JP2004167822A - 液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関し、例えばサーマル方式によるインクジェットプリンタに適用して、シリコン又は銅を添加したアルミニューム等を配線パターンに用いて信頼性を確保することができるようにする。
【解決手段】本発明は、エッチングストッパー層３を発熱素子２上に事前に作成し、このエッチングストッパー層３により配線パターン４のドライエッチングから発熱素子２を保護する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関し、例えばサーマル方式によるインクジェットプリンタに適用することができる。本発明は、エッチングストッパー層を発熱素子上に事前に作成し、このエッチングストッパー層により配線パターンのドライエッチングから発熱素子を保護することにより、シリコン又は銅を添加したアルミニューム等を配線パターンに用いて信頼性を確保することができるようにする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像処理等の分野において、ハードコピーのカラー化に対するニーズが高まってきている。このニーズに対して、従来、昇華型熱転写方式、溶融熱転写方式、インクジェット方式、電子写真方式及び熱現像銀塩方式等のカラーコピー方式が提案されている。
【０００３】
これらの方式のうちインクジェット方式は、液体吐出ヘッドであるプリンタヘッドに設けられたノズルから記録液（インク）の液滴を飛翔させ、記録対象に付着してドットを形成するものであり、簡易な構成により高画質の画像を出力することができる。このインクジェット方式は、ノズルからインク液滴を飛翔させる方法の相違により、静電引力方式、連続振動発生方式（ピエゾ方式）及びサーマル方式に分類される。
【０００４】
これらの方式のうちサーマル方式は、インクの局所的な加熱により気泡を発生し、この気泡によりインクをノズルから押し出して印刷対象に飛翔させる方式であり、簡易な構成によりカラー画像を印刷することができるようになされている。
【０００５】
このようなサーマル方式によるプリンタヘッドは、インクを加熱する発熱素子が発熱素子を駆動するロジック集積回路による駆動回路と共に一体に半導体基板上に形成される。これによりこの種のプリンタヘッドにおいては、発熱素子を高密度に配置して確実に駆動できるようになされている。
【０００６】
すなわちこのサーマル方式のプリンタにおいて、高画質の印刷結果を得るためには、発熱素子を高密度で配置する必要がある。具体的に、例えば６００〔ＤＰＩ〕相当の印刷結果を得るためには、発熱素子を４２．３３３〔μｍ〕間隔で配置することが必要になるが、このように高密度で配置した発熱素子に個別の駆動素子を配置することは極めて困難である。これによりプリンタヘッドでは、半導体基板上にスイッチングトランジスタ等を作成して集積回路技術により対応する発熱素子と接続し、さらには同様に半導体基板上に作成した駆動回路により各スイッチングトランジスタを駆動することにより、簡易かつ確実に各発熱素子を駆動できるようになされている。
【０００７】
またサーマル方式によるプリンタにおいては、発熱素子による加熱によりインクに気泡が発生し、ノズルからインクが飛び出すと、この気泡が消滅する。これにより発砲、消砲を繰り返す毎にキャビテーションによる機械的な衝撃を受ける。さらにプリンタは、発熱素子の発熱による温度上昇と温度下降とが、短時間〔数μ秒〕で繰り返され、これにより温度による大きなストレスを受ける。
【０００８】
このためプリンタヘッドは、タンタル、タンタルナイトライド、タンタルアルミ等により発熱素子が形成され、この発熱素子上に窒化シリコン、炭化シリコン等による絶縁保護層が形成され、この絶縁保護層により絶縁性が確保され、また発熱素子とインクとの直接の接触を防止するようになされている。さらにこの絶縁保護層の上層に、タンタル等により耐キャビテーション層が形成され、この耐キャビテーション層によりキャビテーションによる機械的な衝撃を緩和するようになされている。
【０００９】
プリンタヘッドは、このような絶縁保護層、耐キャビテーション層の厚みを厚くすると、信頼性を向上することができるものの、その分、インクへの熱伝導率が低下することにより、インクを吐出するために必要な熱エネルギーが増大し、これにより消費電力が増大する。このためプリンタヘッドは、絶縁保護層、耐キャビテーション層の厚みを、少ない消費電力により発熱素子を駆動してインク液滴を安定に飛び出させる厚みにより作成するようになされている。
【００１０】
すなわちプリンタヘッドは、半導体素子が作成されてなる半導体基板上に絶縁層（ＳｉＯ_２ ）等が積層された後、タンタル、タンタルナイトライド、タンタルアルミ等により発熱素子が形成される。さらにアルミニューム等により配線パターンが形成され、この配線パターンにより半導体基板上に形成されてなる半導体素子等に発熱素子が接続される。プリンタヘッドは、さらに窒化シリコン、炭化シリコン等による絶縁保護層が厚さ０．２〜０．６〔μｍ〕により積層され、この上層に、正方晶構造であるβ−タンタルによる耐キャビテーション層が厚さ０．２〔μｍ〕程度により形成される。プリンタヘッドは、続いて所定部材を配置することにより、インク液室、インク流路及びノズルが作成される。
【００１１】
プリンタヘッドは、このようにして作成されたインク流路によりインク液室にインクが導かれた後、半導体素子の駆動により発熱素子が発熱し、インク液室のインクを局所的に加熱する。プリンタヘッドは、この加熱により、このインク液室に気泡を発生してインク液室の圧力を増大させ、ノズルよりインクを押し出して印刷対象に飛翔させるようになされている。
【００１２】
このようなプリンタヘッドにおいては、従来、半導体素子等と発熱素子とを接続する配線パターンの材料にアルミニューム（いわゆるピュアアルミである）が適用され、ドライエッチング工程とウエットエッチング工程とにより所定形状の配線パターンが形成される。具体的に例えば特開２００１−１３０００３号公報に開示されているように、スパッタリング法によりアルミニュームによる配線パターン材料層を堆積した後、フォトリソグラフィーパターニング工程、塩素系ガスを用いたドライエッチング工程により発熱素子上を除く部位について配線パターン材料層を加工し、これらの部位に配線パターンを形成する。さらに燐酸を主成分とする薬液を用いたウエットエッチング工程により発熱素子上の配線パターン材料層を除去し、これにより発熱素子を露出させるようになされている。
【００１３】
このようなアルミニュームによる配線パターンにおいては、電流の導通により電子がアルミニューム原子に衝突し、その結果アルミニューム原子が移動する現象であるエレクトロマイグレーションが起こる。このためプリンタヘッドにおいては、十分な膜厚により配線パターンを作成し、エレクトロマイグレーションによる局所的な配線パターンの欠損を防止するようになされている。
【００１４】
これに対して近年の半導体集積回路一般においては、配線パターンの材料にシリコン、銅等を添加したアルミニュームが適用される。このシリコン、銅等を添加したアルミニュームにおいては、アルミニュームの粒界中にシリコン、銅等が存在する状態であり、これら粒界中のシリコン、銅等がアルミニュームの粒界を補強し、エレクトロマイグレーションを防止するようになされている。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００１−１３０００３号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところでプリンタヘッドにおいても、シリコン、銅等を添加したアルミニュームを配線パターンの材料に適用することにより、信頼性を向上することができると考えられる。
【００１７】
しかしながらプリンタヘッドにおいては、このようなシリコン、銅等を添加したアルミニュームを配線パターンの材料に適用する場合、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、発熱素子を露出させる際のウエットエッチング工程において発熱素子上に残渣が残ってしまう。
【００１８】
すなわちウエットエッチング工程で使用する燐酸系の薬液は、アルミニュームについては溶解することができるものの、シリコン、銅等については溶解することができない。これによりプリンタヘッドにおいては、発熱素子上にシリコン、銅等による残渣が発生する。このような残渣においては、半導体製造工程において最も避けなければならない発塵源である。これによりプリンタヘッドにおいては、配線パターンにシリコン、銅等を添加したアルミニュームを適用すると、却って信頼性が低下する問題がある。
【００１９】
また従来の配線パターン作成工程においては、塩素系ガスによるドライエッチング工程と燐酸系の薬液によるウエットエッチング工程とを併用しなければならず、その分プリンタヘッドの製造に時間を要する問題もある。因みにこの問題は、特開２００２−７９６７９号公報においても指摘されている。
【００２０】
なおこれらの問題を解決する１つの方法として、発熱素子上を除く部位の配線パターン材料層をドライエッチングする際に、同時に発熱素子上の配線パターン材料層を除去することが考えられるが、このようなドライエッチングに供する塩素系ガスにおいては、配線パターンのみならず、タンタル系材料からなる下層の発熱素子もエッチングしてしまう欠点がある。
【００２１】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、シリコン又は銅を添加したアルミニューム等を配線パターンに用いて信頼性を確保することができる液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提案しようとするものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため請求項１の発明においては、発熱素子の駆動により液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドの製造方法に適用して、所定の基板上に発熱素子材料膜を成膜する発熱素子材料膜の作成工程と、発熱素子の上層に、エッチングストッパー材料層を成膜するエッチングストッパー材料層の作成工程と、第１のエッチングガスによりドライエッチングして、発熱素子の形状によりエッチングストッパー材料層を選択的にパターニングする第１のドライエッチング工程と、第２のエッチングガスによりドライエッチングして、発熱素子材料膜を選択的にパターニングする第２のドライエッチング工程と、エッチングストッパー材料層の上層に、配線パターン材料層を形成する配線パターン材料層の作成工程と、配線パターン材料層を第３のエッチングガスによりドライエッチングして、配線パターンを作成する第３のドライエッチング工程とを有するようにする。
【００２３】
また請求項４の発明においては、発熱素子の駆動により液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドに適用して、所定の基板上に発熱素子材料膜、エッチングストッパー材料層を順次成膜した後、エッチングストッパー材料層、発熱素子材料膜を順次パターニングして発熱素子が形成され、発熱素子の上層に配線パターン材料層を成膜した後、パターニングして発熱素子の配線パターンが形成され、エッチングストッパー材料層が、配線パターン、発熱素子のパターニングに供するエッチングガスによってはエッチング困難で、かつ所定のエッチングガスにより容易にエッチング可能な材料により形成されてなるようにする。
【００２４】
また請求項６の発明においては、液体吐出ヘッドに設けられた発熱素子の駆動により液滴を飛び出させる液体吐出装置に適用して、液体吐出ヘッドが、所定の基板上に発熱素子材料膜、エッチングストッパー材料層を順次成膜した後、エッチングストッパー材料層、発熱素子材料膜を順次パターニングして発熱素子が形成され、発熱素子の上層に配線パターン材料層を成膜した後、パターニングして発熱素子の配線パターンが形成され、エッチングストッパー材料層が、配線パターン、発熱素子のパターニングに供するエッチングガスによってはエッチング困難で、かつ所定のエッチングガスにより容易にエッチング可能な材料により形成されてなるようにする。
【００２５】
請求項１の構成によれば、液体吐出ヘッドの製造方法に適用して、所定の基板上に発熱素子材料膜を成膜する発熱素子材料膜の作成工程と、発熱素子の上層に、エッチングストッパー材料層を成膜するエッチングストッパー材料層の作成工程と、第１のエッチングガスによりドライエッチングして、発熱素子の形状によりエッチングストッパー材料層を選択的にパターニングする第１のドライエッチング工程と、第２のエッチングガスによりドライエッチングして、発熱素子材料膜を選択的にパターニングする第２のドライエッチング工程と、エッチングストッパー材料層の上層に、配線パターン材料層を形成する配線パターン材料層の作成工程と、配線パターン材料層を第３のエッチングガスによりドライエッチングして、配線パターンを作成する第３のドライエッチング工程とを有することにより、第３のドライエッチング工程により発熱素子を侵すことなく配線パターン材料層を除去することができる。これによりシリコン又は銅を添加したアルミニューム等を配線パターンに用いることができ、配線パターンに通電したときにエレクトロマイグレーションを防止することができる分、信頼性を確保することができる。
【００２６】
これにより請求項４、請求項６の構成によれば、シリコン又は銅を添加したアルミニューム等を配線パターンに用いて信頼性を確保することができる液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００２８】
（１）実施の形態の構成
図１は、本発明の実施の形態に係るプリンタに適用されるプリンタヘッドを示す断面図である。プリンタヘッド１は、発熱素子２の上層にエッチングストッパー層３が形成され、さらにこのエッチングストッパー層３の上層に、シリコンまたは銅を添加したアルミニュームによる配線パターン４が形成される。
【００２９】
すなわち図２（Ａ）に示すように、プリンタヘッド１は、ウエハによるシリコン基板５が洗浄された後、シリコン窒化膜（Ｓｉ_３ Ｎ_４ ）が堆積される。続いてプリンタヘッド１は、リソグラフィー工程、リアクティブエッチング工程によりシリコン基板５が処理され、これによりトランジスタを形成する所定領域以外の領域よりシリコン窒化膜が取り除かれる。これらによりプリンタヘッド１には、シリコン基板５上のトランジスタを形成する領域にシリコン窒化膜が形成される。
【００３０】
続いてプリンタヘッド１は、熱酸化工程によりシリコン窒化膜が除去されている領域に熱シリコン酸化膜が形成され、この熱シリコン酸化膜によりトランジスタを分離するための素子分離領域（ＬＯＣＯＳ： Ｌｏｃａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ ）６が膜厚５００〔ｎｍ〕により形成される。なおこの素子分離領域６は、その後の処理により最終的に膜厚２６０〔ｎｍ〕に形成される。さらに続いてプリンタヘッド１は、シリコン基板５が洗浄された後、トランジスタ形成領域にタングステンシリサイド／ポリシリコン／熱酸化膜構造のゲートが作成される。さらにソース・ドレイン領域を形成するためのイオン注入工程、熱処理工程によりシリコン基板５が処理され、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ）型によるトランジスタ７、８等が作成される。なおここでスイッチングトランジスタ７は、２５〔Ｖ〕程度の耐圧を有するＭＯＳ型ドライバートランジスタであり、発熱素子の駆動に供するものである。これに対してスイッチングトランジスタ８は、このドライバートランジスタを制御する集積回路を構成するトランジスタであり、５〔Ｖ〕の電圧により動作するものである。なおこの実施の形態においては、ゲート／ドレイン間に低濃度の拡散層が形成され、その部分で加速される電子の電解を緩和することで耐圧を確保してドライバートランジスタ７が形成されるようになされている。
【００３１】
このようにしてシリコン基板５上に、半導体素子であるトランジスタ７、８が作成されると、プリンタヘッド１は、続いてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）法によりリンが添加されたシリコン酸化膜であるＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ ）膜、ボロンとリンが添加されたシリコン酸化膜であるＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜９が順次膜厚１００〔ｎｍ〕、５００〔ｎｍ〕により作成され、これにより全体として膜厚が６００〔ｎｍ〕による１層目の層間絶縁膜が作成される。
【００３２】
続いてフォトリソグラフィー工程の後、Ｃ_４ Ｆ_８ ／ＣＯ／Ｏ_２ ／Ａｒ系ガスを用いたリアクティブイオンエッチング法によりシリコン半導体拡散層（ソース・ドレイン）上にコンタクトホール１０が作成される。
【００３３】
さらにプリンタヘッド１は、希フッ酸により洗浄された後、スパッタリング法により、膜厚３０〔ｎｍ〕によるチタン、膜厚７０〔ｎｍ〕による窒化酸化チタンバリアメタル、膜厚３０〔ｎｍ〕によるチタン、シリコンが１〔ａｔ％〕添加されたアルミニューム、または銅が０．５〔ａｔ％〕添加されたアルミニュームが膜厚５００〔ｎｍ〕により順次堆積される。続いてプリンタヘッド１は、反射防止膜である窒化酸化チタン（ＴｉＯＮ）が膜厚２５〔ｎｍ〕により堆積され、これらにより配線パターン材料が成膜される。さらに続いてプリンタヘッド１は、フォトリソグラフィー工程、ドライエッチング工程により、成膜された配線パターン材料が選択的に除去され、１層目の配線パターン１１が作成される。プリンタヘッド１は、このようにして作成された１層目の配線パターン１１により、駆動回路を構成するＭＯＳ型トランジスタ８を接続してロジック集積回路が形成される。
【００３４】
続いてプリンタヘッド１は、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Ｓｉ（ＯＣ_２ Ｈ_５ ）_４ ）を原料ガスとしたＣＶＤ法により層間絶縁膜であるシリコン酸化膜が堆積される。続いてプリンタヘッド１は、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ ）を含む塗布型シリコン酸化膜の塗布とエッチバックとにより、シリコン酸化膜が平坦化され、これらの工程が２回繰り返されて１層目の配線パターン１１と続く２層目の配線パターンとを絶縁する膜厚４４０〔ｎｍ〕のシリコン酸化膜による２層目の層間絶縁膜１２が形成される。
【００３５】
プリンタヘッド１は、続いて図２（Ｂ）に示すように、反応性スパッタリング法により膜厚５０〜１００〔ｎｍ〕によりタンタルが堆積され、これによりシリコン基板５上に発熱素子材料膜１３が形成される。さらに続いて図３（Ｃ）に示すように、反応性スパッタリング法により膜厚２０〜５０〔ｎｍ〕によりエッチングストッパー材料層１４が堆積され、この実施の形態では、このエッチングストッパー材料層１４のパターニングによりエッチングストッパー層３が作成される。
【００３６】
ここでエッチングストッパー層３は、配線パターン４のドライエッチングから発熱素子２を保護する保護層である。このためエッチングストッパー材料層１４は、配線パターン４のドライエッチングガスによりエッチング困難な材料により形成される。またこの実施の形態においては、下層の発熱素子２のパターニングに利用できるように、発熱素子２のドライエッチングによりエッチング困難であり、かつ発熱素子２をエッチング困難なドライエッチングガスにより容易にエッチング可能な材料により作成される。
【００３７】
具体的にこの場合、エッチングストッパー材料層１４には、タングステン（Ｗ）又はタングステンナイトライド（ＷＮ_Ｘ ）を適用することができ、この実施の形態では、タングステンナイトライドを適用する。また配線パターン４のドライエッチングにおいては塩素系ガスを、エッチングストッパー層３のドライエッチングにおいてはフッ素系ガスを、発熱素子２のドライエッチングにおいては塩素系ガスをそれぞれ適用する。
【００３８】
すなわち図７は、タングステンのフッ化物、塩化物、配線パターン４に用いる材料の１つであるアルミニュームのフッ化物、塩化物、発熱素子２に用いる材料の１つであるタンタルのフッ化物、塩化物の沸点をそれぞれ示す図表である。この図表によれば、タングステン、アルミニューム、タンタルの塩化物ＷＣｌ_５ 、ＡｌＣｌ_３ 、ＴａＣｌ_５ においては、それぞれ沸点が２７５．６度、１８２．７度、２４２度であることにより、塩素系ガスによるドライエッチングは、アルミニューム、タンタルについてはエッチング可能であるものの、タングステンについてはエッチング困難であることが判る。
【００３９】
またタングステン、アルミニューム、タンタルのフッ化物ＷＦ_６ 、ＡｌＦ_３ 、ＴａＦ_５ においては、それぞれ沸点が１７．５度、１２６０度、２２９度であることにより、フッ素系ガスによるドライエッチングは、塩素系ガスとは逆にタングステンについてはエッチング可能であるものの、アルミニューム、タンタルについてはエッチング困難であることが判る。これによりこの実施の形態では、エッチングストッパー層３により配線パターン４のドライエッチングから発熱素子２を保護し、かつ発熱素子２のドライエッチングする際のマスクとしてエッチングストッパー層３を利用し、さらには発熱素子材料膜１３をエッチング困難なフッ素系ガスによるドライエッチングにより容易にエッチングストッパー層３を作成するようになされている。
【００４０】
またタングステンナイトライドにおいては、発熱素子２を構成するタンタルとほぼ比抵抗（２００〜３００〔μΩ−ｃｍ〕）が等しい。これによりプリンタヘッド１では、発熱素子２に通電した時にエッチングストッパー層３への電力集中を防止し、エッチングストッパー層３を作成したことによる発熱素子２の抵抗値の低下を有効に回避するようになされている。
【００４１】
かくするにつきこの実施の形態においては、この発熱素子材料膜の成膜工程とエッチングストッパー材料層の成膜工程とを同一装置により実行するようになされ、これによりプリンタヘッド１の表面を大気に曝露することなく、発熱素子材料膜１３の上層にエッチングストッパー材料層１４を成膜するようになされている。
【００４２】
具体的にプリンタヘッド１は、ＤＣマグネトロン・スパッタリング装置内のスパッタ成膜チェンバーに搭載された後、初めにタンタルがターゲットに設定されたアルゴンガス雰囲気によりグロー放電が開始され、これによりタンタルによる発熱素子材料膜１３が成膜される。
【００４３】
プリンタヘッド１は、続いて大気曝露することなく、同一スパッタリング装置内の異なるスパッタ成膜チェンバーに搬送された後、タングステンがターゲットに設定されたアルゴン及び窒素による混合ガス雰囲気で直流スパッタリング処理され、これによりタンタル膜１３の上層にタングステンナイトライドによるエッチングストッパー材料層１４が成膜される。
【００４４】
なおこの実施の形態では、成膜温度２００〔度〕、直流印加電力２〜４〔ｋＷ〕により発熱素子材料膜１３、エッチングストッパー材料層１４を成膜した。また発熱素子材料膜１３の成膜工程において、アルゴンガス流量は、２５〔ｓｃｃｍ〕に設定した。これに対してエッチングストッパー材料層１４の成膜工程において、アルゴンガス流量、窒素ガス流量は、それぞれ２５〔ｓｃｃｍ〕、５〜２５〔ｓｃｃｍ〕に設定した。
【００４５】
プリンタヘッド１は、続いて図３（Ｄ）に示すように、フォトリソグラフィー工程、パターニング工程、第１のエッチングガスであるフッ素系ガス（ＳＦ_６ ／Ｏ_２ ガス）を用いたドライエッチング工程によりタングステンナイトライド膜が選択的にパターニングされ、これにより所定形状のエッチングストッパー層３が作成され、さらにはエッチングストッパー層３を除く部位において下層のタンタル膜１３が露出される。
【００４６】
続いてプリンタヘッド１は、第２のエッチングガスである塩素系ガス（ＢＣｌ_３ ／Ｃｌ_２ ガス）を用いたドライエッチング工程により露出したタンタル膜１３が除去される。このときエッチングストッパー層３にあっては、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより殆ど侵されないことにより、このエッチングストッパー層３が下層のタンタル膜１３のマスクとして機能し、エッチングストッパー層３と同一形状により発熱素子２が作成される。なおこの実施の形態においては、正方形形状により発熱素子２、エッチングストッパー層３が形成されるようになされている。
【００４７】
このようにして発熱素子２、エッチングストッパー層３が形成されると、続いてプリンタヘッド１は、フォトリソグラフィー工程、ＣＨＦ_３ ／ＣＦ_４ ／Ａｒガスを用いたドライエッチング工程により層間絶縁膜１２に開口を形成してビアホール１５が作成される。
【００４８】
さらに図４（Ｅ）に示すように、プリンタヘッド１は、スパッタリング法により、膜厚２００〔ｎｍ〕によるチタン、シリコンを１〔ａｔ％〕添加したアルミニューム、または銅を０．５〔ａｔ％〕添加したアルミニュームが膜厚６００〔ｎｍ〕により順次堆積される。続いてプリンタヘッド１は、膜厚２５〔ｎｍ〕による窒化酸化チタンが堆積され、これにより反射防止膜が形成される。これらによりプリンタヘッド１は、シリコン又は銅を添加したアルミニューム等による配線パターン材料層１６が成膜される。
【００４９】
続いて図５（Ｆ）に示すように、フォトリソグラフィー工程、第３のエッチングガスである塩素系ガス（ＢＣｌ_３ ／Ｃｌ_２ ガス）を用いたドライエッチング工程により成膜した配線パターン材料層１６が選択的に除去され、２層目の配線パターン４が作成される。すなわちプリンタヘッド１は、ＢＣｌ_３ ／Ｃｌ_２ ガスによるプラズマ中の塩素ラジカル（Ｃｌラジカル）と、配線パターン材料層１６の構成材料との反応により、塩化アルミニューム（ＡｌＣｌ_３ ）、塩化シリコン（ＳｉＣｌ_４ ）、塩化銅（ＣｕＣｌ_Ｘ ）等の塩化物が生成される。プリンタヘッド１は、基板温度が２００度以下に保持されてこれらの塩化物が揮発し、これにより余剰な配線パターン材料層１６が除去されて配線パターン４が作成される。
【００５０】
プリンタヘッド１は、このドライエッチング工程において、同時に発熱素子２上の配線パターン材料層１６が除去され、下層のエッチングストッパー層３が露出する。これによりプリンタヘッド１は、ＢＣｌ_３ ／Ｃｌ_２ ガスによるプラズマ中にエッチングストッパー層３の表面が曝露され、塩素ラジカルとタングステンとの反応によりエッチングストッパー層３の表面に塩化物が生成される。この塩化物においては、塩化アルミニューム等に比して沸点が高く、プリンタヘッド１が保持された温度では揮発しにくい。これにより図８に示すように、プリンタヘッド１は、事前に作成されたエッチングストッパー層３が塩素系ガスを用いた配線パターンのドライエッチングにより殆ど侵されないことにより、このエッチングストッパー層３により下層の発熱素子２を保護することができ、配線パターン材料層１６のみを発熱素子２上から除去することができるようになされている。
【００５１】
なおこの実施の形態においては、このドライエッチング工程において、オーバーエッチングするように、配線パターン材料層１６の膜厚に対するエッチング時間に対して１．２〜１．３倍の時間をエッチング時間に設定するようになされ、これにより余剰な配線パターン材料層１６を確実に除去し、このような配線パターン材料層１６が取り残されてなることによる配線パターン間のショートを十分に防止するようになされている。
【００５２】
プリンタヘッド１は、このようにして作成された２層目の配線パターン４により、電源用の配線パターン、アース用の配線パターンが作成され、またドライバートランジスタ７を発熱素子２に接続する配線パターンが作成される。
【００５３】
続いて図５（Ｇ）に示すように、プリンタヘッド１は、ＣＶＤ法によりインク保護層、絶縁層として機能するシリコン窒化膜１７が膜厚３００〜４００〔ｎｍ〕により堆積される。さらに熱処理炉において、４％の水素を添加した窒素ガスの雰囲気中で、又は１００％の窒素ガス雰囲気中で、４００度、６０分間の熱処理が実施される。これによりプリンタヘッド１は、トランジスタ７、８の動作が安定化され、さらに１層目の配線パターン１１と２層目の配線パターン４との接続が安定化されてコンタクト抵抗が低減される。
【００５４】
プリンタヘッド１は、続いてＤＣマグネトロン・スパッタリング装置内のスパッタ成膜チェンバーに搭載された後、スパッタリング法によりβ−タンタルによる耐キャビテーション層１８の材料膜が膜厚２００〔ｎｍ〕により堆積される。続いて図６（Ｈ）に示すように、プリンタヘッド１は、フォトレジスト工程、ＢＣｌ_３ ／Ｃｌ_２ ガスを用いたドライエッチング工程により、耐キャビテーション層１８の材料膜が所定形状によりエッチング処理され、これにより耐キャビテーション層１８が形成される。
【００５５】
プリンタヘッド１は、続いて図１に示すように有機系樹脂によるドライフィルム２１が圧着により配置された後、インク液室２４、インク流路に対応する部位が取り除かれ、その後硬化され、これによりインク液室２４の隔壁、インク流路の隔壁等が作成される。
【００５６】
また続いて各チップにスクライビングされた後、オリフィスプレート２２が積層される。ここでオリフィスプレート２２は、発熱素子２の上に微小なインク吐出口であるノズル２３を形成するように所定形状に加工された板状部材であり、ドライフィルム２１上に接着により保持される。これによりプリンタヘッド１は、ノズル２３、インク液室２４、このインク液室２４にインクを導くインク流路等が形成されて作成される。
【００５７】
プリンタヘッド１は、このようなインク液室２４が紙面の奥行き方向に連続するように形成され、これによりラインヘッドを構成するようになされている。
【００５８】
（２）実施の形態の動作
以上の構成において、プリンタヘッド１は、半導体基板であるシリコン基板５に素子分離領域６が作成されて半導体素子であるトランジスタ７、８が作成され、絶縁層９により絶縁されて１層目の配線パターン１１が作成される。また続いてエッチングストッパー層３、発熱素子２が作成された後、２層目の配線パターン４が作成される。さらに絶縁保護層１７が作成された後、熱処理により配線パターン間、配線パターンと発熱素子等との間の接続が安定化され、耐キャビテーション層１８、インク液室２４、ノズル２３が順次形成されて作成される（図１〜図６）。
【００５９】
このプリンタは、このようにして作成されたプリンタヘッド１のインク液室にインクが導かれ、トランジスタ７、８による発熱素子２の駆動により、インク液室２４に保持したインクが加熱されて気泡が発生し、この気泡によりインク液室２４内の圧力が急激に増大する。プリンタでは、この圧力の増大によりインク液室２４のインクがノズル２３からインク液滴として飛び出し、このインク液滴が対象物である用紙等に付着する。
【００６０】
プリンタでは、このような発熱素子２の駆動が間欠的に繰り返され、これにより所望の画像等が対象物に印刷される。またプリンタヘッド１においては、この発熱素子２の間欠的な駆動により、インク液室２４内において、気泡の発生、気泡の消滅が繰り返され、これにより機械的な衝撃であるキャビテーションが発生する。プリンタヘッド１では、このキャビテーションによる機械的な衝撃が耐キャビテーション層１８により緩和され、これにより耐キャビテーション層１８により発熱素子２が保護される。また絶縁保護層１７、耐キャビテーション層１８により発熱素子２へのインクの直接の接触が防止され、これによっても発熱素子２が保護される。
【００６１】
この実施の形態に係るプリンタヘッド１においては、このような発熱素子２の駆動に係るトランジスタ７、８等を接続する１層目の配線パターン１１、２層目の配線パターン４がシリコンまたは銅を添加したアルミニューム等により作成される。これによりプリンタヘッド１では、配線パターン１１、４のエレクトロマイグレーションを防止することができ、その分信頼性を確保することができる。
【００６２】
またプリンタヘッド１では、この２層目の配線パターン４が、ドライエッチングによる配線パターン材料層１６のパターニングにより発熱素子２上に作成される。このためプリンタヘッド１では、塩素系ガスによる配線パターン４のドライエッチングから発熱素子２を保護するエッチングストッパー層３がタングステンナイトライドにより発熱素子２上に事前に作成される。このタングステンナイトライドにおいては、塩素系ガスによるドライエッチングによりエッチング困難な材料であり、かつフッ素系ガスによるドライエッチングにより容易にエッチング可能な材料である（図７）。これによりプリンタヘッド１では、このタングステンナイトライドによるエッチングストッパー材料層１４のパターニングによりエッチングストッパー層３が作成され、さらに塩素系ガスにより発熱素子材料膜１３をパターニングする際にエッチングストッパー層３がマスクとして利用され、これによりエッチングストッパー層３と同一形状の発熱素子２が作成される。
【００６３】
プリンタヘッド１では、このようにして事前に作成されたエッチングストッパー層３により塩素系ガスによる配線パターン４のドライエッチングから発熱素子２が保護され（図８）、これにより発熱素子２を侵すことなく配線パターン材料層１６のみを除去することができる。
【００６４】
またこのような配線パターン４のドライエッチングにおいては、塩素系ガスを用いたドライエッチング工程により発熱素子２上の配線パターン材料層１６を同時に除去することにより、従来に比して工程数を削減することができ、これによりプリンタヘッド１の製造に要する時間を短縮することができる。
【００６５】
またこのような配線パターン４のドライエッチングにおいては、配線パターン材料層１６の膜厚に対するエッチング時間に対して１．２〜１．３倍の時間をエッチング時間に設定してオーバーエッチングし、これにより余剰な配線パターン材料層１６を確実に除去することができ、このような配線パターン材料層１６が取り残されてなることによる配線パターン間のショートを十分に防止することができ、その分信頼性を確保することができる。
【００６６】
またこのように発熱素子２の保護層として機能するエッチングストッパー層３に適用されるタングステンナイトライドにおいては、半導体製造プロセスで十分に実用実績のある材料であり、かつ既存の製造プロセスを利用するものであり、これにより製造プロセスにおいて、十分な信頼性を確保することができる。
【００６７】
またこのエッチングストッパー層３に適用されるタングステンナイトライドにおいては、タンタルによる発熱素子２とほぼ比抵抗が等しく、これによりプリンタヘッド１では、発熱素子２に通電した時にエッチングストッパー層３への電力集中を防止し、エッチングストッパー層３を作成したことによる発熱素子２の抵抗値の低下を有効に回避することができる。
【００６８】
（３）実施の形態の効果
以上の構成によれば、エッチングストッパー層を発熱素子上に事前に作成し、このエッチングストッパー層により配線パターンのドライエッチングから発熱素子を保護することにより、シリコン又は銅を添加したアルミニュームを配線パターンに用いることができ、これにより配線パターンのエレクトロマイグレーションを防止して十分な信頼性を確保することができる。
【００６９】
すなわちこのエッチングストッパー層が、第１のエッチングガスにより容易にエッチング可能な材料であり、かつ第２及び第３のエッチングガスによりエッチング困難な材料により形成されることにより、第３のエッチングガスによる配線パターン材料層のドライエッチングから発熱素子を保護することができ、これにより発熱素子を侵すことなく配線パターン材料層のみを除去することができる。
【００７０】
より具体的に、タングステンナイトライドによるエッチングストッパー材料層、タンタルによる発熱素子材料膜を成膜し、第１のエッチングガスであるフッ素系ガスによるドライエッチングによりパターニングしてエッチングストッパー層を作成し、このエッチングストッパー層をマスクとして第２のエッチングガスである塩素系ガスによるドライエッチングにより発熱素子材料膜をパターニングして発熱素子を作成した後、さらにシリコン又は銅を添加したアルミニュームによる２層目の配線パターン材料層を成膜し、第３のエッチングガスである塩素系ガスによるドライエッチングによりパターニングして配線パターンを作成することにより、配線パターンのドライエッチングにより発熱素子を侵すことなく配線パターン材料層のみを除去することができる。これによりシリコン又は銅を添加したアルミニュームを配線パターンに用いることができ、配線パターンに通電した時にエレクトロマイグレーションを防止することができる分、信頼性を確保することができる。
【００７１】
（４）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、シリコン又は銅を添加したアルミニュームにより配線パターンを作成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、銅により配線パターンを作成する場合等、種々の材料を配線パターンの材料に広く適用することができる。
【００７２】
また上述の実施の形態においては、タングステンナイトライドによりエッチングストッパー層を形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、タングステンナイトライドに代えてタングステンを適用する場合等、塩素系ガスによりエッチング困難な材料であり、かつフッ素系ガスにより容易にエッチング可能な材料であれば、種々の材料を広く適用することができる。なおタングステンを適用する場合、ＤＣマグネトロン・スパッタリング装置によりタングステンをターゲットに設定したアルゴンガス雰囲気で直流スパッタリング処理し、これによりタングステンによるエッチングストッパー材料層を成膜する。さらにフォトリソグラフィー工程、パターニング工程、フッ素系ガスを用いたドライエッチング工程を経、これによりエッチングストッパー材料層を選択的にパターニングしてエッチングストッパー層を作成することができる。因みにこのようなエッチングストッパー材料層の成膜工程においては、例えば基板温度２００〔℃〕、直流印加電力２〜４〔ｋＷ〕、アルゴンガス流量２５〔ｓｃｃｍ〕に設定して成膜することができる。
【００７３】
また上述の実施の形態においては、配線パターン材料層、エッチングストッパー材料層、発熱素子材料膜をそれぞれ塩素系ガス、フッ素系ガス、塩素系ガスでエッチングする場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これら配線パターン材料層、エッチングストッパー材料層、発熱素子材料膜を各工程で選択的にエッチングすることが可能な種々のドライエッチング用ガスを広く適用することができる。
【００７４】
また上述の実施の形態においては、タンタルにより発熱素子を形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これに代えてタンタルナイトライド（ＴａＮ_Ｘ ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）等のタンタル化合物により発熱素子を形成する場合に広く適用することができる。
【００７５】
また上述の実施の形態においては、正方形形状により発熱素子、エッチングストッパー層を形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、折り返し形状により発熱素子、エッチングストッパー層を形成する場合等、種々の形状により発熱素子を形成する場合に広く適用することができる。
【００７６】
また上述の実施の形態においては、スパッタリング法によりエッチングストッパー材料層を成膜する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、スパッタリング法に代えて、ＣＶＤ法により成膜する場合に広く適用することができる。
【００７７】
また上述の実施の形態においては、本発明をプリンタヘッドに適用してインク液滴を飛び出させる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、インク液滴に代えて各種染料の液滴、保護層形成用の液滴等であるプリンタヘッド、さらには液滴が試薬等であるマイクロディスペンサー、各種測定装置、各種試験装置、液滴がエッチングより部材を保護する薬剤である各種のパターン描画装置等に広く適用することができる。
【００７８】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、エッチングストッパー層を発熱素子上に事前に作成し、このエッチングストッパー層により配線パターンのドライエッチングから発熱素子を保護することにより、シリコン又は銅を添加したアルミニューム等を配線パターンに用いて信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るプリンタヘッドを示す断面図である。
【図２】図１のプリンタヘッドの作成工程の説明に供する断面図である。
【図３】図２の続きを示す断面図である。
【図４】図３の続きを示す断面図である。
【図５】図４の続きを示す断面図である。
【図６】図５の続きを示す断面図である。
【図７】エッチングストッパー層の材料の説明に供する図表である。
【図８】配線パターンのドライエッチングの説明に供する断面図である。
【図９】従来のプリンタヘッドにおける発熱素子をその周辺構成と共に示す断面図である。
【符号の説明】
１……プリンタヘッド、２……発熱素子、３……エッチングストッパー層、４、１１……配線パターン、５……シリコン基板、７、８……トランジスタ、１３……発熱素子材料膜、１４……エッチングストッパー材料層、１６……配線パターン材料層

Claims (6)

1. 発熱素子の駆動により液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドの製造方法において、
   所定の基板上に前記発熱素子材料膜を成膜する発熱素子材料膜の作成工程と、前記発熱素子の上層に、エッチングストッパー材料層を成膜するエッチングストッパー材料層の作成工程と、
   第１のエッチングガスによりドライエッチングして、前記発熱素子の形状により前記エッチングストッパー材料層を選択的にパターニングする第１のドライエッチング工程と、
   第２のエッチングガスによりドライエッチングして、前記発熱素子材料膜を選択的にパターニングする第２のドライエッチング工程と、
   前記エッチングストッパー材料層の上層に、配線パターン材料層を形成する配線パターン材料層の作成工程と、
   前記配線パターン材料層を第３のエッチングガスによりドライエッチングして、配線パターンを作成する第３のドライエッチング工程とを有する
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記エッチングストッパー材料層が、
   前記第１のエッチングガスにより容易にエッチング可能な材料であり、
   かつ前記第２及び第３のエッチングガスによりエッチング困難な材料により形成された
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記配線パターン材料層が、シリコンを添加したアルミニューム又は銅を添加したアルミニュームによる材料層であり、
   前記第１のエッチングガスが、フッ素系ガスであり、
   前記第２及び第３のエッチングガスが、塩素系ガスであり、
   前記発熱素子材料膜が、タンタル又はタンタル化合物による材料膜であり、
   前記エッチングストッパー材料層が、タングステンナイトライド又はタングステンによる材料層である
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 発熱素子の駆動により液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドにおいて、
   所定の基板上に発熱素子材料膜、エッチングストッパー材料層を順次成膜した後、前記エッチングストッパー材料層、前記発熱素子材料膜を順次パターニングして前記発熱素子が形成され、
   前記発熱素子の上層に配線パターン材料層を成膜した後、パターニングして前記発熱素子の配線パターンが形成され、
   前記エッチングストッパー材料層が、
   前記配線パターン、前記発熱素子のパターニングに供するエッチングガスによってはエッチング困難で、
   かつ所定のエッチングガスにより容易にエッチング可能な材料により形成された
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 前記配線パターン材料層が、シリコンを添加したアルミニューム又は銅を添加したアルミニュームによる材料層であり、
   前記発熱素子材料膜が、タンタル又はタンタル化合物による材料膜であり、
   前記エッチングストッパー材料層が、タングステンナイトライド又はタングステンによる材料層である
   ことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 液体吐出ヘッドに設けられた発熱素子の駆動により液滴を飛び出させる液体吐出装置において、
   前記液体吐出ヘッドが、
   所定の基板上に発熱素子材料膜、エッチングストッパー材料層を順次成膜した後、前記エッチングストッパー材料層、前記発熱素子材料膜を順次パターニングして前記発熱素子が形成され、
   前記発熱素子の上層に配線パターン材料層を成膜した後、パターニングして前記発熱素子の配線パターンが形成され、
   前記エッチングストッパー材料層が、
   前記配線パターン、前記発熱素子のパターニングに供するエッチングガスによってはエッチング困難で、
   かつ所定のエッチングガスにより容易にエッチング可能な材料により形成された
   ことを特徴とする液体吐出装置。

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