われているため、耐
液体層と樹脂層の剥離も少なくなり、高寿命化して信頼
性を向上させることができる。特に耐液体層を金属配線
層または第１および第２の金属配線層の上部まで延在さ
せることによって、たとえ耐液体層と樹脂層が剥離した
場合でも、液体による配線層の浸食を防止することがで
き、さらに信頼性を向上させることができる。

【００２７】さらに本発明では、耐液体層をバイパス流
路の下部まで形成しておくことによって、樹脂層を１層
のみで構成することができる。すなわち、バイパス流路
部分の樹脂層を除去するとその底部に耐液体層が露出
し、耐液体層が従来の１層目の樹脂層として内部を保護
する。これによって、樹脂層を１層のみとすることがで
き、製造コストを低減することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の液体噴射記録装
置の第１の実施の形態を示す断面図、図２ないし図４
は、同じく製造工程の一例を示す工程図である。図中、
図９ないし図１３と同様の部分には同じ符号を付してあ
る。５１はゲート酸化膜、５２は多結晶Ｓｉ薄膜、５３
は導電性多結晶Ｓｉ膜、５４は樹脂層である。

【００２９】まず図２（Ａ）に示す発熱素子基板８とな
るＳｉ基板の表面に、図２（Ｂ）に示すように通常のＬ
ＯＣＯＳ（ＬｏｃａｌＯｘｉｄａｔｉｏｎｏｆＳ
ｉ）法を用いてフィールド酸化膜４４を形成し、トラン
ジスタ領域を規定する。ここでは、後にロジック回路領
域４５および駆動素子２１の領域等に相当する領域をフ
ィールド酸化膜４４によってそれぞれ分離している。フ
ィールド酸化膜４４は、例えば１０００℃の水素燃焼酸
化で約１．５μｍ成長させて形成することができる。こ
のフィールド酸化膜４４は、素子分離用としてだけでな
く、後に発熱抵抗体である多結晶Ｓｉの下の蓄熱層とし
ても機能させるので、できるだけ厚いことが望ましい。

【００３０】続いて図２（Ｃ）に示す工程において、ト
ランジスタのゲート酸化膜５１を形成する。このゲート
酸化膜５１は、例えば、１０００℃の水素燃焼酸化で約
１００ｎｍ成長させて形成することができる。

【００３１】続いて図２（Ｄ）に示す工程において、Ｍ
ＯＳトランジスタのゲート電極３４と発熱抵抗体部３１
の材料となる多結晶Ｓｉ薄膜５２を着膜する。多結晶Ｓ
ｉ薄膜５２は、例えばＣＶＤ（化学的気相成長）法で約
０．４μｍ着膜させることができる。次に図２（Ｅ）に
示す工程において、多結晶Ｓｉ薄膜５２にｎ型不純物で
あるリンをイオン注入法にて全面に導入する。この段階
で多結晶Ｓｉ薄膜５２は、導電性多結晶Ｓｉ膜５３にな
る。この導電性多結晶Ｓｉ膜５３は、後に高抵抗多結晶
Ｓｉ３２となるものである。さらに図２（Ｆ）に示す工
程において、高抵抗多結晶Ｓｉ３２となる領域をホトリ
ソグラフィー法で形成したレジストで覆い、ｎ型不純物
であるリンをイオン注入し、高抵抗多結晶Ｓｉ３２とな
る領域を除く領域を、さらに抵抗の低い導電性多結晶Ｓ
ｉ膜にする。この抵抗の低い導電性多結晶Ｓｉ膜は、発
熱抵抗体部３１の低抵抗多結晶Ｓｉ３３あるいはＭＯＳ
トランジスタのゲート電極３４となるものである。ここ
では低抵抗多結晶Ｓｉ３３として示している。続いて図
３（Ａ）に示す工程において、ホトリソグラフィー法と
フッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いて、
発熱抵抗体部３１と、ＭＯＳトランジスタのゲート電極
３４をパターニング（加工）する。発熱抵抗体部３１
は、高抵抗多結晶Ｓｉ３２および低抵抗多結晶Ｓｉ３３
によって構成される。

【００３２】その後、図３（Ｂ）に示す工程において、
ＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン拡散層３５を、
批素のイオン注入法とその後の熱処理にて形成する。続
いて図３（Ｃ）に示す工程において、層間絶縁膜３６を
形成する。ここでは、層間絶縁膜３６として、ＣＶＤ法
で約６００ｎｍ着膜したＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｐｈｏｓｐ
ｈｏｓｉｌｉｃａｔｅｇｌａｓｓ）膜に平坦化のた
めの熱処理を施したものを用いる。

【００３３】続いて図３（Ｄ）に示す工程において、ホ
トリソグラフィー法とフッ素系のガスを用いたドライエ
ッチング法にて各素子の電気的接続口となるコンタクト
ホール３７を開口する。

【００３４】続いて図３（Ｅ）に示す工程において、金
属配線層３８を形成する。ここでは金属配線層３８とし
て、スパッタ法で約１μｍ着膜したＡｌ−１％Ｓｉ膜を
用い、パターニングはホトリソグラフィー法と塩素系ガ
スを用いたドライエッチング法で実施した。ドライエッ
チング法を用いることによって微細な配線を形成するこ
とができ、ウェットエッチング法に比べ、高精細化が可
能である。また図３（Ｅ）以降では、このパターニング
後の金属配線層３８を、機能ごとに、個別電極４、共通
電極５、接地電極２２として示している。

【００３５】続いて図４（Ａ）に示す工程において、表
面保護膜４１として、例えばＳｉＨ ₄系ガスを用いたプ
ラズマＣＶＤ法で約５００ｎｍのＳｉ酸化膜を着膜す
る。

【００３６】続いて図４（Ｂ）に示す工程において、ピ
ット８とボンディングパッド３９をホトリソグラフィー
法とフッ素系ガスを用いたドライエッチング法で同時に
開口する。図１１，図１２に示した従来の製造方法で
は、層間絶縁膜３６に対するピット８の開口と、表面保
護膜４１に対するピット８およびボンディングパッド３
９の開口とをそれぞれ独立に行っていた。しかし本発明
では、ドライエッチング法によって同時に開口すること
が可能となる。ここで、ピット８は異種の２層構造の
膜、すなわち層間絶縁膜３６と表面保護膜４１（プラズ
マＣＶＤＳｉ酸化膜）を除去する。従来の製造方法にお
いて用いていたウエットエッチング法では、いわゆるア
ンダーカットが発生するため、両者のエッチングレート
を高精度で合わせない限り、形状の制御が難しい。その
点、本発明で用いているドライエッチング法による加工
では、膜種によらずほぼ垂直に加工できるため、２層構
造の膜でも形状制御性よく加工できるという利点があ
る。

【００３７】続いて図４（Ｃ）に示す工程において、耐
液体層４０を形成する。耐液体層４０としては、Ｓｉ窒
化膜とＴａ膜を用いることができる。Ｓｉ窒化膜は、ア
ンモニア系ガスを用いたプラズマＣＶＤ法で着膜するこ
とができ、その上にＴａ膜をスパッタ法で着膜すること
ができる。これら２層膜をホトリソグラフィー法とフッ
素系ガスを用いたプラズマエッチング法でパターニング
する。耐液体層４０は、ピット８の凹部を覆うように形
成される。また、耐液体層４０を個別電極４や共通電極
５の上部まで延在させて形成することによって、液体の
浸入による電極の溶解を防止し、長寿命化して信頼性を
向上させることができる。さらに耐液体層４０は、バイ
パス流路４７の下部を越えて延在させて形成している。
これによって、バイパス流路４７において内部回路を保
護することができる。

【００３８】最後に図４（Ｄ）に示す工程において、液
体流路を形成するための樹脂層５４を形成する。ここで
は樹脂層５４として感光性ポリイミドを用い、露光現像
によりピット８およびバイパス流路４７の部分を開口し
た。従来はバイパス流路４７において内部回路を保護す
るため、２層の樹脂層が必要であった。しかし、耐液体
層４０が樹脂層５４の直下の層としてバイパス流路４７
の下部まで延在させて形成している。これによって、バ
イパス流路４７の樹脂層５４を除去しても耐液体層４０
によって内部回路を保護することができ、１層のみの樹
脂層で構成することが可能になり、製造コストを低減す
ることができる。なお、樹脂層５４に形成されるピット
８の部分の開口は、耐液体層４０によって形成されてい
るピット８の大きさよりも少し大きく開口させるとよ
い。これによって樹脂層５４の端部を発熱領域からなる
べく遠ざけることができ、熱による剥離を低減させるこ
とができる。このようにして、発熱素子基板３の作製を
完了する。

【００３９】一方、流路基板１については従来と同様で
あり、例えばＳｉ基板に、発熱抵抗体部３１に対応した
液体流路となる溝と、リザーバ４８および液体供給口４
６となる貫通孔を形成する。そして、上述のようにして
作製された発熱素子基板３と位置合わせ後、接合する。
これによって、図１に示すような液体噴射記録装置が作
製される。

【００４０】図５は、本発明の液体噴射記録装置の第１
の実施の形態における発熱抵抗体部３１での抵抗値の説
明図である。図５（Ａ）は、低抵抗多結晶Ｓｉ３３の領
域の拡大図、図５（Ｂ）は発熱抵抗体部３１の平面図で
ある。図中、ａはコンタクトホール３７のピット８側の
端部からコンタクトホール３７を越えて形成された金属
配線層３８の長さである。ｇは金属配線層３８の端部と
耐液体層４０の立ち上がり部分との間の長さである。ｈ
は耐液体層４０の立ち上がり部分から高抵抗多結晶Ｓｉ
３２の端部までの長さである。これらの長さａ、ｇ、ｈ
は、上述の図２ないし図４で説明した各層を形成する際
のプロセス合わせマージンから決定されている。なお、
高抵抗多結晶Ｓｉ３２の長さをＡとし、発熱抵抗体部３
１の幅をＢとしている。

【００４１】図１に示すような第１の実施の形態におけ
る構成では、ピット８が層間絶縁膜３６と表面保護膜４
１の２層膜の開口により形成されている。また、樹脂層
５４のピット８における開口が、層間絶縁膜３６のピッ
ト８の開口よりも外側に形成されている。そのため、図
１５（Ａ）に示したほぼｃ〜ｅの長さは必要なくなる。
そのため、図１５（Ａ）におけるｂ、ｆに相当する部分
のみが必要になる。このうち、ｆに相当する部分につい
ては、樹脂層５４の端部が発熱領域から離れているた
め、図５（Ａ）に示すように長さｈは非常に短くでき
る。

【００４２】いま、高抵抗多結晶Ｓｉ３２および低抵抗
多結晶Ｓｉ３３のシート抵抗値をそれぞれＲ_shhおよび
Ｒ_sheとすると、発熱抵抗体部３１の抵抗値は（３）式
で表される。Ｒ＝Ｒ_end＋Ｒ_heater ＝２×Ｒ_she×（ａ＋ｇ＋ｈ）／Ｂ＋Ｒ_shh×Ａ／Ｂ …（３）この関係式からＲ_endはａ＋ｇ＋ｈに比例して大きくな
ることがわかる。従来の構成では、図１５で説明したよ
うにＲ_endはａ〜ｆの６つのプロセス合わせマージンか
ら決まっていた。しかし本発明の第１の実施の形態で
は、ａ，ｇ，ｈの３つのプロセス含わせマージンから決
まるだけであり、これら長さの合計、つまり抵抗値Ｒ
_endを従来に比べ、非常に小さくできる。一例として
は、抵抗値Ｒ_endを従来の４２％に低減することができ
た。

【００４３】また、図１に示した本発明の液体噴射記録
装置の構成では、耐液体層４０が金属配線層３８を覆う
ように配設されている。これは、金属配線層３８と耐液
体層４０の間に挿入された表面保護膜４１により、これ
らの層間の絶縁性を確保していることによって実現でき
るものである。このように耐液体層４０により金属配線
層３８を覆うことによって、繰り返しの記録動作中に、
たとえ樹脂層５４が剥離してその界面から液体が侵入し
ても、表面保護膜４１と金属配線層３８は液体耐性が強
い耐液体層４０（ＴａとＳｉ窒化膜の２層膜）により保
護され、溶解およびそれによる断線不良を引き起こすこ
とはない。実験では、２×１０⁸回以上の駆動に耐える
寿命を達成している。

【００４４】さらに、上述のように耐液体層４０はバイ
パス流路４７の下部を越えて延在するように形成されて
おり、バイパス流路４７の一部（底部）を構成してい
る。耐液体層４０の表面は、液体に侵されないＴａ膜で
構成されているため、従来は第１の樹脂層４２が果たし
ていた役割を十分担うことができる。これは、製造プロ
セスのフロー（順序）を変更したことによって実現して
いる。すなわち、従来は図１１，図１２に示したよう
に、層間絶縁膜３６の形成→ピット８の形成→耐液体層
４０の形成→表面保護膜４１の形成の順であったが、図
２〜図４に示した本発明の第１の実施の形態では、層間
絶縁膜３６の形成→表面保護膜４１の形成→ピット８の
形成→耐液体層４０の形成という順序で形成している。
これによって、耐液体層４０を樹脂層５４の直前で形成
でき、従来の第１の樹脂層４２の機能を果たすことがで
きるようになった。このような構成にすることにより、
樹脂層を従来の２層構造から１層にでき、またボンディ
ングパッド３９の開口工程とピット８の開口工程を同一
工程において一括して開口することができる。そのた
め、製造工程を削減し、またそれに伴う材料費の削減を
達成でき、安価に液体噴射記録装置を製造することがで
きる。

【００４５】図６は、本発明の液体噴射記録装置の第２
の実施の形態を示す断面図、図７、図８は、同じく製造
工程の一例を示す工程図である。図中、図１ないし図４
と同様の部分には同じ符号を付してある。６１は第１の
層間絶縁膜、６２は第１の金属配線層、６３は第２の層
間絶縁膜、６４はＶＩＡ開口、６５は第２の金属配線
層、６６は電源配線、６７は接地配線である。上述の第
１の実施の形態では、１層の金属配線プロセスを用いた
場合の例について示した。しかし液体噴射記録装置の仕
様によっては電流を多く流さなくてはならないものがあ
る。この場合には、配線による電圧降下の問題等を抑制
するために電源配線と接地配線を２層目の金属配線で形
成するという方法をとることができる。この第２の実施
の形態では、この２層の金属配線を形成する場合につい
て説明する。

【００４６】この第２の実施の形態における発熱素子基
板の製造工程は、上述の第１の実施の形態における図３
（Ｄ）に示す工程までは同じであるため、説明を省略す
る。ここで、その後の工程においても層間絶縁膜および
金属配線層を別に形成するため、発熱抵抗体部３１など
を形成した後に形成する層間絶縁膜３６を第１の層間絶
縁膜６１として示す。

【００４７】図７（Ａ）に示す工程は、上述の第１の実
施の形態における図３（Ｅ）に示す工程と同様に金属配
線層を形成する工程である。ここでは２層目の金属配線
層と区別するため、金属配線層３８を第１の金属配線層
６２として示している。ここでは第１の金属配線層６２
として、スパッタ法で約１μｍ着膜したＡｌ−１％Ｓｉ
膜を用い、パターニングはホトリソグラフィー法と塩素
系ガスを用いたドライエッチング法で実施した。この第
１の金属配線層６２によって形成される共通電極５は、
発熱抵抗体部３１のノズル側の低抵抗多結晶Ｓｉ３３か
ら、隣接する発熱抵抗体部３１の間を折り返して配線さ
れる。また、個別電極４は、発熱抵抗体部３１の他側の
低抵抗多結晶Ｓｉ３３と駆動素子２１の一端を接続す
る。接地電極２２は、駆動素子２１の他端を電気的に接
続している。

【００４８】続いて図７（Ｂ）に示す工程において、第
１の金属配線層６２と後述する第２の金属配線層６５の
間を電気的に絶縁するための第２の層間絶縁膜６３を形
成する。ここでは第２の層間絶縁膜６３として、シラン
系のガスを用いたプラズマＣＶＤ法で形成した約７００
ｎｍのＳｉ酸化膜を用いる。

【００４９】続いて図７（Ｃ）に示す工程において、第
１の金属配線層６２と第２の金属配線層６５の接続口と
なるいわゆるＶＩＡ開口６４をホトリソグラフィー法と
フッ素系ガスを用いたドライエッチング法にて開口す
る。ＶＩＡ開口６４は、駆動素子２１の他端と接続され
ている接地電極２２の上と、共通電極５の図示しない折
り返し端部などに設けられる。また、ボンディングパッ
ド３９が形成される位置の第２の層間絶縁膜６３も除去
される。

【００５０】次に図７（Ｄ）に示す工程において、第２
の金属配線層６５を形成する。ここでは第２の金属配線
層６５として、スパッタ法で約１μｍ着膜したＡｌ−１
％Ｓｉ膜を用い、パターニングはホトリソグラフィー法
と塩素系ガスを用いたドライエッチング法で実施した。
また、図７（Ｄ）以降では、この第２の金属配線層６５
を、機能ごとに電源配線６６，接地配線６７として示し
ている。駆動素子２１の接地電極２２は、ＶＩＡ開口６
４を介して第２の金属配線層６５で形成される接地配線
６７に接続されている。また、共通電極５も図示しない
ＶＩＡ開口を介して第２の金属配線層６５で形成される
電源配線６６に接続される。なお、第２の金属配線層６
５は、ボンディングパッド３９の部分にも形成され、こ
の部分の強度を増している。

【００５１】続いて図８（Ａ）に示す工程において、第
２の金属配線層６５等が形成されたデバイス表面を保護
する表面保護膜４１を形成する。ここではシラン系のガ
スを用いたプラズマＣＶＤ法により、約５００ｎｍのＳ
ｉ酸化膜を形成した。

【００５２】続いて図８（Ｂ）に示す工程において、発
熱抵抗体部３１の上部の絶縁膜、すなわち第１の層間絶
縁膜６１と第２の層間絶縁膜６３と表面保護膜４１の３
層の膜をホトリソグラフィー法とフッ素系ガスを用いた
ドライエッチング法にて除去してピット８を形成する。
ここでは異種の３層構造の膜、すなわち第１の層間絶縁
膜６１と第２の層間絶縁膜６３と表面保護膜４１を除去
するため、従来、ピットの加工に用いていたウェットエ
ッチング法ではいわゆるアンダーカットが発生するた
め、これらの膜のエッチングレートを高精度で合わせな
い限り、形状の制御が難しい。その点、ドライエッチン
グ法による加工では膜種によらずほぼ垂直に加工できる
ため、３層構造の膜でも形状制御性よく加工できるとい
う利点がある。なお、この工程において同時にボンディ
ングパッド３９の位置も開口する。

【００５３】続いて図８（Ｃ）に示す工程において、耐
液体層４０を形成する。耐液体層４０としては、Ｓｉ窒
化膜とＴａ膜の積層膜を用いることができる。Ｓｉ窒化
膜は、アンモニア系ガスを用いたプラズマＣＶＤ法で着
膜することができ、その上にＴａ膜をスパッタ法で着膜
することができる。これら２層膜をホトリソグラフィー
法とフッ素系ガスを用いたプラズマエッチング法でパタ
ーニングする。耐液体層４０は、ピット８の凹部を覆う
ように形成される。また、第１の金属配線層６２および
第２の金属配線層６５を覆うように形成することによっ
て、液体の浸入からこれらの金属配線層を保護し、断線
などを防止することができる。さらにこの耐液体層４０
は、次の工程で形成されるバイパス流路４７の下部とな
る部分を越えて形成されている。

【００５４】最後に図８（Ｄ）に示す工程において、液
体からデバイスを保護するための樹脂層５４を形成す
る。ここでは樹脂層５４として感光性ポリイミドを用
い、露光現像によりピット８の部分を開口した。このピ
ット８における樹脂層５４の端部は、耐液体層４０によ
り形成したピット８の端部よりも外側に位置するように
形成している。このようにして、発熱素子基板３の作製
を完了する。

【００５５】一方、流路基板１については従来と同様で
あり、例えばＳｉ基板に、発熱抵抗体部３１に対応した
液体流路２となる溝と、リザーバ４８となる貫通孔を形
成する。貫通孔の開口が液体供給口４６となる。そし
て、上述のようにして作製された発熱素子基板３と位置
合わせ後、接合する。これによって、図６に示すような
液体噴射記録装置が作製される。

【００５６】このようにして作製された液体噴射記録装
置の第２の実施の形態においては、ピット８の開口の際
に第１の層間絶縁膜６１と第２の層間絶縁膜６３と表面
保護膜４１の３層の膜を一度に除去する。そのため、上
述の第１の実施の形態と同様に、発熱抵抗体部３１と第
１の金属配線層６２との接続部から高抵抗多結晶Ｓｉ３
２までの間のプロセス合わせマージンから決定される長
さを短くすることができる。これによって、エネルギー
効率を向上させ、また、記録速度の向上を図ることがで
きる。

【００５７】また、耐液体層４０を第１の金属配線層６
２および第２の金属配線層６５を覆うように配設してい
る。これによって、繰り返しの記録動作中に、たとえ樹
脂層５４が剥離してその界面から液体が侵入しても、表
面保護膜４１および第１の金属配線層６２，第２の金属
配線層６５は耐液体層４０（ＴａとＳｉ窒化膜の２層
膜）により保護され、溶解およびそれによる断線不良を
引き起こすことはない。

【００５８】さらに、上述のように耐液体層４０はバイ
パス流路４７の下部を越えて延在するように形成されて
おり、バイパス流路４７の一部（底部）を構成してい
る。これにより、樹脂層を従来の２層構造から１層にで
き、製造工程を削減し、またそれに伴う材料費の削減を
達成でき、安価に液体噴射記録装置を製造することがで
きる。

【００５９】さらにこの第２の実施の形態では、第２の
金属配線層６５によって電源配線６６および接地配線６
７の配線幅を広く取ることができ、配線における電圧降
下をほとんど無視できる程度にすることができる。その
ため、各発熱抵抗体部３１に均等に電気エネルギーを供
給することができ、ほぼそろった液量の液滴を噴射し、
記録を行うことができる。そのため、高画質の画像を得
ることができる。

【００６０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、寄生抵抗となる低抵抗の多結晶Ｓｉ領域の長
さを短くでき、エネルギー効率の向上とそれに伴う印字
速度の向上を図ることができる。また、金属配線層が耐
液体層に保護されるため、長寿命化が達成でき、信頼性
を向上させることができる。さらに、樹脂層を１層にで
きるため、低コスト化を図ることができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体噴射記録装置の第１の実施の形
態を示す断面図である。

【図２】本発明の液体噴射記録装置の第１の実施の形
態における製造工程の一例を示す工程図である。

【図３】本発明の液体噴射記録装置の第１の実施の形
態における製造工程の一例を示す工程図（続き）であ
る。

【図４】本発明の液体噴射記録装置の第１の実施の形
態における製造工程の一例を示す工程図（続き）であ
る。

【図５】本発明の液体噴射記録装置の第１の実施の形
態における発熱抵抗体部３１での抵抗値の説明図であ
る。

【図６】本発明の液体噴射記録装置の第２の実施の形
態を示す断面図である。

【図７】本発明の液体噴射記録装置の第２の実施の形
態における製造工程の一例を示す工程図である。

【図８】本発明の液体噴射記録装置の第２の実施の形
態における製造工程の一例を示す工程図（続き）であ
る。

【図９】サーマルタイプの液体噴射記録装置における
液体噴射過程の一例の説明図である。

【図１０】従来のサーマルタイプの液体噴射記録装置
において発熱素子基板上に形成される発熱抵抗体を含む
電気回路の概略を示す平面図である。

【図１１】発熱抵抗体の材料として多結晶Ｓｉを用い
た場合の従来の液体噴射記録装置の製造工程の一例を示
す断面図である。

【図１２】発熱抵抗体の材料として多結晶Ｓｉを用い
た場合の従来の液体噴射記録装置の製造工程の一例を示
す断面図（続き）である。

【図１３】従来の液体噴射記録装置の一例を示す断面
図である。

【図１４】発熱抵抗体部３１と駆動素子２１の等価回
路の説明図である。

【図１５】従来の液体噴射記録装置の一例における発
熱抵抗体部３１での抵抗値の説明図である。

【符号の説明】

１…流路基板、２…液体流路、３…発熱素子基板、４…
個別電極、５…共通電極、６…発熱抵抗体、７…樹脂
層、８…ピット、９…ノズル、１０…液体、１１…気
泡、１２…液滴、２１…駆動素子、２２…接地電極、３
１…発熱抵抗体部、３２…高抵抗多結晶Ｓｉ、３３…低
抵抗多結晶Ｓｉ、３４…ゲート電極、３５…ソース／ド
レイン拡散層、３６…層間絶縁膜、３７…コンタクトホ
ール、３８…金属配線層、３９…ボンディングパッド、
４０…耐液体層、４１…表面保護膜、４２…第１の樹脂
層、４３…第２の樹脂層、４４…フィールド酸化膜、４
５…ロジック回路領域、４６…液体供給口、４７…バイ
パス流路、４８…リザーバ、５１…ゲート酸化膜、５２
…多結晶Ｓｉ薄膜、５３…導電性多結晶Ｓｉ膜、５４…
樹脂層、６１…第１の層間絶縁膜、６２…第１の金属配
線層、６３…第２の層間絶縁膜、６４…ＶＩＡ開口、６
５…第２の金属配線層、６６…電源配線、６７…接地配
線。

フロントページの続きＦターム(参考） 2C057 AF52 AF70 AF93 AG12 AG46 AG50 AG85 AG88 AG92 AG93 AP02 AP14 AP32 AP33 AP53 AQ02 BA03 BA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱抵抗体が形成された発熱素子基板
と、前記発熱抵抗体に対応して液体の流路が形成された
流路基板とが接合された液体噴射記録装置において、前
記発熱素子基板には、前記発熱抵抗体と層間絶縁膜と金
属配線層と表面保護膜がこの順で積層されており、前記
発熱抵抗体の発熱領域上部の前記層間絶縁膜および表面
保護膜を除去して開口させるとともに該開口を覆うよう
に耐液体層が配設され、さらに上層に樹脂層が形成され
るとともに前記開口よりも大きく樹脂層が除去されてい
ることを特徴とする液体噴射記録装置。
【請求項２】発熱抵抗体が形成された発熱素子基板
と、前記発熱抵抗体に対応して液体の流路が形成された
流路基板とが接合された液体噴射記録装置において、前
記発熱素子基板には、前記発熱抵抗体と第１の層間絶縁
膜と第１の金属配線層と第２の層間絶縁膜と第２の金属
配線層と表面保護膜がこの順で積層されており、前記発
熱抵抗体の発熱領域上部の前記第１の層間絶縁膜と前記
第２の層間絶縁膜と表面保護膜を除去して開口させると
ともに該開口を覆うように耐液体層が配設され、さらに
上層に樹脂層が形成されるとともに前記開口よりも大き
く樹脂層が除去されていることを特徴とする液体噴射記
録装置。
【請求項３】前記耐液体層は、前記金属配線層または
前記第１および第２の金属配線層の上部まで延在してい
ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液
体噴射記録装置。
【請求項４】前記流路基板には、前記流路とともに液
体リザーバ部が形成されており、前記発熱素子基板上に
形成された前記耐液体層は、前記流路と前記液体リザー
バとを連通させるバイパス流路部が除去されており、該
バイパス流路部において前記耐液体層が露出するように
該耐液体層が形成されていることを特徴とする請求項１
または請求項２に記載の液体噴射記録装置。
【請求項５】前記発熱抵抗体は、多結晶Ｓｉであるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体噴
射記録装置。
【請求項６】前記発熱抵抗体は、高抵抗領域と該高抵
抗領域に連続する低抵抗領域により形成されており、前
記開口の端部は前記発熱抵抗体の低抵抗領域の上部に位
置することを特徴とする請求項１または請求項２または
請求項５に記載の液体噴射記録装置。
【請求項７】Ｓｉ基板上に発熱抵抗体を形成した後に
層間絶縁膜を形成し、前記発熱抵抗体の両端に接続口と
なるスルーホールを形成した後に金属配線層を形成し、
続いて金属配線層の表面保護膜を形成し、その後ホトリ
ソグラフィー法とドライエッチング法を用いて前記発熱
抵抗体の発熱領域上を開口させ、少なくとも該開口を耐
液体層で覆い、さらに樹脂層を形成して前記開口よりも
大きく該樹脂層を除去して発熱素子基板を形成し、前記
発熱抵抗体に対応する液体の流路を形成した流路基板と
接合して液体噴射記録装置を製造することを特徴とする
液体噴射記録装置の製造方法。
【請求項８】Ｓｉ基板上に発熱抵抗体を形成した後に
第１の層間絶縁膜を形成し、前記発熱抵抗体の両端に接
続口となる第１のスルーホールを形成した後に第１の金
属配線層を形成し、続いて前記第２の層間保護膜を形成
し、前記第１の金属配線層との接続口となる第２のスル
ーホールを形成した後に第２の金属配線層を形成し、続
いて第２の金属配線層の表面保護膜を形成し、その後ホ
トリソグラフィー法とドライエッチング法を用いて前記
発熱抵抗体の発熱領域上を開口させ、少なくとも該開口
を耐液体層で覆い、さらに樹脂層を形成して前記開口よ
りも大きく該樹脂層を除去して発熱素子基板を形成し、
前記発熱抵抗体に対応する液体の流路を形成した流路基
板と接合して液体噴射記録装置を製造することを特徴と
する液体噴射記録装置の製造方法。