JP2003127389A - 液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド用基板および基板加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｓｉ基板を貫通するインク供給口を異方性エ
ッチングによって精度良く開口する。 【解決手段】 インク吐出エネルギー発生素子２が形成
されたＳｉ基板１に、インク吐出エネルギー発生素子２
が形成された面の反対側の面である裏面から異方性エッ
チングを行ってインク供給口９を開口する。異方性エッ
チングを行う際、Ｓｉ基板１の裏面に、ＯＳＦ（酸化誘
起積層欠陥）をＯＳＦ密度２×１０⁴個／ｃｍ²以上、か
つＯＳＦ長さを２μｍ以上で存在させておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体を噴射し飛翔
液滴を形成して記録を行う液体吐出ヘッドとその製造方
法、および基板加工方法に関し、特に、液体吐出ヘッド
内に液体を受け入れる液体供給口を、Ｓｉの異方性エッ
チングによって、液体吐出ヘッドを構成するＳｉ基板を
貫通する貫通口として形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体（インク）を吐出し、被記録媒体に
付着させて記録を行う液体吐出記録装置（インクジェッ
ト記録装置）は、プリンタ、複写機、ファクシミリなど
に代表される多くのオフィス機器に用いられている。イ
ンクジェット記録装置は、通常、液体吐出ヘッド（イン
クジェット記録ヘッド）と、それにインクを供給するイ
ンク供給系とを備えている。インクジェット記録ヘッド
は、通常、インクを吐出させるためのエネルギーを発生
するインク吐出エネルギー発生素子と、インクを吐出さ
せるインク吐出口と、各インク吐出口に連通するインク
流路と、インク供給系から供給されるインクを受け入れ
るインク供給口を備えている。

【０００３】このようなインク吐出ヘッドとしては、イ
ンク吐出エネルギー発生素子が形成された基板面に対し
て垂直方向にインク液滴を吐出させる、いわゆるサイド
シューター型のものがある。サイドシューター型のイン
クジェット記録ヘッドにおいて、インク供給口は、基板
に開口された貫通口として形成されるのが一般的であ
る。

【０００４】基板に貫通口としてインク供給口を形成す
る方法としては、サンドブラストまたは超音波研削加工
などの機械的な加工によって形成する方法、基板を化学
的にエチングして形成する方法が公知である（特開昭６
２−２６４９５７号公報、ＵＳＰ４７８９４２５明細書
など参照）。特に、Ｓｉ基板にＳｉの異方性エッチング
によって貫通口を形成する方法は、貫通口を精度良く形
成可能であり、優れている。インク供給口を精度良く形
成できることは、インク供給口からインク吐出エネルギ
ー発生素子までの距離を短くできることにつながり、そ
うすることでインクの吐出周波数を飛躍的に高くするこ
とができる（ＵＳＰ４７８９４２５号明細書,ＥＰ０６
０９９１１Ａ２号明細書参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】異方性エッチングによ
る貫通口の形成においては、Ｓｉ基板内に結晶欠陥が局
所的に存在した場合、結晶欠陥の存在する領域では、結
晶欠陥の存在しない領域と比較してエッチング速度が速
くなる。そのためにエッチング異常が生じ、従来のイン
クジェット記録ヘッドの製造方法では、結果的に貫通口
の形成幅が大きくばらついてしまうことがある。

【０００６】さらに、Ｓｉの異方性エッチングに際して
は、エッチング開始面の状態、およびエッチング条件
（エッチング液濃度／温度など）によって微妙にエッチ
ングが開始されるまでの時間にばらつきが生じることが
ある。そこで、通常、インク供給口を確実に貫通させる
ためにエッチング時間は長めに設定され、すなわちオー
バーエッチがかけられる。従来のインクジェット記録ヘ
ッドの製造方法では、上述のようにエッチングが開始さ
れるまでの時間が微妙に異なることに起因して、オーバ
ーエッチによるサイドエッチ量が、基板の各部分間、お
よび各基板間で変化してしまい、結果的に貫通口幅が設
計値から微妙にずれてしまうことがある。

【０００７】以上のように、インク供給口となる貫通口
の幅、特に、インク吐出エネルギー発生素子が形成され
た、基板の表面でのインク供給口の開口幅が設計値から
ずれてしまった場合、インク吐出エネルギー発生素子
の、インク供給口からの距離が設計値からずれてしま
い、それによって、インクの吐出特性に悪影響が生じ、
インクジェット記録ヘッドの記録品位が低下してしまう
場合がある。また、インク供給口の、基板表面の開口幅
がさらに大きく設計値からずれてしまった場合には、イ
ンク吐出エネルギー発生素子の駆動回路などに悪影響が
生じる場合もある。このように、インク供給口の、基板
表面の開口幅のずれは、インクジェット記録装置の歩留
り低下の大きな要因となる。

【０００８】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
って、その目的は、Ｓｉの異方性エッチングによって開
口されるインク供給口の、基板表面の開口幅を容易に安
定して精度良く所定の幅にできる、インクジェット記録
ヘッドの製造方法を提供することにある。そして本発明
は、インク供給口の、基板表面の開口幅を精度よく所定
の幅にすることによって、製造の歩留まりを向上させ、
また、インク供給口とインク吐出エネルギー発生素子と
の距離が短く、したがってインク吐出周波数を高くする
ことができるインクジェット記録ヘッドの製造を可能と
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、素子形成面
である第１面と、第１面の裏面である第２面を有するＳ
ｉ基板を用意する工程と、Ｓｉ基板に加熱を伴う熱処理
を行う工程と、Ｓｉ基板の、第２面にＳｉＯ₂膜を形成
する工程と、ＳｉＯ₂膜にＳｉ基板を露出させるエッチ
ング開始開口部を形成する工程と、Ｓｉ基板の第１面
に、液体を吐出させるためのエネルギーを発生する液体
吐出エネルギー発生素子を形成する工程と、熱処理工程
より後の工程であって、Ｓｉ基板を貫通し前記第１面に
連通する液体供給口を、ＳｉＯ₂膜をマスクとしてエッ
チング開始開口部からＳｉの異方性エッチングによって
形成する工程とを有する、液体吐出ヘッドの製造方法で
あって、異方性エッチングを行う前に、Ｓｉ基板の、Ｓ
ｉＯ₂膜との界面に存在する酸化誘起積層欠陥の密度を
２×１０⁴個／ｃｍ²以上とすることを特徴とする。

【００１０】また、Ｓｉ基板の、ＳｉＯ₂膜との界面に
存在する酸化誘起積層欠陥の長さを２μｍ以上とするこ
とがさらに好ましい。

【００１１】本発明者らは、Ｓｉ基板の異方性エッチン
グを行う際、エッチングを開始する面に存在する酸化誘
起積層欠陥をコントロールすることによって、サイドエ
ッチングのスピードをコントロールできることを見出し
た。すなわち、酸化誘起積層欠陥の密度を高くし、長さ
を長くすることによって、サイドエッチングのスピード
を速くすることができる。そして、酸化誘起積層欠陥を
コントロールし、サイドエッチングのスピードを速くす
ることによって、Ｓｉ基板内の結晶欠陥に起因してエッ
チング速度が部分的に速くなるエッチング異常の発生を
抑えることができることを見出した。

【００１２】すなわち、Ｓｉ基板の、ＳｉＯ₂膜との界
面に存在する酸化誘起積層欠陥の密度を２×１０⁴個／
ｃｍ²以上とすることによって、異方性エッチングを行
う際にエッチング異常が生じるの抑えることができる。
この際、酸化誘起積層欠陥の長さを２μｍ以上とするこ
とがさらに好ましい。また、エッチングのスピードを、
Ｓｉ基板の各部間、および複数のＳｉ基板間で揃えるこ
とができる。これらのことから、この方法によれば、液
体吐出エネルギー発生素子が形成された面の、液体供給
口の開口幅を安定して所望の均一な幅にすることができ
る。

【００１３】Ｓｉ基板の裏面へのＳｉＯ₂の形成は、熱
処理時に熱酸化によって行うことが好ましい。熱酸化を
行うことによって、Ｓｉ基板の裏面に酸化誘起積層欠陥
が形成されるのを促進することができる。

【００１４】上記のように熱酸化などを行うことによっ
て、Ｓｉ基板の裏面に酸化誘起積層欠陥を生じさせるこ
とができるが、Ｓｉ基板上に半導体素子を形成する工程
などで、Ｓｉ基板を加熱した場合、酸化誘起積層欠陥が
収縮、消失してしまう場合がある。そこで、Ｓｉ基板の
加熱を伴う熱処理を行う場合、熱処理は、１１００℃以
下の処理温度で行うことが好ましい。このようにするこ
とによって、酸化誘起積層欠陥が消失してしまうのを防
止し、異方性エッチングを行う際に、Ｓｉ基板の裏面に
十分な酸化誘起積層欠陥を残しておくことができる。

【００１５】また、Ｓｉ基板の加熱に伴う、酸化誘起積
層欠陥の収縮、消失は、熱処理を行うのにつれて進行し
ていく。そこで、１１００℃を超える高温での熱処理の
前に、該熱処理と同様の処理をより低い処理温度行い、
それによって、高温での熱処理の時間を短くすることに
よっても、誘起積層欠陥の消失を低減できる。この際、
高温での熱処理の処理温度Ａ℃と、その前工程での処理
温度Ｂ℃との温度差（Ａ−Ｂ）℃は２００℃以下とする
ことが好ましい。

【００１６】また、１１００℃以上の高温での熱処理
を、酸素を混合したガス雰囲気中で行ってもよい。この
ようにすることによって、熱処理に伴って、Ｓｉ基板の
裏面が熱酸化され、それに伴って酸化誘起積層欠陥が形
成される。このため、加熱によって消失する分を熱酸化
に伴って生じる分が補い、結果として、酸化誘起積層欠
陥の消失を抑えることができる。

【００１７】上記のような熱処理としては、ウエルドラ
イブがあり、上記のような熱処理の調整は、ウエルドラ
イブに対して好適に実施可能である。

【００１８】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法におい
て用いるＳｉ基板としては、酸素濃度が１．３×１０¹⁸
（atoms／cm³）以下であるものを用いることが好まし
い。このように酸素濃度の低いＳｉ基板では、エッチン
グ異常の発生を抑えることができ、またエッチングのス
ピードを安定化できることが知られており、このような
基板を用いることによって、液体供給口の開口幅のばら
つきを抑える作用を相乗的に得ることができる。酸素濃
度の低いＳｉ基板としては、ＭＣＺ(magnetic field ap
plied Czochralski method)基板が好適である。

【００１９】また、本発明において用いるＳｉ基板とし
ては、液体吐出エネルギー発生素子が形成される面のＳ
ｉ結晶面方位が＜１００＞または＜１１０＞であるもの
を好適に用いることができる。このようなＳｉ基板を用
いることによって、異方性エッチングによって、基板裏
面に対して所定の角度で傾斜した壁面を有する所定の形
状の液体供給口を開口することができる。

【００２０】本発明による液体吐出ヘッド用基板は、Ｓ
ｉ基板と、Ｓｉ基板上に形成された、液体を吐出するた
めのエネルギーを発生する液体吐出エネルギー発生素子
と、半導体素子と、Ｓｉ基板を貫通し液体吐出エネルギ
ー発生素子の周辺に液体を供給するために用いられる異
方性エッチングで形成された開口とを有する液体吐出ヘ
ッド用基板であって、Ｓｉ基板の、液体吐出エネルギー
発生素子が形成された面の反対側の面に存在する酸化誘
起積層欠陥の密度が２×１０⁴個／ｃｍ²以上であり、か
つ該酸化誘起積層欠陥の長さが２μｍ以上であることを
特徴とする。

【００２１】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法におけ
る、液体供給口の形成方法は、一般にＳｉ基板に精度良
く貫通口を形成する基板加工方法に応用できる。すなわ
ち、本発明による基板加工方法は、Ｓｉ基板の加熱を伴
う熱処理を行う工程と、Ｓｉ基板の、少なくとも一面に
ＳｉＯ₂膜を形成する工程と、該ＳｉＯ₂膜に、Ｓｉ基板
を露出させるエッチング開始開口部を形成する工程と、
前記熱処理の後にＳｉ基板を貫通する貫通口を、ＳｉＯ
₂膜をマスクとしてエッチング開始開口部からＳｉの異
方性エッチングによって形成する工程とを有する基板加
工方法であって、異方性エッチングを行う前に、Ｓｉ基
板の、ＳｉＯ₂膜との界面に存在する酸化誘起積層欠陥
の密度を２×１０⁴個／ｃｍ²以上とすることを特徴とす
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図２〜４に、本実施形態にお
いて製造するインクジェット記録ヘッドの模式図を示
す。図２は、このインクジェット記録装置の一部を破断
して示す斜視図、図３（ａ）は吐出口側から見た平面
図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し
た断面図、図４はインク供給口側から見た平面図であ
る。

【００２３】このインクジェット記録ヘッド（液体吐出
ヘッド）は、インク吐出エネルギー発生素子（液体吐出
エネルギー発生素子）２が所定のピッチで２列並んで形
成されたＳｉ基板１を有している。Ｓｉ基板１には、後
述するように、ＳｉＯ₂膜７をマスクとしてＳｉの異方
性エッチングによって形成されたインク供給口（液体供
給口）９が、インク吐出エネルギー発生素子２の２つの
列の間に開口されている。Ｓｉ基板１上には、オリフィ
スプレート材４によって、各インク吐出エネルギー発生
素子２の上方に開口するインク吐出口（液体吐出口）５
と、インク供給口９から各インク吐出口５に連通するイ
ンク流路（液体流路）が形成されている。

【００２４】なお、図３では、分かりやすくするため
に、インク吐出エネルギー発生素子２およびインク吐出
口５が、インク供給口９を挟んで対称に配置されている
ように記載しているが、通常、インク供給口９を挟んだ
２列のインク吐出エネルギー発生素子２およびインク吐
出口５は、半ピッチずれて配置されている。

【００２５】このインクジェット記録ヘッドは、インク
供給口９が形成された面が被記録媒体の記録面に対面す
るように配置される。そしてこのインクジェット記録ヘ
ッドは、インク供給口９を介してインク流路内に充填さ
れたインク（液体）に、インク吐出エネルギー発生素子
２によって発生する圧力を加えることによって、インク
吐出口５からインク液滴６を吐出させ、被記録媒体に付
着させることによって記録を行う。本実施形態のインク
ジェット記録ヘッドでは、インク液滴６は、図３（ｂ）
の矢印で示すように、インク吐出エネルギー発生素子２
の形成面に実質的に垂直な方向に吐出される。

【００２６】さらに、図２〜４に示すインクジェット記
録ヘッドの基板部分について図７を用いて説明する。本
実施形態の記録ヘッドは、インク吐出エネルギー発生素
子としての電気熱変換素子とこの電気熱変換素子をスイ
ッチする素子（以下、スイッチ素子）、およびそのスイ
ッチ素子を駆動するための回路が同一基体上に搭載され
ている。

【００２７】図７は、本実施形態の記録ヘッドの一部分
を示す模式的な断面図である。９０１は単結晶シリコン
からなる半導体基体である。９１２はｐ型のウエル領
域、９０８は高不純物濃度のｎ型のドレイン領域、９１
６は低不純物濃度のｎ型の電界緩和ドレイン領域、９０
７は高不純物濃度のｎ型のソース領域、９１４はゲート
電極であり、これらによって、ＭＩＳ型電界効果トラン
ジスタを用いたスイッチ素子９３０が形成されている。
９１７は蓄熱層、および絶縁層としての酸化シリコン
層、９１８は熱抵抗層としての窒化タンタル膜、９１９
は配線としてのアルミニウム合金膜、および９２０は保
護層としての窒化シリコン膜であり、以上の構成によっ
て記録ヘッドの基体９４０が形成されている。したがっ
て、インク吐出エネルギー発生素子２を構成する熱抵抗
層９１８は、スイッチ素子９３０が接続された配線９１
９に接続されている。ここでは、熱抵抗層９１８の上方
の９５０が発熱部となり、インク吐出口５に相当する９
６０からインクが吐出される。また、オリフィスプレー
ト材４に相当する天板９７０は基体９４０と協働して液
路９８０を形成している。

【００２８】このインクジェット記録ヘッドは、プリン
タ，複写機，通信システムを有するファクシミリ、プリ
ンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには
各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭
載可能である。そして、このインクジェット記録ヘッド
を用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金
属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種
々の被記録媒体に記録を行うことができる。なお、本発
明において、『記録』とは、文字や図形などの意味を持
つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、
パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意
味する。

【００２９】次に、図２〜４に示すインクジェット記録
ヘッドの製造方法について、図１を参照して説明する。
図１は、インクジェット記録ヘッドの各製造工程におけ
る模式的断面図を示している。なお、ここでは、インク
吐出エネルギー発生素子２として、発熱抵抗素子を用い
た、いわゆるバブルジェット（登録商標）記録方式のイ
ンクジェット記録ヘッドを製造する例を示す。

【００３０】本実施形態においてＳｉ基板１としては、
インク吐出エネルギー発生素子２を形成する面のＳｉ結
晶面方位が＜１００＞のものを用いる。また、Ｓｉ結晶
面方位が＜１１０＞のものを用いてもよい。このＳｉ基
板１上に、まず、図１（ａ）に示すように、一般的な半
導体製造技術によって、インク吐出エネルギー発生素子
２とそれを駆動するための、半導体素子を含む不図示の
駆動回路を形成する。また、駆動回路を形成した後、イ
ンク吐出エネルギー発生素子２をインクジェット記録ヘ
ッド外に設けられる制御機器に接続するための、不図示
の電気的取り出し電極を形成する。

【００３１】この際、Ｓｉ基板１の、インク吐出エネル
ギー発生素子２を形成した面の反対側の面、すなわち裏
面には、酸化膜、すなわちＳｉＯ₂膜７を形成する。こ
のＳｉＯ₂膜７は、Ｓｉ基板１上に半導体素子を形成す
る際に、素子分離に使用するために形成される熱酸化膜
である。このＳｉＯ₂膜７を、後の工程でインク供給口
９を開口する際のエッチングマスクとして使用するため
にＳｉ基板１の裏面に残しておく。ＳｉＯ₂膜７の膜厚
は0.7μｍ以上であることが望ましい。

【００３２】次に、図１（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板
１の、インク吐出エネルギー発生素子２が形成された面
上に型材３を形成する。この型材３は、後の工程で溶解
して、それが設けられた部分をインク流路とするために
形成するものであり、所望の高さおよび平面パターンの
インク流路を形成するために、相応の高さ、平面パター
ンに形成する。このような型材３の形成は、例えば以下
のようにして行うことができる。

【００３３】まず、型材３の材料として例えば、ポジ型
フォトレジストＯＤＵＲ１０１０（東京応化工業（株）
製、商品名）を用い、これをドライフィルムのラミネー
ト、スピンコートなどによってＳｉ基板１上に所定の厚
みで塗布する。次に、紫外線、Ｄｅｅｐ ＵＶ光などに
よって露光、現像を行うフォトリソグラフィー技術を用
いてパターニングする。これによって、所望の厚み、平
面パターンを有する型材３が得られる。

【００３４】次に、図１（ｃ）に示すように、Ｓｉ基板
１上に、前の工程で形成した型材３を被覆するように、
オリフィスプレート材４をスピンコートなどによって塗
布し、フォトリソグラフィー技術によって、所定の形状
にパターニングする。そして、インク吐出エネルギー発
生素子２上の所定の位置にインク吐出口５をフォトリソ
グラフィー技術によって開口する。また、オリフィスプ
レート材４の、インク吐出口５が開口する面には、ドラ
イフィルムのラミネートなどによって不図示の撥水層を
形成する。

【００３５】オリフィスプレート材４の材料としては、
感光性エポキシ樹脂、感光性アクリル樹脂などを用いる
ことができる。オリフィスプレート材４は、インク流路
を構成するものであり、インクジェット記録ヘッドを使
用している時には常にインクと接触することになるの
で、その材料としては、特に、光反応によるカチオン重
合性化合物が適している。また、オリフィスプレート材
４の材料としては、使用するインクの種類、特性によっ
て耐久性などが大きく左右されるので、使用するインク
によっては、上記の材料以外の相応の化合物を選択して
もよい。

【００３６】次に、図１（ｄ）に示すように、Ｓｉ基板
１の裏面のＳｉＯ₂膜７上に、耐アルカリ性を有するマ
スク剤であるＳｉＯ₂膜パターニングマスク１３を形成
する。ＳｉＯ₂膜パターニングマスク１３は、例えば以
下のようにして形成する。

【００３７】まず、ＳｉＯ₂膜パターニングマスク１３
となるマスク剤をスピンコートなどによってＳｉ基板１
の裏面に全面塗布し、熱硬化させる。そして、さらにそ
の上にポジ型レジストをスピンコートなどによって塗布
し、乾燥させる。次に、このポジ型レジストを、フォト
リソグラフィー技術を用いてパターニングし、このポジ
型レジストをマスクとして、ＳｉＯ₂膜パターニングマ
スク１３となるマスク剤の露出された部分をドライエッ
チングなどによって除去する。最後にポジ型レジストを
剥離して、所定のパターンのＳｉＯ₂膜パターニングマ
スク１３が得られる。

【００３８】そして次に、ＳｉＯ₂膜パターニングマス
ク１３をマスクとして、ＳｉＯ₂膜７をウェットエッチ
ングなどによってパターニングし、Ｓｉ基板１の裏面を
露出するエッチング開始開口部８を開口する。

【００３９】次に、図１（ｅ）に示すように、Ｓｉ基板
１を貫通する貫通口であるインク供給口９を、ＳｉＯ₂
膜７をマスクとした異方性エッチングによって開口す
る。この際、インクジェット記録ヘッドの機能素子が形
成された面やＳｉ基板１の側面にエッチング液が触れな
いように、これらの部分を覆う、樹脂からなる保護材１
５をスピンコートなどによって塗布して予め形成してお
く。保護材１５の材料としては、異方性エッチングを行
う際に使用する強アルカリ溶液に対して十分な耐性を有
する材料を用いる。このような保護材１５によってオリ
フィスプレート材４をも覆っておくことによって、前述
した撥水層の劣化も防ぐことが可能である。

【００４０】異方性エッチングに用いるエッチング液と
しては、例えば、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニュウ
ムハイドロオキサイド）溶液などの強アルカリ溶液を用
いる。そして、例えば、ＴＭＡＨ２２ｗｔ％溶液を、そ
の温度を８０℃にして、所定の時間（十数時間）、エッ
チング開始開口部８からＳｉ基板１に付与することによ
って貫通口を開口する。

【００４１】最後に、図１（ｆ）に示すように、ＳｉＯ
₂膜パターニングマスク１３と保護材１５を除去する。
そしてさらに、型材３を溶解させ、インク吐出口５とイ
ンク供給口７から溶出させて除去し、乾燥させる。型材
３の溶出は、Ｄｅｅｐ ＵＶ光によって全面露光を行っ
た後、現像を行うことによって実施でき、必要に応じて
現像の際、超音波浸漬すれば、実質的に完全に型材３を
除去することができる。

【００４２】以上で、インクジェット記録ヘッドの主要
な製造工程が完了する。このようにして形成されたチッ
プには、吐出エネルギー発生素子２を駆動するための接
続部や、インク供給のためのチップタンクなどを必要に
応じて取り付けられる。なお、図１では、１つのインク
ジェット記録ヘッドを図示しているが、一般的な半導体
製造技術として用いられる、いわゆる多数個取りの手法
を用いることが可能であることは言うまでもない。この
多数個取りの手法では、１枚の基板上に同様の構成を有
する素子（ここではインクジェット記録ヘッド）が並行
して形成される。そして、基板上に多数個配列して形成
された素子は、その後、ダイソーシングなどによって、
１つ１つに分離してチップ化される。

【００４３】以上説明したインクジェット記録ヘッドの
製造方法において、インク供給口９の開口では、Ｓｉ基
板１の、＜１００＞面である裏面から異方性エッチング
を行うことによって、図３（ｂ）に示すように、この裏
面に対して５４.７゜の角度を有するインク供給口壁面
１１（面方位＜１１１＞）が形成される。したがって、
異方性エッチングを実施する際に、Ｓｉ基板１の裏面の
ＳｉＯ₂膜に開口するエッチング開始開口部８の開口幅
Ｘ２を所定の幅にすることによって、インク供給口９
の、インク吐出エネルギー発生素子２が形成された基板
表面での開口幅Ｘ１を所定の幅にすることができる。す
なわち、Ｓｉ基板１の厚みをｔとした時、Ｘ１＝Ｘ２−
２ｔ／ｔａｎ５４.７゜の一般式が成立する。

【００４４】また、異方性エッチングでは、実際には、
Ｓｉ基板１に貫通口が形成されるまでの時間よりも余裕
をとった、少し長めの時間にわたってエッチングを行
う、オーバーエチングが行われる。このようにオーバー
エッチングを行った場合、貫通口が形成された後、図３
（ｂ）に示すように、エッチング開始開口部８よりも側
方に向かって、矢印１６で示す方向にサイドエッチが生
じる。したがって、インク供給口９の、表面側の開口
は、このサイドエッチによって両側で一定量（Ｘ３）だ
け広くなり、実際の開口幅は（Ｘ１＋２Ｘ３）となる。

【００４５】これらから、エッチング開始開口部８を精
度よく開口幅Ｘ２で形成することによって、異方性エッ
チングが良好に行われれば、インク供給口９の、Ｓｉ基
板１の表面での開口幅を高い精度で正確に規定すること
ができる。したがって、インク供給口９の開口からイン
ク吐出エネルギー発生素子２までの距離を高い精度で正
確に規定することができる。

【００４６】しかしながら、Ｓｉ基板１には、例えば、
半導体の拡散工程の影響など、様々な要因に起因して結
晶欠陥が生じる場合がある。Ｓｉ基板１の、インク供給
口９を形成する部分に結晶欠陥がある場合、異方性エッ
チングを行う際に、結晶欠陥部分で他の部分よりもエッ
チング速度が速くなってエッチング異常が発生し、従来
の製造方法では、インク供給口９の、Ｓｉ基板１の表面
での開口幅が部分的に大きく設計値から外れてしまうこ
とがある。図５，６に、このようなエッチング異常が発
生した場合のインク供給口９の状態を模式的に示す。図
５はＳｉ基板１の裏面側から見た平面図、図６は断面図
である。図５，６に示すように、結晶欠陥１８がある部
分では、局所的に他の部分よりもエッチングが進み、エ
ッチング異常１７として示すように、この部分に凹部が
形成されて、インク供給口９の開口幅が部分的に大きく
なってしまう。

【００４７】また、従来の製造方法では、エッチング開
始面の状態、およびエッチング条件（エッチング液濃度
／温度など）によって微妙にエッチングが開始される時
間がばらつく場合がある。これに起因して、サイドエッ
チ量Ｘ３は、Ｓｉ基板１内で部分的に変化したり、複数
のＳｉ基板１間で変化したりする場合があり、それによ
って、インク供給口９の開口幅がずれてしまうことがあ
る。

【００４８】このようにインク供給口９の、基板表面側
の開口の幅が設計値からずれ、大きくなってしまうと、
インク吐出エネルギー発生素子２の、インク供給口９か
らの距離が設計値からずれて短くなる。それによって、
インク吐出時に、インク吐出エネルギー発生素子２によ
って発生した圧力がインク供給口９側に逃げやすくな
り、インクの吐出特性に悪影響が生じて、インクジェッ
ト記録ヘッドの記録品位が低下してしまう場合がある。
また、インク供給口９の、表面側の開口幅がさらに大き
く設計値からずれてしまった場合には、インク吐出エネ
ルギー発生素子の駆動回路などに悪影響が生じ、インク
ジェット記録ヘッドの電気的な信頼性が低下してしまう
場合もある。このように、インク供給口９の、表面側の
開口幅のずれは、インクジェット記録装置の歩留り低下
の大きな要因となる。

【００４９】このようなインク供給口９の、基板表面側
の開口幅の形成精度を向上させる方法としては、特開平
１１−０７８０２９号公報に、Ｓｉ基板中の酸素濃度が
低いＭＣＺ基板を用いる方法が開示されている。同公報
に記載されているように、Ｓｉ基板中の酸素濃度が１．
４×１０¹⁸(atoms/cm³)以下の基板を用いた場合、上記
のようなエッチング異常が激減することが確認されてい
る。さらに、Ｓｉ基板中の酸素濃度が１．３×１０¹⁸(a
toms/cm³)以下の基板を用いた場合には、オーバーエッ
チングによって生じるサイドエッチ量を安定化できるこ
とが確認されている。サイドエッチ量を安定化すること
によって、上述のようなサイドエッチ量の差による開口
幅のばらつきを小さく抑えることができる。

【００５０】しかしながら、本発明者らは、酸素濃度の
低いＳｉ基板を用いた場合でも、Ｓｉ基板の加熱を伴う
処理を行った場合、処理条件によっては再びエッチング
異常が発生する場合があることを見出した。Ｓｉ基板の
加熱を伴う処理としては、具体的には、例えばＳｉ基板
上にトランジスタなどの半導体素子を形成する際のウエ
ルドライブなどがある。このような処理は、インクジェ
ット記録ヘッドの機能素子を形成する上で、欠かせない
処理である。

【００５１】そこで本発明者らは、このようにインク供
給口９の基板表面側の開口幅がずれてしまうのを防止す
べく鋭意検討を行った。その結果、以下の見解を得るに
至った。

【００５２】まず、Ｓｉ基板１の裏面の、ＳｉＯ₂膜７
との界面部分にエッチングレートの大きい層が存在する
場合があり、この場合、異方性エッチングのエッチング
スピードがその層の特性に支配されることがわかった。
そして、このエッチングレートの大きい層の特性に支配
されるエッチングスピードが、ある程度以上大きい場合
には、エッチング異常の発生を抑えられることを見出し
た。また、ある程度の熱処理（１１００℃以上）を、酸
素濃度が１．３×１０¹⁸(atoms/cm³)以下の基板に加え
た場合、このエッチングレートの大きい層が消失し、エ
ッチングスピードが遅くなり、この場合にエッチング異
常が見られるようになることを見出した。

【００５３】このエッチングレートが大きい層を表面欠
陥調査した結果、熱処理を加えていないものには１０⁵
／ｃｍ²程度の密度でＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）が観
察された。一方、熱処理を加え、エッチングレートが大
きい層が消失したものについては、ＯＳＦが消失してい
ることを見出した。すなわち、エッチングレートの大き
い理由はＯＳＦの存在のためであると考えられる。

【００５４】そこで本発明者らは、図１、図３（ｂ）に
模式的に示すように、Ｓｉ基板１の裏面の、ＳｉＯ₂膜
７との界面部分にＯＳＦ１４を存在させ、それを適切に
コントロールすることによって、インク供給口９の表面
側の開口幅を所定の均一な幅にできるのではないかと考
えるに至った。以下に、このＯＳＦの、具体的なコント
ロール方法について、検討を行って得られた結果を示す
実施例を示す。

【００５５】（第１の実施例）本発明者らは、実験を繰
り返し行った結果、Ｓｉ基板１の裏面のＯＳＦの密度と
長さが、Ｓｉ結晶面方位が＜１１１＞の、インク供給口
壁面１１のエッチングレートと相関することを見出し
た。具体的には、Ｓｉ基板１の裏面のＯＳＦの密度が小
さく、ＯＳＦの長さが短い場合には、エッチングレート
が小さい。そして、このようにＯＳＦ密度が小さく、Ｏ
ＳＦ長さが短い場合には、インク供給口壁面１１の形成
への、Ｓｉ基板１内部の結晶欠陥の影響が大きくなるこ
とを見出した。

【００５６】そこで、本発明者らは、Ｓｉ基板１の裏面
のＯＳＦ密度を大きくし、ＯＳＦ長さを長くして、エッ
チングレートを大きくすることによって、速いサイドエ
ッチにより結晶欠陥の影響を吸収でき、それによって結
晶欠陥の影響を低減できるのではないかと考えた。

【００５７】このようにした場合、サイドエッチ量は大
きくなるが、Ｓｉ基板１の裏面のＯＳＦ密度、ＯＳＦ長
さを適切に規定することによって、サイドエッチ量を所
定の均一な量にすることができる。したがって、前述の
ようなサイドエッチ量のばらつきに起因する、インク供
給口９の、表面側の開口幅のばらつきも抑えることがで
きると考えられる。

【００５８】ここで、実際に、Ｓｉ基板１裏面のＯＳＦ
密度を変化させて、インク供給口９を異方性エッチング
によって開口した例を示す。ＯＳＦは、様々な要因で生
じるものであるが、その１つの要因としては、Ｓｉ基板
１を熱酸化してＳｉＯ₂膜を形成することが挙げられ
る。そこで、ＯＳＦ密度、ＯＳＦ長さは、ＳｉＯ₂膜７
を形成する条件を変化させることによって変化させるこ
とができ、本実施例ではこのようにしてＯＳＦ密度、Ｏ
ＳＦ長さを変化させたＳｉ基板１を作成した。このよう
にして得られた各Ｓｉ基板１に異方性エッチングによっ
てインク供給口９を開口した際の、インク供給口９の表
面側の開口幅のばらつきを評価した結果を表１に示す。
この際、インク供給口９の表面側の開口幅のばらつき
は、形成されたインク供給口９の表面側の開口幅の最大
値と最小値の差によって評価し、差が４０μｍ以上であ
った場合を「×」、４０〜３０μｍであった場合を
「△」、３０μｍ以下であった場合を「○」として表記
した。

【００５９】

【表１】

【００６０】表１から明らかなように、ＯＳＦ密度が２
×１０⁴個／ｃｍ²以上であり、かつＯＳＦ長さが２μｍ
以上である場合、インク供給口９の表面側の開口幅のば
らつきは、３０μｍ以下と小さく抑えられている。

【００６１】以上説明したように、本実施例によって、
インク供給口９を形成する際に、Ｓｉ基板１の裏面のＯ
ＳＦ密度を２×１０⁴個／ｃｍ²以上とし、ＯＳＦ長さを
２μｍ以上とすることによって、形成するインク供給口
９の表面側の開口幅のばらつきを小さく抑えることがで
きることが分かった。

【００６２】インク供給口９の表面側の開口幅のばらつ
きを小さく抑えることによって、インク供給口９とイン
ク吐出エネルギー発生素子２との距離を高精度に規定す
ることができ、信頼性良く、高品位な記録を行うことが
できるインクジェット記録ヘッドを製造することが可能
になる。また、インク供給口９の表面側の開口の一部が
インク吐出エネルギー発生素子２のすぐ近くにまで達し
て、駆動回路に悪影響が生じるなどすることを防止でき
る。また、結果としてインク供給口９とインク吐出エネ
ルギー発生素子３との距離を短く設定することが可能と
なり、インクの吐出周波数の高いインクジェット記録ヘ
ッドを高い歩留まりで製造することが可能となる。

【００６３】（第２の実施例）本発明者らは、Ｓｉ基板
１の裏面のＯＳＦをコントロールする方法について検討
を行った結果、ＯＳＦ密度やＯＳＦ長さは、Ｓｉ基板１
上に半導体素子を形成することに関連して変化すること
を見出した。このことについて以下に説明する。

【００６４】Ｓｉ基板１上に半導体素子が形成されるの
は、通常、基板表面からせいぜい数μｍのごく浅い領域
である。この基板表面近くの領域で、Ｓｉの結晶性をい
かに完全なものにできるかが、半導体素子の歩留まり、
性能、信頼性を向上させる上で重要になる。基板表面近
傍に無欠陥層を作製し、その部分での結晶性を完全なも
のにする方法の１つとして、ゲッタリングが挙げられ
る。このゲッタリングは、半導体素子を作製する上で有
害な金属などの汚染物質を捕獲、固定する働きをするゲ
ッタリングサイトを故意に設ける手法である。ゲッタリ
ングはＩＧ（内部ゲッタリング）とＥＧ（外部ゲッタリ
ング）の２種類に大別できる。ＥＧ処理の１つとしてＢ
Ｄ（Backside Damage）が挙げられる。これは基板裏面
に機械的ダメージ層を作り、これをゲッタリングサイト
として利用する方法である。

【００６５】この機械的なダメージは、ＯＳＦの核生成
に影響する因子の１つである。そこで、ＢＤを行った場
合、そのＳｉ基板の裏面には、ＯＳＦがある程度以上の
密度で存在している。この状態のＳｉ基板裏面のＯＳＦ
密度は、第１の実施例において示したように、異方性エ
ッチングを行った場合に、Ｓｉ基板内に結晶欠陥が有っ
たとしても、エッチング不良の発生を抑えて、貫通口の
開口幅を均一な所定の幅にするのに十分な密度である。

【００６６】ここでＯＳＦの成長と収縮、消失について
説明すると、これには、格子間Ｓｉと空孔が大きく関係
している。熱酸化によってＳｉ基板上にＳｉＯ₂を形成
する際、ＳｉＯ₂−Ｓｉ基板界面に過飽和な格子間Ｓｉ
が発生し、この格子間ＳｉがＯＳＦの周囲の部分転移に
拡散し、その一部が取り込まれてＯＳＦが成長する。一
方ＳｉＯ₂−Ｓｉ基板界面近くの狭い領域で、この格子
間Ｓｉは空孔濃度を熱平衡以下に減少させる。その結
果、Ｓｉ基板のバルク部分からＳｉＯ₂―Ｓｉ基板界面
への空孔の拡散が起こり、ＯＳＦが収縮、消失する。一
般的に、ＯＳＦは高温の熱処理によって消失することが
ある。これは、高温の熱処理によって空孔密度が増大
し、格子間Ｓｉと結合するためである。

【００６７】そこで、上述のようにＥＧによって基板裏
面に一定の密度のＯＳＦが形成されたとしても、その後
の半導体素子形成工程における高温の熱処理時にＯＳＦ
が消失してしまう場合がある。本実施例は、インクジェ
ット記録ヘッドの製造過程で、このような高温の熱処理
によってＯＳＦが消失してしまうのを防止しようとする
ものである。

【００６８】インクジェット記録ヘッドの製造過程にお
いて、Ｓｉ基板に高温の熱処理を行う工程としては、半
導体素子を形成する際のウエルのドライブがある。Ｓｉ
基板上に形成される半導体素子としては種々のものがあ
るが、ＣＭＯＳ型トランジスタを作製する場合について
説明すると、ウエルのドライブとしては、具体的には、
シングルウエル（Ｎウエルのみ）タイプの場合はＮウエ
ルドライブ、ツインウエル（Ｎウエル、Ｐウエル）タイ
プの場合はＮウエルドライブ、Ｐウエルドライブがあ
る。ウエルとしては、比較的深いＮまたはＰの導電型領
域が必要であり、このウエルの深さはウエルのドライブ
時の熱処理温度や処理時間などに大きく影響される。そ
こで、ウエルのドライブ時の熱処理温度を変化させて
も、具体的には熱処理温度を下げても、処理時間の調
整、具体的には処理時間を長くすることによって、同等
のウエルの深さ、言い換えれば同等の電気特性を得るこ
とが可能である。したがって、ウエルのドライブ時の熱
処理温度は、形成される半導体素子の電気特性を損なう
ことなく、ある程度の幅で変化させることが可能であ
る。

【００６９】そこで、Ｓｉ基板上に半導体素子を形成す
る半導体製造工程のうち最高温度での熱処理であるウエ
ルドライブ時の熱処理温度を１１００℃、１１５０℃、
１２００℃と変化させてＳｉ基板上に半導体素子を形成
した。この際、それぞれの場合について、同等のウエル
深さが得られるように処理時間を調整した。Ｓｉ基板と
しては、ＥＧ処理を行った、基板表面のＳｉ結晶面方位
が＜１００＞である６インチＭＣＺ基板を用いた。した
がって、少なくとも熱処理前には、Ｓｉ基板の裏面には
ある値以上の密度でＯＳＦが存在している。

【００７０】このようにして半導体素子を形成した各Ｓ
ｉ基板について、異方性エッチングによってインク供給
口を開口した。そして、異方性エッチングが終了した状
態のＳｉ基板をセコエッチングしてＯＳＦの有無を調べ
た。また、サイドエッチング速度を、異方性エッチング
後のＳｉ基板１の裏面での、インク供給口９の開口幅と
ＳｉＯ₂膜７の開口幅と、エッチングの処理時間から、 サイドエッチング速度＝(Ｓｉ基板の開口幅−ＳｉＯ₂膜
の開口幅)/処理時間 として評価した。このサイドエッチング速度に関して
は、１つの基板について最大値と最小値を求めた。結果
を、ＳｉＯ₂膜のみを形成したＳｉ基板にインク供給口
を開口した比較例についての同様の評価と共に、表２に
示す。なお、ＳｉＯ ₂膜の開口幅にはほとんどばらつき
がなかったので、サイドエッチング速度の最大値と最小
値は、Ｓｉ基板の開口幅が最大の部分と最小の部分につ
いての速度にそれぞれ対応している。また、表２に示
す、サイドエッチング速度の値は、複数の基板について
の平均値である。

【００７１】

【表２】

【００７２】表２の結果から、ＯＳＦは、１１００℃を
超える高温処理を行った場合には、ほとんど消失してし
まうが、半導体製造工程における最高温度での熱処理の
処理温度を１１００℃以下に抑えることによって、ＯＳ
Ｆの消失を抑え、ＯＳＦを残しておくことが可能である
ことがわかる。ＯＳＦが消失してしまっている場合に
は、サイドエッチング速度は、結晶欠陥が有る部分と無
い部分とで大きく変化し、３〜８μｍ／ｈｒと大きくば
らついている。これに対して、ＯＳＦが十分に確保され
ている比較例の場合、および最高温度での熱処理温度を
１１００℃以下に抑えた場合には、サイドエッチング速
度は、全体にわたって約１２μｍ／ｈｒで安定してい
る。すなわち、ＯＳＦが十分に確保されている場合に
は、サイドエッチング速度が速くなり、それによって結
晶欠陥の有無によるエッチング速度のばらつきを吸収で
きているものと考えられる。

【００７３】次に、上述のような各処理条件で半導体素
子を形成したＳｉ基板に異方性エッチングによってイン
ク供給口を開口したものを複数作成した際に、各処理条
件の場合について、インク供給口の開口幅が所定の範囲
以上にずれたものが生じる率をエチング不良率として評
価した。結果を表３に示す。

【００７４】

【表３】

【００７５】表３の結果から明らかなように、半導体製
造工程における最高温度での熱処理の処理温度を１１０
０℃以下にした場合には、エッチンッグ不良の発生率が
激減することが分かる。

【００７６】以上のように、本実施例によって、Ｓｉ基
板上に半導体素子を形成する半導体製造工程について、
その最高温度での熱処理の処理温度を１１００℃以下に
抑えることによって、異方性エッチングによって開口さ
れるインク供給口の開口幅を安定して所定の均一な幅に
することができることが分かった。

【００７７】（第３の実施例）第２の実施例において説
明したように、Ｓｉ基板を高温で熱処理した場合には、
ＯＳＦが収縮、消失することがある。これは、高温の熱
処理によって空孔密度が増大し、格子間Ｓｉと結合する
ためであるが、詳しく見ると、格子間Ｓｉの流れが空孔
の流れよりも小さくなるまではＯＳＦは成長し、小さく
なった途端に収縮を始める。そして温度が高くなるほ
ど、このＯＳＦが収縮を始めるまでの時間は短くなる。

【００７８】前述のように、インクジェット記録ヘッド
の製造工程において、Ｓｉ基板に高温の熱処理を行うウ
エルのドライブでは、高い温度での熱処理では、短時間
で深いウエルを得ることができる。しかし、高い温度で
の熱処理では、短時間でＯＳＦが消失してしまう。一
方、熱処理温度が低い場合には、ＯＳＦの消失を防ぐこ
とは可能であるが、適当なウエルの深さを得るためには
長時間の熱処理が必要になる。そこで、比較的低い温度
での熱処理でウエルの深さをある程度稼いだ後、比較的
高い温度での熱処理を、ＯＳＦの収縮が始まるまでの時
間内の短時間だけ行えば、ＯＳＦを消失させることな
く、より短時間で適当なウエルの深さを得ることが可能
となる。本実施例は、このような方法を示すものであ
る。この方法では、半導体製造工程における最高温度で
の熱処理温度とその前に行う熱処理温度との温度差を過
剰にしないことが重要である。

【００７９】Ｓｉ基板上に半導体素子を形成する半導体
製造工程のうち最高温度での熱処理であるウエルドライ
ブを、最初にある程度低温（温度Ｂ℃）で実施し、続い
て高温（温度Ａ℃）で実施する方法で、最初の比較的低
温の処理温度と、後の最高温度となる処理温度を変化さ
せてＳｉ基板上に半導体素子を形成した。温度の変化の
バリエーションについては、Ｂを９００℃とし、Ａを１
１００℃、１１５０℃、１２００℃とした場合、Ａを１
２００℃とし、Ｂを１１００℃とした場合の４通りにつ
いて比較を行った。この際、それぞれの場合について、
同等のウエル深さが得られるように処理時間を調整し
た。Ｓｉ基板としては、ＥＧ処理を行った、基板表面の
Ｓｉ結晶面方位が＜１００＞である６インチＭＣＺ基板
を用いた。したがって、少なくとも熱処理前には、Ｓｉ
基板の裏面にはある値以上の密度でＯＳＦが存在してい
る。

【００８０】このようにして半導体素子を形成した各Ｓ
ｉ基板について、異方性エッチングによってインク供給
口を開口した。そして、第２の実施例と同様に、基板裏
面のＯＳＦの有無とサイドエッチング速度を調べた。結
果を、ＳｉＯ₂膜のみを形成したＳｉ基板にインク供給
口を開口した比較例についての同様の評価と共に、表４
に示す。

【００８１】

【表４】

【００８２】表４から明らかなように、Ａ−Ｂ＞２００
の場合には、基板裏面のＯＳＦが消失してしまい、その
結果、結晶欠陥の影響によってサイドエッチング時間が
約３〜８μｍ／ｈｒと大きくばらついている。これに対
して、Ａ−Ｂ≦２００の場合には、基板裏面に十分なＯ
ＳＦを残すことができ、サイドエッチング速度は約１２
μｍ／ｈｒで安定している。すなわち、Ａ−Ｂ≦２００
とすることによって、基板裏面にＯＳＦを十分に残すこ
とができ、十分なサイドエッチング速度を確保して、結
晶欠陥の有無によるエッチング速度のばらつきを吸収さ
せることができ、サイドエッチング速度を安定させるこ
とができた。

【００８３】実施例２では、１２００℃の高温でウエル
のドライブを行った場合には、ＯＳＦが消失してしまっ
ていた。しかし、本実施例では、１２００℃という高温
でウエルのドライブを行う場合であっても、ウエルのド
ライブを１１００℃での処理と１２００℃での処理の２
段階に分けて行うことによって、ＯＳＦの消失を防ぎ、
十分なＯＳＦを残すことができた。

【００８４】次に、上述のような各処理条件で半導体素
子を形成したＳｉ基板に異方性エッチングによってイン
ク供給口を開口したものを複数作成した際に、各処理条
件の場合について、インク供給口の開口幅が所定の範囲
以上にずれたものが生じる率をエッチング不良率として
評価した。結果を表５に示す。

【００８５】

【表５】

【００８６】表５の結果から明らかなように、半導体製
造工程における最高温度での熱処理の処理温度Ａとその
前工程での熱処理温度Ｂとの温度差（Ａ−Ｂ）を２００
℃以下にした場合には、エッチンッグ不良の発生率が激
減していることが分かる。

【００８７】以上のように、本実施例によって、Ａ−Ｂ
≦２００℃とすることによって、異方性エッチングによ
って開口されるインク供給口の開口幅を安定して所定の
均一な幅にすることができることが分かった。

【００８８】（第４の実施例）第２、第３の実施例で
は、Ｓｉ基板への高温、特に１１００℃以上での熱処
理、具体的には、特に、ウエルのドライブ処理の温度を
適宜規定することによって、ＯＳＦの消失を防ぐことが
できることを示した。本発明者らは、さらに検討を行っ
た結果、高温の熱処理を行う場合でも、酸素を混合した
ガス雰囲気中で熱処理を行うことによって、ＯＳＦの消
失を防ぐことができることを見出した。本実施例は、こ
のような方法を示すものである。

【００８９】まず、本実施例において実施したＳｉ基板
１上への半導体素子形成について説明する。本実施例で
は、厚さ約６２５μｍ、酸素濃度１．２〜１．３×１０
¹⁸（atoms／ｃｍ²）、基板表面のＳｉ結晶面方位＜１０
０＞のＳｉ基板を用いた。半導体素子形成前の、Ｓｉ基
板裏面のＯＳＦ密度は１×１０⁵／ｃｍ²であった。ここ
では、半導体素子としてＭＯＳ構造の素子を形成する例
を示すが、半導体素子として他の構造、例えばＢｉＣＭ
ＯＳ構造の素子を形成する場合についても、本発明は適
用可能である。

【００９０】まず、Ｓｉ基板を９００℃の温度条件下
で、Ｈ₂とＯ₂の混合ガス中で約３０分処理し、約５０ｎ
ｍの厚さだけ酸化膜を形成する。この膜は後の工程のイ
オン注入時に、ダメージ緩和膜として用いる。次に、フ
ォトリソグラフィー技術によって約１μｍの厚さのレジ
ストを所定の厚さに形成し、次工程でのイオン注入のマ
スクとして用いる。次に、リンイオンをイオン注入し、
Ｎウエル層を形成する。続いてレジストを除去し、基板
両面に減圧ＣＶＤ法によってＳｉＮ膜を約１５０ｎｍの
厚さに形成する。続いて裏面に形成されたＳｉＮ膜をケ
ミカルドライエッチングによって除去する。次に、１１
５０℃の温度条件でＮウエルドライブを実施する。

【００９１】続いて、一般的なＬＯＣＯＳ（local oxid
ation of silicon）構造をとるためにフォトリソフラフ
ィー技術を用いて表面のＳｉＮ膜のパターニングを行
い、さらにフォトリソグラフィーとイオン注入を用いて
Ｐ＋およびＮ＋チャネル層を形成した後、ＬＯＣＯＳ酸
化を行い、酸化膜を形成する。続いて、再びボロンのイ
オン注入によって表面濃度を調整した後、１０００℃の
温度条件でゲート酸化を行い、約７０ｎｍの厚さでゲー
ト酸化膜を形成する。その後、約４００ｎｍの厚さのポ
リシリコンを、ＳｉＨ₄ガスを用いた約６００℃の熱分
解法によって形成する。そして、リン拡散によってリン
をポリシリコンにドーピングさせてゲートポリ膜を形成
し、フォトリソグラフィーとリアクテブイオンエッチン
グによって所定の形状にする。続いて、フォトリソフラ
フィーとイオン注入とを繰り返して、各々Ｐ＋およびＮ
＋ソース／ドレイン層を形成する。続いて、ＢＰＳＧ(b
oronphosphorous silicate glass)膜をＣＶＤ法によっ
て形成し、半導体形成工程の最後として、１０００℃窒
素雰囲気条件で、１０００℃１５分のソース／ドレイン
ドライブを実施する。

【００９２】半導体形成工程終了後、さらに、例えば、
以下のような処理を行う。まず、半導体層と、後の工程
で形成する配線Ａｌとをコンタクトするために、フォト
リソグラフィーとＢＨＦを用いたウェットエッチングに
よってコンタクトフォールを形成し、続いて配線Ａｌを
スパッタリングによって約５００ｎｍの厚さで形成し、
フォトリソグラフィーとリアクテブイオンエッチングに
よって所定のパターンとする。次に、Ａｌ多層配線の層
間膜としてＵＳＧ膜を約４００℃のＣＶＤ法によって形
成し、フォトリソグラフィーとリアクテブイオンエッチ
ングによってＵＳＧにスルーホールを形成する。次に、
スパッタリングによってヒーター（インク吐出エネルギ
ー発生素子）となるＴａＳｉＮ抵抗体約４０ｎｍと上層
の配線となるＡｌ約２００ｎｍを形成し、フォトリソグ
ラフィーとドライエッチングおよびウェットエッチング
によってパターニングし、配線部とヒーター部を形成す
る。

【００９３】次に、ヒーターおよび配線を保護するため
の保護膜としてＳｉＮをＣＶＤ法によって約３００ｎｍ
の厚さに形成し、続いてヒーター部分をインク消泡時の
キャビテーションから保護する耐キャビテーション膜と
してＴａを約２３０ｎｍの厚さにスパッタリングによっ
て形成する。最後にフォトリソグラフィーとドライエッ
チングによってＴａを所定の形状とし、基板に電気的な
接続をとるための電極パッド部上の保護膜を取り去る。

【００９４】以上で、ヒーター（インク吐出エネルギー
発生素子）とそれを電気的に駆動するための電気回路素
子の作り込みが完了する。以下は、図１を参照して前に
説明したように、オリフィスプレート材４を形成し、Ｓ
ｉ基板にインク供給口９を開口する処理に進む。Ｓｉ基
板にインク供給口９を開口する際には、上記のＬＯＣＯ
Ｓ酸化工程で熱酸化して形成したＳｉＯ₂膜をエッチン
グマスクとして用いる。

【００９５】以上のように、本実施例の、Ｓｉ基板への
半導体素子の形成において、最高温度での熱処理は、Ｎ
ウエルドライブ処理である。本実施例では、このＮウエ
ルドライブ処理は、前述のように１１５０℃の温度条件
で実施した。この際、Ｎウエルドライブ処理を、Ｎ₂の
みのガス雰囲気中で行った場合と、Ｎ₂にＯ₂を混入した
ガス雰囲気中で行った場合について、その後異方性エッ
チングを行った際の、基板裏面のＯＳＦ密度と、インク
供給口の開口幅のばらつきについて評価を行った。Ｎ₂
にＯ₂を混入し場合については、全処理時間（約５４０
分）にわたって、Ｎ₂：Ｏ₂を９５：５とした場合と、２
０分間は、Ｎ₂：Ｏ₂を１：１とし、残りの５２０分間
は、Ｎ₂：Ｏ₂を９５：５とした場合について、評価を行
った。結果を表６に示す。

【００９６】

【表６】

【００９７】表６の結果から明らかなように、高温で処
理を行うＮウエルドライブ処理において、酸素を混合し
たガス雰囲気下で処理を行うことによって、ＯＳＦが消
失するのを防ぐことができ、それによって、インク供給
口の開口幅のばらつきを抑えることができた。

【００９８】このようにＮウエルドライブ処理を、酸素
を混合したガス雰囲気中で行うことによって、ＯＳＦの
消失を防ぐことができるのは以下の理由によると考えら
れる。酸素を混合したガス雰囲気中でＮウエルドライブ
処理を行った場合、基板裏面にはＳｉＯ₂膜が形成され
る。Ｎ₂：Ｏ₂＝９５：５のガス雰囲気中で５４０分処理
を行った場合、形成されるＳｉＯ₂膜は約３００ｎｍで
ある。このＳｉＯ₂膜が形成される際に、基板裏面の、
Ｓｉ−ＳｉＯ₂界面では、ＳｉＯ₂の体積膨張に起因して
生じる歪によってＯＳＦが形成される。このように、元
からあるＯＳＦが高温処理によって消失するのを補うよ
うにＯＳＦが形成されるため、結果として、ある程度、
上記の例では２×１０⁴個／ｃｍ²以上のＯＳＦを残すこ
とができるものと考えられる。

【００９９】以上のように、本実施例によって、Ｓｉ基
板に高温処理を行う場合、その処理を、酸素を混合した
ガス雰囲気中で実施することによって、Ｓｉ基板の裏面
のＯＳＦが消失するのを防止し、一定のＯＳＦを残すこ
とができることが分かった。それによって、異方性エッ
チングによって開口されるインク供給口の開口幅を安定
して所定の均一な幅にすることができる。

【０１００】なお、上述の各実施例では、Ｓｉ基板の高
温処理としてウエルドライブを行う場合について説明し
たが、高温処理としてはこれに限られることはなく、種
々の高温処理を行う場合について、本発明は適用可能で
ある。また、各実施例において示した、インク吐出エネ
ルギー発生素子やその駆動回路の製造方法は、本発明を
限定するものではない。

【０１０１】また、各実施例において、酸素濃度が１．
３×１０¹⁸以下のＳｉ基板、特にＭＣＺ基板を用いるこ
とは、本発明の目的を達成する上で好適である。すなわ
ち、酸素濃度の低いＳｉ基板を用いることにより、前述
のように、エッチング異常の発生を抑制することがで
き、またエッチングの速度を安定化することができ、本
発明のインクジェット記録ヘッドの製造において、この
ようなＳｉ基板を用いることによって、インク供給口の
開口幅のばらつきを抑える作用を相乗的に得ることがで
きる。

【０１０２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Ｓｉの異方性エッチングによってインク供給口を開口す
る工程を有するインクジェット記録方法において、異方
性エッチングを行う際、基板裏面のＯＳＦを適切にコン
トロールすることによって、エッチング異常の発生を抑
え、インク供給口の、基板表面上の開口幅を安定して所
定の均一な幅にすることができる。

【０１０３】それによって、インクジェット記録ヘッド
の製造の歩留まりを高くすることができ、またインクジ
ェット記録ヘッドの吐出性能の信頼性を向上させること
ができる。さらに、インク供給口とインク吐出エネルギ
ー発生素子との距離を短く設定することを可能とし、吐
出周波数の高いインクジェット記録ヘッドを高い歩留ま
りで製造することを可能にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のインクジェット記録ヘッド
の各製造工程における模式的断面図である。

【図２】本発明の実施形態のインクジェット記録ヘッド
の一部を破断して示す模式的斜視図である。

【図３】図３（ａ）は、図２のインクジェット記録ヘッ
ドの吐出口側から見た平面図、図３（ｂ）は、図３
（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。

【図４】図２のインクジェット記録ヘッドのインク供給
口側から見た平面図である。

【図５】エッチング異常が発生した場合のインク供給口
の状態を示す、インクジェット記録ヘッドのインク供給
口側から見た平面図である。

【図６】エッチング異常が発生した場合のインク供給口
の状態を示す、インク供給口部分の断面図である。

【図７】本発明の実施形態の記録ヘッドの一部分を示す
模式的な断面図である。

【符号の説明】

１ Ｓｉ基板 ２ インク吐出エネルギー発生素子 ３ 型材 ４ オリフィスプレート材 ５ インク吐出口 ６ インク液滴 ７ ＳｉＯ₂膜 ８ エッチング開始開口部 ９ インク供給口 １１ インク供給口壁面 １２ エッチング異常 １４ ＯＳＦ １５ 保護材 １７ エッチング異常 １８ 結晶欠陥 ９０１ ｐ型の半導体基体 ９０７ ｎ型のソース領域 ９０８ ｎ型のドレイン領域 ９１２ ｐ型のウエル領域 ９１４ ゲート電極 ９１６ ｎ型の電界緩和ドレイン領域 ９１７ 蓄熱層 ９１８ 熱抵抗層 ９１９ 配線 ９２０ 保護層 ９３０ スイッチ素子 ９４０ 記録ヘッドの基体 ９５０ 発熱部 ９６０ インク吐出部 ９７０ 天板 ９８０ 液路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾崎 照夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF93 AP34 AP53 AP56 AQ02 BA13

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素子形成面である第１面と、第１面の裏
   面である第２面を有するＳｉ基板を用意する工程と、 前記Ｓｉ基板に加熱を伴う熱処理を行う工程と、 前記Ｓｉ基板の、前記第２面にＳｉＯ₂膜を形成する工
   程と、 前記ＳｉＯ₂膜に前記Ｓｉ基板を露出させるエッチング
   開始開口部を形成する工程と、 前記Ｓｉ基板の第１面に、液体を吐出させるためのエネ
   ルギーを発生する液体吐出エネルギー発生素子を形成す
   る工程と、 前記熱処理工程より後の工程であって、前記Ｓｉ基板を
   貫通し前記第１面に連通する液体供給口を、前記ＳｉＯ
   ₂膜をマスクとして前記エッチング開始開口部からＳｉ
   の異方性エッチングによって形成する工程とを有する、
   液体吐出ヘッドの製造方法であって、 前記異方性エッチングを行う前に、前記Ｓｉ基板の、前
   記ＳｉＯ₂膜との界面に存在する酸化誘起積層欠陥の密
   度を２×１０⁴個／ｃｍ²以上とする、液体吐出ヘッドの
   製造方法。
2. 【請求項２】 前記Ｓｉ基板の、前記液体吐出エネルギ
   ー発生素子が形成された面上に、前記液体を吐出する液
   体吐出口と、該液体吐出口に連通する液体流路とを構成
   する部材を形成する工程をさらに有する、請求項１に記
   載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 前記異方性エッチングを行う前に、前記
   Ｓｉ基板の、前記ＳｉＯ₂膜との界面に存在する前記酸
   化誘起積層欠陥の長さを２μｍ以上とする、請求項１も
   しくは請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 【請求項４】 前記ＳｉＯ₂膜は、前記熱処理時に熱酸
   化によって形成する、請求項１から３のいずれか１項に
   記載の、液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 【請求項５】 前記熱処理は１１００℃以下の処理温度
   で行う、請求項１から４のいずれか１項に記載の、液体
   吐出ヘッドの製造方法。
6. 【請求項６】 処理温度Ａ℃での前記熱処理の前に、該
   熱処理と同様の処理を、Ａ−Ｂ≦２００℃を満たす、よ
   り低い処理温度Ｂ℃で行う、請求項１から５のいずれか
   １項に記載の、液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 【請求項７】 前記熱処理のうち処理温度が１１００℃
   以上の処理は、酸素を混合したガス雰囲気中で行う、請
   求項１から６のいずれか１項に記載の、液体吐出ヘッド
   の製造方法。
8. 【請求項８】 前記液体吐出ヘッドはＳｉ基板に半導体
   素子を有するとともに、前記熱処理は該半導体素子の形
   成工程で行われる、請求項１から７のいずれか１項に記
   載の、液体吐出ヘッドの製造方法。
9. 【請求項９】 前記半導体素子形成工程はウエルドライ
   ブである、請求項８に記載の、液体吐出ヘッドの製造方
   法。
10. 【請求項１０】 前記異方性エッチング工程より前に、
    前記Ｓｉ基板が、前記Ｓｉ基板の前記第２面に機械的ダ
    メージを与えることで形成されたゲッタリングサイトを
    有することを特徴とする、請求項１から９のいずれか１
    項に記載の、液体吐出ヘッドの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記Ｓｉ基板として、酸素濃度が１．
    ３×１０¹⁸（atoms／cm³）以下であるものを用いる、請
    求項１から１０のいずれか１項に記載の、液体吐出ヘッ
    ドの製造方法。
12. 【請求項１２】 前記Ｓｉ基板として、ＭＣＺ基板を用
    いる、請求項１から１１のいずれか１項に記載の、液体
    吐出ヘッドの製造方法。
13. 【請求項１３】 前記Ｓｉ基板として、前記液体吐出エ
    ネルギー発生素子が形成される面のＳｉ結晶面方位が＜
    １００＞または＜１１０＞であるものを用いる、請求項
    １から１２のいずれか１項に記載の、液体吐出ヘッドの
    製造方法。
14. 【請求項１４】 Ｓｉ基板と、該Ｓｉ基板上に形成され
    た、液体を吐出するためのエネルギーを発生する液体吐
    出エネルギー発生素子と、半導体素子と、前記Ｓｉ基板
    を貫通し前記液体吐出エネルギー発生素子の周辺に液体
    を供給するために用いられる異方性エッチングで形成さ
    れた開口を有する液体吐出ヘッド用基板であって、 前記Ｓｉ基板は、前記Ｓｉ基板の、前記液体吐出エネル
    ギー発生素子が形成された面の反対側の面に存在する酸
    化誘起積層欠陥の密度が２×１０⁴個／ｃｍ²以上であ
    り、かつ該酸化誘起積層欠陥の長さが２μｍ以上である
    液体吐出ヘッド用基板。
15. 【請求項１５】 前記Ｓｉ基板の酸素濃度が１．３×１
    ０¹⁸（atoms／cm³）以下である、請求項１４に記載の液
    体吐出ヘッド用基板。
16. 【請求項１６】 前記Ｓｉ基板はＭＣＺ基板である、請
    求項１４または１５に記載の液体吐出ヘッド用基板。
17. 【請求項１７】 前記Ｓｉ基板の、前記液体吐出エネル
    ギー発生素子が形成された面のＳｉ結晶面方位が＜１０
    ０＞または＜１１０＞である、請求項１４から１６のい
    ずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
18. 【請求項１８】 Ｓｉ基板の加熱を伴う熱処理を行う工
    程と、 前記Ｓｉ基板の、少なくとも一面にＳｉＯ₂膜を形成す
    る工程と、 該ＳｉＯ₂膜に、前記Ｓｉ基板を露出させるエッチング
    開始開口部を形成する工程と、 前記熱処理の後に前記Ｓｉ基板を貫通する貫通口を、前
    記ＳｉＯ₂膜をマスクとして前記エッチング開始開口部
    からＳｉの異方性エッチングによって形成する工程とを
    有する基板加工方法であって、 前記異方性エッチングを行う前に、前記Ｓｉ基板の、前
    記ＳｉＯ₂膜との界面に存在する酸化誘起積層欠陥の密
    度を２×１０⁴個／ｃｍ²以上とする基板加工方法。
19. 【請求項１９】 前記異方性エッチングを行う前に、前
    記Ｓｉ基板の、前記ＳｉＯ₂膜との界面に存在する前記
    酸化誘起積層欠陥の長さを２μｍ以上とする、請求項１
    ８に記載の基板加工方法。
20. 【請求項２０】 前記ＳｉＯ₂膜は、前記熱処理時に熱
    酸化によって形成する、請求項１８または１９に記載の
    基板加工方法。
21. 【請求項２１】 前記熱処理は１１００℃以下の処理温
    度で行う、請求項１８から２０のいずれか１項に記載の
    基板加工方法。
22. 【請求項２２】 処理温度Ａ℃での前記熱処理の前に、
    該熱処理と同様の処理を、Ａ−Ｂ≦２００℃を満たす、
    より低い処理温度Ｂ℃で行う、請求項１８から２１のい
    ずれか１項に記載の基板加工方法。
23. 【請求項２３】 前記熱処理のうち処理温度が１１００
    ℃以上の処理は、酸素を混合したガス雰囲気中で行う、
    請求項１８から２２のいずれか１項に記載の基板加工方
    法。
24. 【請求項２４】 前記熱処理はウエルドライブである、
    請求項１８から２３のいずれか１項に記載の基板加工方
    法。
25. 【請求項２５】 前記Ｓｉ基板として、酸素濃度が１．
    ３×１０¹⁸（atoms／cm³）以下であるものを用いる、請
    求項１８から２４のいずれか１項に記載の基板加工方
    法。
26. 【請求項２６】 前記Ｓｉ基板として、ＭＣＺ基板を用
    いる、請求項１８から２５のいずれか１項に記載の基板
    加工方法。