JP2004268277A

JP2004268277A - Liquid ejection head, liquid ejector and manufacturing process for liquid ejection head

Info

Publication number: JP2004268277A
Application number: JP2003058288A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Miyamoto; 孝章宮本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2004-09-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance reliability of conduction at a wiring part connecting a heating element and a driving circuit element in a liquid ejection head for ejecting specified liquid from a liquid ejection nozzle toward an object by driving the heating element, and in a liquid ejector and a for manufacturing process the liquid ejection head. <P>SOLUTION: The liquid ejection head 1 ejects liquid from the liquid ejection nozzle 5 by applying a driving electric signal to the heating element 7 arranged in a liquid chamber 4 containing the specified liquid being ejected and generating a bubble in the liquid thereby imparting thermal energy to the liquid. At a part for connecting the heating element 7 formed on a substrate member 3 with the driving circuit element 13 through a multilayer wiring structure, a contact hole 16 is formed between a wiring layer 15 being connected with the heating element 7 and a wiring layer 14 being connected with the driving circuit element 13 and filled with a metal. Two wiring layers 14 and 15 are connected through the embedded metal layer 17. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱抵抗素子を駆動して所定の液体を液体吐出ノズルから対象物に対して吐出する液体吐出ヘッド及び液体吐出装置並びに液体吐出ヘッドの製造方法に関し、詳しくは、発熱抵抗素子と駆動回路素子とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上することができる液体吐出ヘッド及び液体吐出装置並びに液体吐出ヘッドの製造方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の液体吐出ヘッド、例えばインクジェット方式のプリントヘッドは、静電引力方式、連続振動発生方式（電気機械変換方式）又はサーマル方式（電気熱変換方式）等の方式でインク液の小滴をノズル部材に形成されたインク吐出ノズルから吐出させ、記録媒体に付着せしめて、文字や画像を印画するものである。特に、サーマル方式のプリントヘッドが簡易にカラー画像を形成できることから、普及が拡大している。このサーマル方式は、熱エネルギをインク液に作用させて液滴を吐出させるようにしたものであり、熱エネルギの作用を受けたインク液が急激な体積の増加を伴う状態に変化し、この状態変化に基づく作用力によって、プリントヘッドのインク吐出ノズルからインク液が吐出されるようになっている。
【０００３】
このようなインク液を吐出させるプリントヘッドでは、熱エネルギを発生させる発熱抵抗素子としてＴａ，ＴａＮｘ，ＴａＡｌ等の材料が用いられている。この発熱抵抗素子にはＭＯＳ或いはバイポーラ型の駆動トランジスタにて駆動電力が供給される。この駆動トランジスタも、ＭＯＳ或いはバイポーラ型のトランジスタからなるロジック集積回路にて制御されている。そして、印画の高画質化のため、上記発熱抵抗素子は高密度で配置されることが望まれている。例えば、印画密度が６００ＤＰＩ相当のプリントヘッドでは、発熱抵抗素子を例えば４２．３３３μｍ間隔で配置する必要がある。このため、上記発熱抵抗素子及び駆動トランジスタ並びにロジック集積回路が同一半導体基板上に形成されるのが主流となっている。
【０００４】
上記サーマル方式のプリントヘッドでは、発熱抵抗素子にインク滴を吐出させるための所要の駆動電気パルスを印加するものであり、インク滴を吐出させる発熱部には発熱抵抗素子上にＳｉ_３Ｎ_４層と正方晶構造のβ−Ｔａ層の２層からなる保護膜が形成されている。この発熱抵抗素子上に形成されるＳｉ_３Ｎ_４層は、該発熱抵抗素子に接続されるＡｌの配線層との層間絶縁膜として機能し、β−Ｔａ層は、インク滴の消泡時の機械的衝撃（キャビテーション）を吸収緩和すると共に、インク成分による化学反応に対する防止層として機能している。
【０００５】
上記のＳｉ_３Ｎ_４層及びβ−Ｔａ層共に厚さが大きい方が信頼性の点から有利であるが、この場合はインク吐出に必要な熱エネルギ効率が落ちる。そのため、ＳｉＮ層は例えば０．１５〜０．６μｍの厚さ、Ｔａ層は例えば０．２μｍ程度の厚さに設定されているのが一般的である。特に、ＳｉＮ層については絶縁膜であるため、金属層であるＴａ層に比べて熱伝導性が悪い。熱効率改善のためにはＳｉＮ層を薄くすることが望まれるが、信頼性とのトレード・オフとなる。そこで、上記発熱抵抗素子に接続されるＡｌ配線層の厚さを薄くすることで、ＳｉＮ層を薄くすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、Ａｌ配線層の厚さを０．１８〜０．２４μｍに規定することで、ＳｉＮ層を０．２６〜０．３４μｍの厚さとするものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１３０００３号公報（第１４〜１５頁、図１３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１に記載されたように、発熱抵抗素子に接続されるＡｌ配線層を薄くすると、その配線抵抗の増加により寄生抵抗が増加し、発熱抵抗素子で消費されるべき熱エネルギ効率が劣化する。それに加えて、上記発熱抵抗素子に接続されるＡｌ配線層には、インク吐出のための熱エネルギ発生のために、例えば７０〜１６０ｍＡの電流を流す必要がある。これは通常の半導体集積回路に比べ非常に大きい電流値であり、上述の０．１８〜０．２４μｍの厚さのＡｌ配線層においては負荷が大きい電流値であって、Ａｌ配線層が断線する虞がある。したがって、接続孔部での導通の信頼性が低下する。
【０００８】
これに対して、Ａｌ配線層の寿命を補強するために、Ａｌ中にＳｉやＣｕを添加して、Ａｌ配線層の断線の起点となるＡｌの結晶粒界をＳｉやＣｕで補強する手法がある。しかしながら、Ａｌを溶解させる薬液を用いて発熱抵抗素子上のみＡｌ配線層を除去し、インク吐出の発熱部を形成するプリントヘッド作製プロセスでは、Ａｌ中に添加したＳｉやＣｕが残渣として発熱抵抗素子上に残るという問題がある。
【０００９】
仮に、上記残渣が残るという問題を解決した状態で、ＳｉやＣｕを添加したＡｌ配線層を採用したとしても、発熱抵抗素子に接続されるＡｌ配線層と、駆動トランジスタに接続されるＡｌ配線層とは、接続孔（ビアホール）を介して接続されることとなり、この接続孔においては発熱抵抗素子に接続されるＡｌ配線層に必然的に段差が形成され、この段差部において電流集中が起こり、上記発熱抵抗素子に接続されるＡｌ配線層が断線する虞がある。
【００１０】
これに対処して、上記特許文献１には、接続孔の側壁にテーパー形状をつけて上記の段差を緩和することが記載されているが、接続孔の側壁をテーパー形状にしたとしても段差部が無くなる訳ではなく、根本的に上記段差部において発熱抵抗素子に接続されるＡｌ配線層の断線を回避することはできない。また、上記接続孔（ビアホール）は、直径１０〜１５μｍの大きな径を有するものであるが、この径を大きくしても段差部におけるＡｌ配線層の断線を回避できるものでもない。したがって、接続孔部での導通の信頼性は改善できない。
【００１１】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、発熱抵抗素子と駆動回路素子とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上することができる液体吐出ヘッド及び液体吐出装置並びに液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による液体吐出ヘッドは、吐出すべき所定の液体を収容する液室と、上記液室内に配置されると共に上記液体に気泡を発生させるための発熱抵抗素子と、上記発熱抵抗素子による上記液体の気泡の生成に伴って上記液室内の液体を吐出させるための液体吐出ノズルと、上記発熱抵抗素子が形成される共に該発熱抵抗素子に駆動電気信号を印加する駆動回路素子が形成された基板部材と、を備え、上記発熱抵抗素子に駆動電気信号を印加して熱エネルギを液体に付与し上記液体吐出ノズルから液体を吐出させる液体吐出ヘッドであって、上記基板部材の発熱抵抗素子と駆動回路素子とを多層配線構造で接続する部位にて、発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層との間に接続孔を形成して該接続孔内に金属を埋め込み、この金属埋込み層で上記二つの配線層を接続したものである。
【００１３】
このような構成により、発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層との間に接続孔を形成して該接続孔内に金属を埋め込み、この金属埋込み層で上記二つの配線層を接続したことにより、上記発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層とが直接接触することをなくし、発熱抵抗素子に接続する配線層に段差が形成されるのを回避する。これにより、配線層の断線を抑制して、発熱抵抗素子と駆動回路素子とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上する。
【００１４】
また、本発明による液体吐出装置は、装置本体部に液体吐出ヘッドを着脱可能な状態に保持し、該液体吐出ヘッドに形成された各液体吐出ノズルから所定の液体を吐出してドット列又はドットを形成する液体吐出装置であって、上記液体吐出ヘッドは、吐出すべき所定の液体を収容する液室と、上記液室内に配置されると共に上記液体に気泡を発生させるための発熱抵抗素子と、上記発熱抵抗素子による上記液体の気泡の生成に伴って上記液室内の液体を吐出させるための液体吐出ノズルと、上記発熱抵抗素子が形成される共に該発熱抵抗素子に駆動電気信号を印加する駆動回路素子が形成された基板部材とを備え、該基板部材の発熱抵抗素子と駆動回路素子とを多層配線構造で接続する部位にて、発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層との間に接続孔を形成して該接続孔内に金属を埋め込み、この金属埋込み層で上記二つの配線層を接続したものである。
【００１５】
このような構成により、装置本体部に着脱可能に保持される液体吐出ヘッドを、前述の手段による液体吐出ヘッドと同じ構成とすることにより、発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層とが直接接触することをなくし、発熱抵抗素子に接続する配線層に段差が形成されるのを回避する。これにより、液体吐出ヘッドの配線層の断線を抑制して、発熱抵抗素子と駆動回路素子とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上する。
【００１６】
さらに、本発明による液体吐出ヘッドの製造方法は、半導体基板の一面に駆動回路素子を形成する工程と、上記半導体基板上に第一の層間絶縁膜を形成する工程と、第一の層間絶縁膜上に上記駆動回路素子に接続する第一の配線層を形成する工程と、第一の配線層上に第二の層間絶縁膜を形成した後、この第二の層間絶縁膜の厚み内に上記第一の配線層に接続するための接続孔を形成する工程と、この接続孔内に金属を埋め込み金属埋込み層を形成する工程と、上記第二の層間絶縁膜上に発熱抵抗素子を形成する工程と、この発熱抵抗素子と上記金属埋込み層とを接続する第二の配線層を形成する工程と、上記第一及び第二の配線層が形成された半導体基板に対し熱処理を施す工程と、この熱処理された基板部材に対して、液体吐出ノズルを一壁面に有する液室を構成する工程と、を行うものである。
【００１７】
このような方法により、液体吐出ヘッドの基板部材を薄膜プロセス及びフォトリソグラフィ工程並びにエッチング処理などの半導体製造プロセスにより形成することで、発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層とが直接接触することをなくし、発熱抵抗素子に接続する配線層に段差が形成されるのを回避する。これにより、配線層の断線を抑制して、発熱抵抗素子と駆動回路素子とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上する。また、同一半導体基板上に高密度の発熱抵抗素子及び駆動回路素子を形成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による液体吐出ヘッドの実施の形態を示す要部拡大断面図である。この液体吐出ヘッドは、発熱抵抗素子を駆動して所定の液体を液体吐出ノズルから対象物に対して吐出するもので、一例としては、サーマル方式（電気熱変換方式）でインク液の小滴をノズル部材に形成されたインク吐出ノズルから吐出させ、記録媒体に付着せしめて、文字や画像を印画するインクジェット方式のプリントヘッドである。
【００１９】
図１において、このインクジェット方式のプリントヘッド１は、ノズル部材２と、基板部材３とを備えて成る。ノズル部材２は、吐出すべき所定の液体（インク液）を収容する液室としてのインク室４の一側面を構成すると共に、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの各色のインク用に多数の液体吐出ノズル、即ちインク吐出ノズル５が形成されている。このノズル部材２は、例えば厚さ１５〜２０μｍ程度のシート部材から成り、その所定位置に直径約２０μｍ程度のインク吐出ノズル５が数百個、整列された状態で形成されている。
【００２０】
上記ノズル部材２の一面には、後述の液室形成部材６を介して基板部材３が接着されている。この基板部材３は、上記インク室４の一側面とは異なる側面を構成し、該インク室４内のインク液を上記インク吐出ノズル５から吐出させるためにインク液に気泡を発生させる発熱抵抗素子７が形成されると共に、該発熱抵抗素子７に駆動電気信号（駆動電気パルス）を印加する駆動回路素子（図２の符号１３参照）が形成され、いわゆるヘッドチップと呼ばれるものである。
【００２１】
上記発熱抵抗素子７は、駆動電気パルスの印加により発熱してインク室４内に収容されたインク液に熱エネルギを付与し、インク吐出ノズル５からインク液滴８を吐出させるもので、シリコン（Ｓｉ）から成る半導体基板９の一方の面に析出形成されている。なお、発熱抵抗素子７は、Ｔａ，ＴａＮｘ又はＴａＡｌ等の物質から成り、例えば一辺が約１８μｍ程度の正方形状をなし、或いは、約２０μｍ長で９．６μｍ幅の分割抵抗素子から成る２分割形状をなしている。
【００２２】
上記ノズル部材２と半導体基板９との間に積層された液室形成部材６は、その一端面が発熱抵抗素子７に接近して配置されており、ノズル部材２の面と半導体基板９の面と液室形成部材６の一端面とで囲まれた空間がインク室４とされている。上記液室形成部材６は、例えば露光硬化型のドライフィルムレジストから成り、上記半導体基板９の発熱抵抗素子７が形成された面の全体に積層された後、フォトリソプロセスによって不要な部分が取り除かれることによって形成されている。なお、液室形成部材６の厚みは、約１２μｍ程度とされている。また、インク室４の幅は、約２５μｍ程度とされている。
【００２３】
そして、上記ノズル部材２には、流路板１０が貼り合わされている。この流路板１０の板厚の内部には、インク室４へインク液を供給するためのインク流路１１が形成されている。なお、流路板１０には、インク流路１１に連通するインク供給管１２が接続されている。上記流路板１０は、１色のインクごとに１個設けられ、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色では４個並列に設けられている。
【００２４】
このような状態で、上記基板部材３に形成された発熱抵抗素子７及び駆動回路素子１３と外部の図示外の制御部とがフレキシブル基板（図示せず）により電気的に接続されて駆動制御される。そして、上記発熱抵抗素子７に駆動電気パルスを印加して駆動し、熱エネルギをインク液に付与しインク吐出ノズル５からインク液滴８を吐出させるようになっている。
【００２５】
ここで、本発明においては、図２に示すように（図２は図１と天地を逆にして示している）、上記基板部材３の発熱抵抗素子７と駆動回路素子１３とを多層配線構造で接続する部位にて、発熱抵抗素子７に接続する配線層と駆動回路素子１３に接続する配線層との間に接続孔を形成して該接続孔内に金属を埋め込み、この金属埋込み層で上記二つの配線層が接続されている。すなわち、上記基板部材３内にて、駆動回路素子１３に接続するＡｌの第一の配線層１４と、発熱抵抗素子７に接続するＡｌの第二の配線層１５との層間に接続孔１６，１６が形成され、該接続孔１６，１６内に金属が埋め込まれている。そして、この金属埋込み層１７，１７で第一及び第二の配線層１４，１５が接続されている。なお、上記金属埋込み層１７は、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）又は窒化タンタル（ＴａＮ）のいずれか一つの金属或いは複数の金属から成る。その他、化学気相成長法（ＣＶＤ法）或いは電界メッキ法により成膜できるものならば、他の金属を用いてもよい。
【００２６】
また、上記発熱抵抗素子７を保護する被覆層として、タンタル（Ｔａ）或いはタンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）から成るキャビテーション層１８が形成されている。この発熱抵抗素子７を保護する被覆層としてＴａＡｌを形成するのは、正方晶構造のβ−Ｔａの結晶粒界にＡｌが存在するＴａＡｌがインク液滴の消泡時の機械的衝撃（キャビテーション）を吸収緩和すると共に、インク液成分による化学反応に対する保護層として機能するからである。
【００２７】
さらに、上記発熱抵抗素子７は、基板部材３に対しスパッタリング法により成膜されている。或いは、化学気相成長法（ＣＶＤ法）により成膜されたものであってもよい。
【００２８】
このような構成により、二つの配線層１４，１５間に形成された接続孔１６内に金属を埋め込み、この金属埋込み層１７で第一及び第二の配線層１４，１５を接続することにより、従来のようにビアホール内で発熱抵抗素子７に接続する配線層と駆動回路素子１３に接続する配線層とが直接接触することをなくし、発熱抵抗素子７に接続する配線層に段差が形成されるのを回避することができる。これにより、配線層１４，１５の断線を抑制して、発熱抵抗素子７と駆動回路素子１３とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上することができる。
【００２９】
次に、上記のように構成される液体吐出ヘッド、例えばプリントヘッド１の製造方法について、図３〜図１０を参照して説明する。まず、図３において、半導体基板９（Ｓｉ基板）に洗浄工程を施し、該半導体基板９上にシリコン窒化膜を堆積し、リソグラフィー工程を経てリアクティブイオンエッチング工程を施し、トランジスタを形成する領域上にＳｉ_３Ｎ_４膜が残るようにする。そして、熱酸化工程を施し、Ｓｉ_３Ｎ_４膜が除去された領域にトランジスタを分離するための素子分離領域（ＬＯＣＯＳ：Ｌｏｃａｌｏｘｉｄａｔｉｏｎｏｆｓｉｌｉｃｏｎ）となる熱シリコン酸化膜１９を例えば５００ｎｍ形成する。その後、この熱シリコン酸化膜１９はエッチングされ、最終膜厚は例えば２６０ｎｍとなる。
【００３０】
次に、再び洗浄工程を施し、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を形成し、ソース・ドレイン領域を形成するためのイオン注入工程、熱処理工程を施し、ＭＯＳ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型のトランジスタを形成する。これらの工程により２５Ｖ程度の耐圧を有するＭＯＳ型の駆動トランジスタから成る駆動回路素子１３と、５Ｖ動作のＭＯＳトランジスタから成るロジック集積回路２０とを形成する。上記２５Ｖ程度の耐圧を有するＭＯＳ型の駆動トランジスタの形成は、ゲート／ドレイン間に低濃度の拡散層を形成し、その部分で加速される電子の電界を緩和することで耐圧を確保する。或いは、熱シリコン酸化膜をゲート／ドレイン間に形成することで、加速される電子の電界を緩和することも可能である。
【００３１】
次に、ＣＶＤ法にてリンが添加されたシリコン酸化膜であるＰＳＧ膜を例えば１００ｎｍ堆積し、引き続きボロンとリンが添加されたシリコン酸化膜であるＢＰＳＧ膜を例えば５００ｎｍ堆積する。これにより６００ｎｍ膜厚の１層目の第一の層間絶縁膜２１ａを形成する。その後、上記１層目の層間絶縁膜２１ａにフォトリソグラフィー工程を施し、Ｃ_４Ｆ_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を用いて、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２２を開口する。
【００３２】
次に、図３において希フッ酸洗浄を施した後、図４において、スパッタリング法にて、ソース／ドレイン拡散層とのコンタクト抵抗低減のためのＴｉコンタクトメタルを例えば３０ｎｍ、ＴｉＯＮバリアメタルを７０ｎｍ、さらにＴｉを３０ｎｍ順次堆積し、その上層にＳｉが１ａｔｏｍ％添加されたＡｌ（或いはＣｕが０．５ａｔｏｍ％添加されたＡｌ）を５００ｎｍ堆積する。その上にＴｉを１０ｎｍ堆積し、更にその上層にＡｌ層の反射防止膜としてＴｉＯＮを例えば２５ｎｍ堆積する。その後、フォトリソグラフィー工程、塩素系ガスを主体に用いたドライエッチング工程を施し、１層目の第一の配線層１４（上層より、ＴｉＯＮ反射防止膜／Ｔｉ／Ａｌ−１％Ｓｉ／Ｔｉ／ＴｉＯＮバリアメタル／Ｔｉコンタクトメタルの構造）を形成する。
【００３３】
次に、上記第一の配線層１４上にＣＶＤ法でＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）を原料ガスとしてシリコン酸化膜を堆積する。その上層にＳＯＧ（ＳｐｉｎｏｎＧｌａｓｓ）と呼ぶ有機溶媒を含む塗布型シリコン酸化膜を塗布する。この積層膜を、フッ素系ガスを用いて全面エッチバックすることにより平坦化する。この工程を２回繰り返すことにより、例えば４４０ｎｍ膜厚のシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）からなる２層目の第二の層間絶縁膜２１ｂを形成する。
【００３４】
その後、上記第二の層間絶縁膜２１ｂにフォトレジスト工程を施し、図２に示す発熱抵抗素子７及び第二の配線層１５と接続するための接続孔（ビアホール）１６領域となる部分を規定し、ＣＨＦ_３／ＣＦ_４／Ａｒ系ガスを用いたドライエッチング法により第二の層間絶縁膜２１ｂをエッチングする。この工程にて、例えば０．５〜１．０μｍの直径を有する接続孔１６が１０〜１５個程度開口される。
【００３５】
次に、図４において、レジスト除去のアッシング工程及び洗浄工程を経て、図５に示すように、スパッタリング法にて、Ａｌとの接触抵抗低減のためのＴｉコンタクトメタルを２０ｎｍ堆積し、その後、Ｗとの接着性が良いＴｉＮバリアメタルを５０ｎｍ堆積させて、接着層２３（上層より、ＴｉＮ／Ｔｉの構造）を形成する。
【００３６】
次に、図６において、半導体基板９の全体をＣＶＤ装置に搭載し、該半導体基板９の加熱温度を約４００〜４５０℃に設定し、反応ガスとしてＷＦ_６，ＳｉＨ_４，Ｈ_２を用いて、金属膜としてタングステン（Ｗ）膜２４をＣＶＤ法により成膜する。このときまず、ＷＦ_６ガスをＳｉＨ_４ガスで還元し、ＴｉＮバリアメタル上にＷを成長させるための核となるＷ膜を成膜する。次に、ＷＦ_６ガスをＨ_２ガスで還元し、上記０．５〜１．０μｍの直径の接続孔１６内が完全にＷで埋め込まれるように、０．５〜１．０μｍの厚さまでＷ膜２４を成膜する。これにより、上記接続孔１６内にＷが埋め込まれる。
【００３７】
次に、図６において、上記接続孔１６内に埋め込まれた以外の第二の層間絶縁膜２１ｂ上に成膜されたＷ，ＴｉＮ，Ｔｉをエッチバック法又はＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシュ）法にて除去する。このとき、エッチバック法は、ＳＦ_６等のフッ素系ガスでＷをエッチング除去し、Ｃｌ_２等の塩素系ガスでＴｉＮ，Ｔｉをエッチング除去するものである。また、ＣＭＰ法は、ＷやＴｉＮ，Ｔｉを酸化溶解させる作用を有する研磨剤を用いて、上記接続孔１６内に埋め込まれた以外のＷ，ＴｉＮ，Ｔｉを除去するものである。この工程を経ることで、図７に示すように、接続孔１６内のみにＷが残され、該接続孔１６内に金属埋込み層１７が形成される。
【００３８】
次に、図７において洗浄工程を経た後に、図８において、半導体基板９の全体をスパッタリング装置に搭載し、スパッタリング法にて発熱抵抗素子７としてＴａ，ＴａＮｘ又はＴａＡｌ等を成膜する。次に、感光性樹脂であるフォトレジストを半導体基板９上に全面塗布する。そして、所望の形状が描画されたマスクを用いて、露光装置でフォトレジストに所望の配線パターンを描く。この露光工程において紫外線を浴びた部分が現像液で溶けるようになる。その後、上記半導体基板９をドライエッチング装置に搭載し、ＢＣｌ_３／Ｃｌ_２系ガスのプラズマを用いたドライエッチング法により、Ｔａ，ＴａＮｘ又はＴａＡｌ等の素子材料が所望形状に加工されて、発熱抵抗素子７が形成される。
【００３９】
次に、図８において、半導体基板９の全体をスパッタリング装置内のスパッタ成膜チェンバーに搬送し、Ａｌターゲットを用いてＡｌ層を例えば０．３〜０．６μｍ堆積する。そして、感光性樹脂であるフォトレジストを半導体基板９上に全面塗布し、所望の形状が描画されたマスクを用いて、露光装置でフォトレジストに所望の配線パターンを描く。その後、再び半導体基板９をドライエッチング装置に搭載し、ＢＣｌ_３／Ｃｌ_２系ガスのプラズマを用いたドライエッチング法により、Ａｌ層を所望の配線パターン形状に加工する。これらの工程により、２層目の第二の配線層１５が形成される。
【００４０】
次に、図８において、上記のように形成された第二の配線層１５に対してマスクを用いたフォトリソグラフィ工程を施し、インク液を吐出させるための熱エネルギ付与部を規定する。その後、図９に示すように、半導体基板９の全体を燐酸−硝酸−酢酸から成る混合液中に浸漬させ、上記熱エネルギ付与部の上に形成された第二の配線層１５をウェットエッチングにより除去し、上記熱エネルギ付与部と規定された部位のみの発熱抵抗素子７を露出させる。このウェットエッチングにより第二の配線層１５を除去した部分が、インク室４内に位置する部分となる。
ここでは、上記熱エネルギ付与部の上に形成された第二の配線層１５をウェットエッチングにて除去するプロセスを用いた例を説明したが、本発明者等が特開２００２−３０７６９３号公報で提案しているように、ドライエッチング法を用いて上記熱エネルギ付与部上に形成された第二の配線層１５を除去してもよい。
【００４１】
次に、図９において流水洗浄をし、乾燥を施した後に、図１０において、上記第二の配線層１５の上層に、オーバーコート層としてＳｉ_３Ｎ_４層から成る絶縁保護層２５をＣＶＤ法で例えば３００〜４００ｎｍ堆積する。なお、この絶縁保護層２５は、例えばインク液に対するバリア層となる。
【００４２】
次に、この状態の半導体基板９を図示外の熱処理炉に搬送し、４％の水素を添加した窒素ガス（フォーミングガス）雰囲気あるいは１００％の窒素ガス雰囲気中で、例えば４００℃、６０分間の熱処理を施す。この熱処理により、ＭＯＳトランジスタの動作が安定化され、さらに第一の配線層１４と第二の配線層１５との金属埋込み層１７における接触も安定化し、そのコンタクト抵抗が低減する。
【００４３】
次に、上記熱処理された半導体基板９を、図１０において、直流マグネトロン・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し、キャビテーション層１８としてのＴａ膜（正方晶構造のβ−Ｔａ）を例えば２００ｎｍ堆積する。その後、フォトレジスト工程により所望の保護層パターンを規定し、ＢＣｌ_３／Ｃｌ_２ガスを用いたドライエッチングにより、所望形状のキャビテーション層１８に加工される。このキャビテーション層１８は、インク液滴の消泡時の機械的衝撃（キャビテーション）を吸収緩和すると共に、インク液成分による化学反応に対する保護層として機能し、発熱抵抗素子７を保護する被覆層となる。この状態で、図１に示す基板部材３が製造され、いわゆるヘッドチップと呼ばれるものとなる。
【００４４】
その後、図２に示すように、上記基板部材３の発熱抵抗素子７が形成された部位の側面に、有機材料からなる液室形成部材６を貼り付けてインク室４を形成し、この液室形成部材６を介してノズル部材２が接着される。このノズル部材２には、多数のインク吐出ノズル５が形成されており、上記インク室４の位置に合致されている。これにより、液体吐出ヘッドとしてのプリントヘッド１が製造される。
【００４５】
なお、上記金属埋込み層１７は、Ｗに限られず、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ又はＴａＮのいずれか一つの金属或いは複数の金属で成膜してもよい。その他、ＣＶＤ法或いは電界メッキ法により成膜できるものならば、他の金属を用いてもよい。また、上記発熱抵抗素子７を保護する被覆層として、ＴａＡｌから成るキャビテーション層１８を形成してもよい。また、上記発熱抵抗素子７の基板部材３への成膜は、スパッタリング法に限られず、ＣＶＤ法により成膜してもよい。
【００４６】
そして、このような製造方法により、プリントヘッド１の基板部材３を薄膜プロセス及びフォトリソグラフィ工程並びにエッチング処理などの半導体製造プロセスにより形成することで、発熱抵抗素子７に接続する第二の配線層１５と駆動回路素子１３に接続する第一の配線層１４とが直接接触することをなくし、発熱抵抗素子７に接続する第二の配線層１５に段差が形成されるのを回避することができる。これにより、第二の配線層１５の断線を抑制して、発熱抵抗素子７と駆動回路素子１３とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上する。また、同一半導体基板９上に高密度の発熱抵抗素子７及び駆動回路素子１３を形成することができる。
【００４７】
次に、本発明による液体吐出装置の一例としてのインクジェットプリンタの実施形態を、図１１及び図１２を参照して説明する。このインクジェットプリンタ３０は、図１及び図２に示すプリントヘッド１にて記録媒体の所定位置にインク滴を吐出して画像を形成するものであり、プリンタ本体部３１と、プリントヘッド１と、記録紙トレイ３２とを備えている。
【００４８】
上記プリンタ本体部３１は、装置本体部として記録媒体である記録紙に対して適正に印画を行わせるための記録紙搬送機構部や電気回路部を内部に納めたものであり、上面にはプリントヘッド１を収納する収納部３３が開口されており、その上端部には該収納部３３を開閉する上蓋３４が設けられている。また、プリンタ本体部３１の前面下部には、後述の記録紙トレイ３２を装着するためのトレイ挿入口３５が設けられている。なお、このトレイ挿入口３５は記録紙の排紙口も兼ねている。
【００４９】
上記プリンタ本体部３１の収納部３３には、前述のように構成されたプリントヘッド１が矢印Ｚのように収納されて、着脱可能な状態に保持されている。ここでは、一例として記録紙（例えばＡ４判）の一辺の幅にわたってノズル部材２が長尺に形成されたフルラインタイプのプリントヘッドを示している。また、上記プリンタ本体部３１のトレイ挿入口３５には、記録紙トレイ３２が着脱可能状態に装着されている。この記録紙トレイ３２は、記録紙を重ねて収納するものであり、その上面部にはプリンタ本体部３１から排紙される記録紙の排紙受け部３２ａが設けられている。
【００５０】
図１２は、上記プリンタ本体部３１の内部構造の具体的な一例を示す断面図で、（ａ）は印画停止状態を示し、（ｂ）は印画動作状態を示している。このプリンタ本体部３１は、図１２（ａ）に示すように、プリンタ本体部３１の下方部で、記録紙トレイ３２の挿入方向にてその側端部に対応する上方部位には、ローラーから成る給紙手段３６が設けられており、記録紙トレイ３２から記録紙３７が随時供給できるようになっている。また、記録紙３７の供給方向には、分離手段３８が設けられており、重ねて収納された記録紙３７を１枚ずつ分離して給紙できるようになっている。さらに、この分離手段３８で分離された記録紙３７の搬送方向でプリンタ本体部３１の上方部位には、記録紙３７の搬送方向を反転する反転ローラー３９が設けられている。
【００５１】
そして、この反転ローラー３９で反転された記録紙３７の搬送方向の先にはベルト搬送手段４０が設けられており、図１２（ａ）に示すように、印画停止状態においては、排紙方向の端部４０ａが矢印Ａ方向に下がって、プリントヘッド１の下面との間に大きなギャップを形成している。一方、図１２（ｂ）に示す印画動作状態においては、上記端部４０ａが矢印Ｂ方向に上昇して水平状態にされ、プリントヘッド１の下面との間に所定の小さなギャップの記録紙通路を形成するようにされている。
【００５２】
また、印画停止状態において、図１２（ａ）に示すように、プリントヘッド１の下面はヘッドキャップ４１で閉じられており、インク吐出ノズル１０のインクが乾燥して目詰まりするのを防いでいる。また、ヘッドキャップ４１には、クリーニング手段４２が設けられており、印画動作開始前に、ヘッドキャップ４１が所定の位置に退避する（図１２（ｂ）参照）動作に伴って、インク吐出ノズル５をクリーニングするようになっている。
【００５３】
次に、このように構成されたインクジェットプリンタ３０の動作について説明する。まず、図１１に示すプリンタ本体部３１の上面の上蓋３４を開いて、プリントヘッド１を収納部３３に矢印Ｚのように収納する。また、プリンタ本体部３１の前面下部に設けられたトレイ挿入口３５に記録紙トレイ３２を挿入する。このとき、図１２（ａ）に示すように、プリンタ本体部３１の内部は、ベルト搬送手段４０の端部４０ａが矢印Ａ方向に下がっており、プリントヘッド１の下面がヘッドキャップ４１で閉じられて印画停止状態となっている。
【００５４】
次に、印画開始の制御信号が入力されると、ヘッドキャップ４１が図１２（ａ）において矢印Ｃのように移動して所定の位置に退避する。このとき、ヘッドキャップ４１の退避動作に伴って、クリーニング手段４２がプリントヘッド１のノズル部材２の表面を摺動してインク吐出ノズル５（図１参照）をクリーニングする。
【００５５】
また、このヘッドキャップ４１が所定位置に退避すると、ベルト搬送手段４０の端部４０ａが図１２（ａ）において矢印Ｂ方向に上昇し、該ベルト搬送手段４０は、水平状態にてその搬送用ベルトと上記プリントヘッド１との間に所定の小さなギャップの記録紙通路を形成して停止する（図１２（ｂ）参照）。
【００５６】
そして、図１２（ｂ）に示す印画動作状態において、給紙手段３６が駆動し、記録紙トレイ３２内に重ねて収納された記録紙３７が矢印Ｄ方向に供給される。この際、分離手段３８によって記録紙３７は１枚ずつに分離されて矢印Ｅ方向に随時給紙される。
【００５７】
この給紙された記録紙３７は、反転ローラー３９により搬送方向が反転されて、ベルト搬送手段４０まで送られる。そして、該記録紙３７は、ベルト搬送手段４０によってプリントヘッド１の下方部まで運ばれて行く。
【００５８】
さらに、記録紙３７が、プリントヘッド１の下方部に達すると、印画信号が入力され、該印画信号に応じてプリントヘッド１の発熱抵抗素子７（図２参照）が駆動される。そして、一定速度で送られる記録紙３７に対して、４色のインクに対応するインク吐出ノズル５の列からインク液滴８が吐出され、記録紙３７上にカラーのプリント画像が形成される。
【００５９】
このようにして記録紙３７上への印画が総て終了すると、図１２（ｂ）に示すように、記録紙３７はプリントヘッド１の下方部から矢印Ｆ方向に搬送され、排紙口を兼ねたトレイ挿入口３５（図１１参照）から記録紙トレイ３２の排紙受け部３２ａに排紙される。そして、図１２（ａ）に示すように、ベルト搬送手段４０の端部４０ａが矢印Ａ方向に下がり、ヘッドキャップ４１がプリントヘッド１の下面を閉じて印画停止状態に復帰し、インクジェットプリンタ３０の動作が停止する。
【００６０】
なお、以上の説明においては、インクジェットプリンタに適用された例について述べたが、本発明はこれに限らず、液室（４）に収容された液体を液体吐出ノズル（５）から液滴として吐出するものであればどのようなものでもよい。例えば、記録方式がインクジェット方式のファクシミリ装置や複写機等の画像形成装置についても適用可能である。
【００６１】
また、液体吐出ノズル（５）から吐出される液体はインクに限られず、発熱抵抗素子７を駆動して所定の液体を吐出しドット列又はドットを形成するものであるならば、他の液体の吐出装置にも適用することができる。例えば、ＤＮＡ鑑定などにおいてＤＮＡ含有溶液をパレット上に吐出するための液体吐出装置にも適用することができる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１〜５に係る液体吐出ヘッドによれば、発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層との間に接続孔を形成して該接続孔内に金属を埋め込み、この金属埋込み層で上記二つの配線層を接続したことにより、上記発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層とが直接接触することをなくし、発熱抵抗素子に接続する配線層に段差が形成されるのを回避することができる。これにより、配線層の断線を抑制して、発熱抵抗素子と駆動回路素子とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上することができる。
【００６３】
また、請求項６〜１０に係る液体吐出装置によれば、装置本体部に着脱可能に保持される液体吐出ヘッドを、請求項１〜５に係る液体吐出ヘッドと同じ構成とすることにより、発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層とが直接接触することをなくし、発熱抵抗素子に接続する配線層に段差が形成されるのを回避することができる。これにより、液体吐出ヘッドの配線層の断線を抑制して、発熱抵抗素子と駆動回路素子とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上することができる。
【００６４】
また、請求項１１〜１５に係る液体吐出ヘッドの製造方法によれば、液体吐出ヘッドの基板部材を薄膜プロセス及びフォトリソグラフィ工程並びにエッチング処理などの半導体製造プロセスにより形成することで、発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層とが直接接触することをなくし、発熱抵抗素子に接続する配線層に段差が形成されるのを回避することができる。これにより、配線層の断線を抑制して、発熱抵抗素子と駆動回路素子とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上することができる。また、同一半導体基板上に高密度の発熱抵抗素子及び駆動回路素子を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液体吐出ヘッドの一例としてのインクジェット方式のプリントヘッドの実施の形態を示す要部拡大断面図である。
【図２】上記プリントヘッドの基板部材内の層構造を示す断面説明図である。
【図３】本発明による液体吐出ヘッドの製造方法を説明する工程図であり、一例としてのインクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図４】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図５】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図６】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図７】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図８】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図９】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図１０】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図１１】本発明による液体吐出装置の一例としてのインクジェットプリンタの実施形態を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示すインジェットプリンタの内部構成を示した断面図であり、（ａ）は印画停止状態を示し、（ｂ）は印画動作状態を示している。
【符号の説明】
１…プリントヘッド（液体吐出ヘッド）
２…ノズル部材
３…基板部材
４…インク室（液室）
５…インク吐出ノズル（液体吐出ノズル）
６…液室形成部材
７…発熱抵抗素子
８…インク液滴
９…半導体基板
１０…流路板
１１…インク流路
１２…インク供給管
１３…駆動回路素子
１４…第一の配線層
１５…第二の配線層
１６…接続孔
１７…金属埋込み層
１８…キャビテーション層
２０…ロジック集積回路
２１ａ…第一の層間絶縁膜
２１ｂ…第二の層間絶縁膜
３０…インクジェットプリンタ（液体吐出装置）
３１…プリンタ本体部
３２…記録紙トレイ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid ejection head, a liquid ejection device, and a method of manufacturing a liquid ejection head that drive a heating resistance element to eject a predetermined liquid from a liquid ejection nozzle to an object, and more particularly to a method of manufacturing a liquid ejection head. The present invention relates to a liquid discharge head, a liquid discharge device, and a method for manufacturing a liquid discharge head, which can improve the reliability of conduction of a wiring portion connecting to a circuit element.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventional liquid discharge heads of this type, for example, ink jet printheads, employ a method such as an electrostatic attraction method, a continuous vibration generation method (electromechanical conversion method), or a thermal method (electrothermal conversion method) to form small ink droplets. Is ejected from an ink ejection nozzle formed on a nozzle member and adheres to a recording medium to print a character or an image. In particular, the thermal type print head can easily form a color image, and thus has spread. In the thermal method, thermal energy is applied to an ink liquid to discharge droplets. The ink liquid that has been subjected to the thermal energy changes to a state involving a sudden increase in volume. The ink liquid is ejected from the ink ejection nozzle of the print head by the action force based on the change.
[0003]
In a print head that discharges such an ink liquid, a material such as Ta, TaNx, and TaAl is used as a heat-generating resistor element that generates thermal energy. Driving power is supplied to this heating resistor element by a MOS or bipolar drive transistor. This driving transistor is also controlled by a logic integrated circuit composed of a MOS or bipolar transistor. Then, in order to improve the image quality of printing, it is desired that the heating resistor elements be arranged at a high density. For example, in a print head whose printing density is equivalent to 600 DPI, it is necessary to arrange heating resistance elements at intervals of, for example, 42.333 μm. For this reason, it is a mainstream that the heating resistor, the driving transistor, and the logic integrated circuit are formed on the same semiconductor substrate.
[0004]
In the thermal type print head, a required driving electric pulse for discharging ink droplets to the heating resistor element is applied, and a heating portion for discharging the ink droplet has a Si on the heating resistor element. ₃ N ₄ A protective film composed of two layers, a layer and a tetragonal β-Ta layer, is formed. Si formed on the heating resistance element ₃ N ₄ The layer functions as an interlayer insulating film with an Al wiring layer connected to the heating resistance element, and the β-Ta layer absorbs and reduces mechanical shock (cavitation) at the time of defoaming of ink droplets, It functions as a protective layer against chemical reactions due to components.
[0005]
Si above ₃ N ₄ It is advantageous from the viewpoint of reliability that the thickness of both the layer and the β-Ta layer is large, but in this case, the thermal energy efficiency required for ink ejection is reduced. Therefore, the thickness of the SiN layer is generally set to, for example, 0.15 to 0.6 μm, and the thickness of the Ta layer is generally set to, for example, about 0.2 μm. In particular, since the SiN layer is an insulating film, its thermal conductivity is lower than that of the Ta layer which is a metal layer. To improve the thermal efficiency, it is desired to make the SiN layer thinner, but this is a trade-off with reliability. Therefore, it has been proposed to reduce the thickness of an Al wiring layer connected to the heating resistor element to reduce the thickness of the SiN layer (for example, see Patent Document 1). For example, by setting the thickness of the Al wiring layer to 0.18 to 0.24 μm, the thickness of the SiN layer is set to 0.26 to 0.34 μm.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-130003 A (pages 14 to 15, FIG. 13)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described in Patent Literature 1, when the Al wiring layer connected to the heating resistance element is made thin, the parasitic resistance increases due to the increase in the wiring resistance, and the thermal energy efficiency to be consumed by the heating resistance element is increased. Deteriorates. In addition, it is necessary to supply a current of, for example, 70 to 160 mA to the Al wiring layer connected to the heating resistance element in order to generate thermal energy for ink ejection. This is an extremely large current value as compared with a normal semiconductor integrated circuit. The above-mentioned Al wiring layer having a thickness of 0.18 to 0.24 μm has a large load, and the Al wiring layer is disconnected. There is a fear. Therefore, the reliability of conduction in the connection hole decreases.
[0008]
On the other hand, in order to reinforce the life of the Al wiring layer, a method of adding Si or Cu to Al and reinforcing the Al crystal grain boundary, which is a starting point of disconnection of the Al wiring layer, with Si or Cu. is there. However, in a print head manufacturing process in which an Al wiring layer is removed only on a heating resistor element using a chemical solution that dissolves Al and a heating portion for ink ejection is formed, Si or Cu added to Al becomes a residue as a heating resistor element. There is a problem that remains on.
[0009]
Even if an Al wiring layer to which Si or Cu is added is adopted in a state where the problem that the residue remains is solved, an Al wiring layer connected to the heating resistor element and an Al wiring layer connected to the driving transistor are used. Means that the connection is made via a connection hole (via hole). In this connection hole, a step is inevitably formed in the Al wiring layer connected to the heating resistance element, and current concentration occurs in this step, There is a possibility that the Al wiring layer connected to the heating resistor element is disconnected.
[0010]
To cope with this, Patent Literature 1 describes that the side wall of the connection hole is tapered to reduce the step, but even if the side wall of the connection hole is tapered, the step portion is formed. However, the disconnection of the Al wiring layer connected to the heating resistance element cannot be basically avoided at the step. Further, the connection hole (via hole) has a large diameter of 10 to 15 μm, but even if the diameter is increased, disconnection of the Al wiring layer at the step portion cannot be avoided. Therefore, the reliability of conduction at the connection hole cannot be improved.
[0011]
In view of the above, the present invention addresses such a problem, and can improve the reliability of conduction of a wiring portion connecting a heating resistor element and a drive circuit element, a liquid ejection head, a liquid ejection apparatus, and a liquid ejection head. It is an object of the present invention to provide a method for producing the same.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a liquid discharge head according to the present invention includes a liquid chamber containing a predetermined liquid to be discharged, and a heating resistance element arranged in the liquid chamber and for generating bubbles in the liquid. A liquid discharge nozzle for discharging liquid in the liquid chamber along with generation of the liquid bubble by the heating resistance element, and the heating resistance element formed, and a drive electric signal is applied to the heating resistance element; A substrate member on which a drive circuit element is formed, a liquid discharge head for applying a drive electric signal to the heating resistor element to apply heat energy to the liquid and discharge the liquid from the liquid discharge nozzle, A connection hole is formed between a wiring layer connected to the heating resistance element and a wiring layer connected to the driving circuit element at a portion of the board member where the heating resistance element and the driving circuit element are connected in a multilayer wiring structure. Embedding a metal into the connection hole Te, in the metal buried layer is obtained by connecting the two wiring layers.
[0013]
With such a configuration, a connection hole is formed between the wiring layer connected to the heating resistor element and the wiring layer connected to the drive circuit element, and a metal is buried in the connection hole. By connecting the wiring layers, the wiring layer connected to the heating resistance element and the wiring layer connected to the drive circuit element are prevented from directly contacting each other, and a step is formed in the wiring layer connected to the heating resistance element. Work around. Accordingly, disconnection of the wiring layer is suppressed, and the reliability of conduction at a wiring portion connecting the heating resistor element and the drive circuit element is improved.
[0014]
Further, the liquid discharge apparatus according to the present invention holds a liquid discharge head in a detachable state on the apparatus main body, discharges a predetermined liquid from each liquid discharge nozzle formed on the liquid discharge head, and forms a dot row or a dot. A liquid chamber containing a predetermined liquid to be discharged, and a heating resistance element arranged in the liquid chamber and configured to generate bubbles in the liquid. A liquid discharge nozzle for discharging liquid in the liquid chamber along with generation of the liquid bubble by the heating resistance element, and the heating resistance element formed, and a drive electric signal is applied to the heating resistance element; A wiring member connected to the heating resistance element at a portion of the substrate member connecting the heating resistance element and the driving circuit element in a multi-layer wiring structure; Forming a connection hole between the wiring layer connected to the child embed metal into the connection hole, in the metal buried layer is obtained by connecting the two wiring layers.
[0015]
With such a configuration, the liquid discharge head detachably held on the apparatus main body has the same configuration as the liquid discharge head by the above-described means, so that the wiring layer connected to the heating resistance element and the drive circuit element are connected. To avoid direct contact with the wiring layer to be formed, thereby avoiding the formation of a step in the wiring layer connected to the heating resistance element. Thus, disconnection of the wiring layer of the liquid ejection head is suppressed, and the reliability of conduction at the wiring portion connecting the heating resistor element and the drive circuit element is improved.
[0016]
Further, in the method of manufacturing a liquid discharge head according to the present invention, a step of forming a drive circuit element on one surface of a semiconductor substrate; a step of forming a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate; Forming a first wiring layer connected to the drive circuit element thereon, and forming a second interlayer insulating film on the first wiring layer, and then forming the second interlayer insulating film within the thickness of the second interlayer insulating film. Forming a connection hole for connecting to the first wiring layer, burying a metal in the connection hole to form a metal buried layer, and forming a heating resistance element on the second interlayer insulating film A step of forming a second wiring layer connecting the heating resistor element and the metal buried layer, and a step of performing a heat treatment on the semiconductor substrate on which the first and second wiring layers are formed, A liquid discharge nozzle is provided for the heat-treated substrate member. A step of constituting a liquid chamber having a wall surface, and performs.
[0017]
By forming the substrate member of the liquid discharge head by a semiconductor manufacturing process such as a thin film process, a photolithography process, and an etching process by such a method, a wiring layer connected to the heating resistor element and a wiring layer connected to the drive circuit element Is prevented from directly contacting with each other, thereby preventing a step from being formed in a wiring layer connected to the heating resistance element. Accordingly, disconnection of the wiring layer is suppressed, and the reliability of conduction at a wiring portion connecting the heating resistor element and the drive circuit element is improved. Further, a high-density heating resistor element and a driving circuit element can be formed on the same semiconductor substrate.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an enlarged sectional view of a main part showing an embodiment of a liquid discharge head according to the present invention. This liquid discharge head drives a heating resistance element to discharge a predetermined liquid from a liquid discharge nozzle to an object. As an example, a thermal method (electric heat conversion method) is used to discharge a small droplet of an ink liquid. This is an ink jet type print head that prints characters and images by discharging ink from an ink discharge nozzle formed on a nozzle member and attaching it to a recording medium.
[0019]
In FIG. 1, an ink jet print head 1 includes a nozzle member 2 and a substrate member 3. The nozzle member 2 forms one side surface of an ink chamber 4 as a liquid chamber that stores a predetermined liquid (ink liquid) to be discharged, and is used for ink of each color of yellow Y, magenta M, cyan C, and black K. Many liquid ejection nozzles, that is, ink ejection nozzles 5 are formed. The nozzle member 2 is formed of, for example, a sheet member having a thickness of about 15 to 20 μm, and is formed at a predetermined position thereof in a state where several hundred ink ejection nozzles 5 having a diameter of about 20 μm are aligned.
[0020]
The substrate member 3 is adhered to one surface of the nozzle member 2 via a liquid chamber forming member 6 described later. The substrate member 3 constitutes a side surface different from one side surface of the ink chamber 4, and a heating resistor element for generating a bubble in the ink liquid in order to discharge the ink liquid in the ink chamber 4 from the ink discharge nozzle 5. 7, a driving circuit element (see reference numeral 13 in FIG. 2) for applying a driving electric signal (driving electric pulse) to the heating resistance element 7 is formed, and is called a so-called head chip.
[0021]
The heating resistance element 7 generates heat by applying a driving electric pulse to apply heat energy to the ink liquid contained in the ink chamber 4 to discharge the ink droplets 8 from the ink discharge nozzles 5. It is deposited on one surface of a semiconductor substrate 9 made of Si). The heating resistance element 7 is made of a material such as Ta, TaNx, or TaAl, for example, has a square shape with a side of about 18 μm, or a two-piece shape of a division resistance element having a length of about 20 μm and a width of 9.6 μm. Has made.
[0022]
The liquid chamber forming member 6 laminated between the nozzle member 2 and the semiconductor substrate 9 has one end surface disposed close to the heating resistor element 7, and the surface of the nozzle member 2 and the surface of the semiconductor substrate 9. A space surrounded by the one end surface of the liquid chamber forming member 6 is an ink chamber 4. The liquid chamber forming member 6 is made of, for example, an exposure-curable dry film resist. After being laminated on the entire surface of the semiconductor substrate 9 on which the heat generating resistance elements 7 are formed, unnecessary portions are removed by a photolithography process. It is formed by. Note that the thickness of the liquid chamber forming member 6 is about 12 μm. The width of the ink chamber 4 is about 25 μm.
[0023]
The flow path plate 10 is bonded to the nozzle member 2. Inside the thickness of the flow path plate 10, an ink flow path 11 for supplying an ink liquid to the ink chamber 4 is formed. In addition, an ink supply pipe 12 communicating with the ink flow path 11 is connected to the flow path plate 10. One channel plate 10 is provided for each color ink, and four channel plates 10 are provided in parallel for four colors of Y, M, C, and K.
[0024]
In such a state, the heating resistance element 7 and the drive circuit element 13 formed on the substrate member 3 and an external control unit (not shown) are electrically connected to each other by a flexible substrate (not shown) and drive-controlled. You. Then, the heating resistance element 7 is driven by applying a drive electric pulse to apply heat energy to the ink liquid to discharge the ink droplet 8 from the ink discharge nozzle 5.
[0025]
Here, in the present invention, as shown in FIG. 2 (FIG. 2 is upside down from FIG. 1), the heating resistance element 7 and the drive circuit element 13 of the substrate member 3 are connected in a multilayer wiring structure. A connection hole is formed between a wiring layer connected to the heating resistor element 7 and a wiring layer connected to the drive circuit element 13 at a portion where the connection is made, and a metal is buried in the connection hole. The two wiring layers are connected. That is, in the substrate member 3, the connection holes 16, between the first wiring layer 14 of Al connected to the drive circuit element 13 and the second wiring layer 15 of Al connected to the heating resistance element 7. 16 are formed, and a metal is buried in the connection holes 16. The first and second wiring layers 14 and 15 are connected by the metal buried layers 17 and 17. The metal buried layer 17 is made of one or more of tungsten (W), copper (Cu), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tantalum (Ta), and tantalum nitride (TaN). Consists of In addition, other metals may be used as long as they can be formed by chemical vapor deposition (CVD) or electroplating.
[0026]
Further, a cavitation layer 18 made of tantalum (Ta) or tantalum aluminum (TaAl) is formed as a coating layer for protecting the heating resistor element 7. The reason why TaAl is formed as a coating layer for protecting the heating resistance element 7 is that TaAl, in which Al exists at the crystal grain boundary of tetragonal structure β-Ta, is caused by mechanical shock (cavitation) at the time of defoaming of ink droplets. This is because it functions as a protective layer against chemical reactions due to the ink liquid components while absorbing and relaxing the absorption.
[0027]
Further, the heating resistance element 7 is formed on the substrate member 3 by a sputtering method. Alternatively, the film may be formed by a chemical vapor deposition method (CVD method).
[0028]
With such a configuration, a metal is buried in the connection hole 16 formed between the two wiring layers 14 and 15, and the first and second wiring layers 14 and 15 are connected by the metal buried layer 17. The wiring layer connected to the heating resistor element 7 and the wiring layer connected to the drive circuit element 13 do not come into direct contact with each other in the via hole as in the related art, and a step is formed in the wiring layer connected to the heating resistor element 7. Can be avoided. Accordingly, disconnection of the wiring layers 14 and 15 can be suppressed, and the reliability of conduction at a wiring portion connecting the heating resistance element 7 and the drive circuit element 13 can be improved.
[0029]
Next, a method for manufacturing the liquid discharge head configured as described above, for example, the print head 1, will be described with reference to FIGS. First, in FIG. 3, a semiconductor substrate 9 (Si substrate) is subjected to a cleaning process, a silicon nitride film is deposited on the semiconductor substrate 9, a lithography process is performed, and a reactive ion etching process is performed, thereby forming a region on which a transistor is to be formed. To Si ₃ N ₄ Allow the film to remain. Then, a thermal oxidation process is performed to ₃ N ₄ A thermal silicon oxide film 19 serving as an element isolation region (LOCOS: Local Oxidation of Silicon) for isolating a transistor is formed in a region where the film is removed, for example, to a thickness of 500 nm. Thereafter, the thermal silicon oxide film 19 is etched, and the final film thickness becomes, for example, 260 nm.
[0030]
Next, a cleaning process is performed again, a gate having a tungsten silicide / polysilicon / thermal oxide film structure is formed in the transistor formation region, an ion implantation process for forming source / drain regions, and a heat treatment process are performed. -Oxide-semiconductor) transistor is formed. Through these steps, a drive circuit element 13 composed of a MOS type drive transistor having a withstand voltage of about 25 V and a logic integrated circuit 20 composed of a 5 V operation MOS transistor are formed. In the formation of the MOS drive transistor having a withstand voltage of about 25 V, a withstand voltage is ensured by forming a low-concentration diffusion layer between the gate and the drain and relaxing the electric field of electrons accelerated at that portion. Alternatively, by forming a thermal silicon oxide film between the gate and the drain, the electric field of the accelerated electrons can be reduced.
[0031]
Next, a PSG film, which is a silicon oxide film to which phosphorus has been added, is deposited to a thickness of, for example, 100 nm by a CVD method, and a BPSG film, which is a silicon oxide film to which boron and phosphorus have been added, has a thickness of, for example, 500 nm. Thus, a first interlayer insulating film 21a of a first layer having a thickness of 600 nm is formed. Thereafter, a photolithography process is performed on the first interlayer insulating film 21a, ₄ F ₈ / CO / O ₂ A contact hole 22 is opened on the silicon semiconductor diffusion layer (source / drain) by using a reactive ion etching method using a / Ar-based gas.
[0032]
Next, after performing dilute hydrofluoric acid cleaning in FIG. 3, in FIG. 4, a Ti contact metal for reducing contact resistance with the source / drain diffusion layers is, for example, 30 nm, a TiON barrier metal is 70 nm, and a sputtering method. Further, Ti is sequentially deposited in a thickness of 30 nm, and Al on which 1 atom% of Si is added (or Al where 0.5 atom% of Cu is added) is deposited thereon in a thickness of 500 nm. On top of that, 10 nm of Ti is deposited, and on top of that, TiON, for example, of 25 nm is deposited as an antireflection film of the Al layer. Thereafter, a photolithography step and a dry etching step mainly using a chlorine-based gas are performed to form a first first wiring layer 14 (from the upper layer, a TiON antireflection film / Ti / Al-1% Si / Ti / TiON). Barrier metal / Ti contact metal structure).
[0033]
Next, TEOS (tetraethoxysilane: Si (OC) is formed on the first wiring layer 14 by CVD. ₂ H ₅ ) ₄ ) Is used as a source gas to deposit a silicon oxide film. A coating type silicon oxide film containing an organic solvent called SOG (Spin on Glass) is applied on the upper layer. This laminated film is planarized by etching back the entire surface using a fluorine-based gas. By repeating this step twice, a silicon oxide film (SiO ₂ ) Is formed as the second interlayer insulating film 21b of the second layer.
[0034]
Thereafter, a photoresist process is performed on the second interlayer insulating film 21b to define a portion serving as a connection hole (via hole) 16 region for connection to the heating resistor 7 and the second wiring layer 15 shown in FIG. , CHF ₃ / CF ₄ The second interlayer insulating film 21b is etched by a dry etching method using a / Ar-based gas. In this step, for example, about 10 to 15 connection holes 16 having a diameter of 0.5 to 1.0 μm are opened.
[0035]
Next, in FIG. 4, after ashing and cleaning steps for removing the resist, as shown in FIG. 5, 20 nm of Ti contact metal is deposited by sputtering to reduce the contact resistance with Al. A TiN barrier metal having good adhesion to the substrate is deposited to a thickness of 50 nm to form an adhesive layer 23 (TiN / Ti structure from the upper layer).
[0036]
Next, in FIG. 6, the entire semiconductor substrate 9 is mounted on a CVD apparatus, the heating temperature of the semiconductor substrate 9 is set to about 400 to 450 ° C., and WF is used as a reaction gas. ₆ , SiH ₄ , H ₂ Is used to form a tungsten (W) film 24 as a metal film by a CVD method. At this time, first, WF ₆ Gas is SiH ₄ A W film serving as a nucleus for growing W on the TiN barrier metal is formed by reducing with a gas. Next, WF ₆ H gas ₂ The W film 24 is reduced to a thickness of 0.5 to 1.0 μm so that the inside of the connection hole 16 having a diameter of 0.5 to 1.0 μm is completely filled with W. As a result, W is embedded in the connection hole 16.
[0037]
Next, in FIG. 6, W, TiN, and Ti formed on the second interlayer insulating film 21b other than those embedded in the connection holes 16 are etched back or CMP (chemical mechanical polishing). Remove. At this time, the etch back method is SF ₆ W is removed by etching with a fluorine-based gas such as ₂ TiN and Ti are removed by etching with a chlorine-based gas such as. In the CMP method, W, TiN, and Ti other than those embedded in the connection holes 16 are removed using an abrasive having an action of oxidizing and dissolving W, TiN, and Ti. Through this step, W is left only in the connection hole 16 as shown in FIG. 7, and the metal buried layer 17 is formed in the connection hole 16.
[0038]
Next, after the cleaning step in FIG. 7, the entire semiconductor substrate 9 is mounted on a sputtering apparatus in FIG. 8, and Ta, TaNx, TaAl, or the like is formed as the heating resistor element 7 by a sputtering method. Next, a photoresist as a photosensitive resin is applied on the entire surface of the semiconductor substrate 9. Then, using a mask on which a desired shape is drawn, a desired wiring pattern is drawn on the photoresist by an exposure apparatus. In this exposure step, the portions exposed to the ultraviolet rays are melted by the developer. Thereafter, the semiconductor substrate 9 is mounted on a dry etching apparatus, and the BCl ₃ / Cl ₂ An element material such as Ta, TaNx, or TaAl is processed into a desired shape by a dry etching method using plasma of a system gas, and the heat generating resistance element 7 is formed.
[0039]
Next, in FIG. 8, the entire semiconductor substrate 9 is transported to a sputter deposition chamber in a sputtering apparatus, and an Al layer is deposited to a thickness of, for example, 0.3 to 0.6 μm using an Al target. Then, a photoresist as a photosensitive resin is applied on the entire surface of the semiconductor substrate 9 and a desired wiring pattern is drawn on the photoresist by an exposure apparatus using a mask on which a desired shape is drawn. Thereafter, the semiconductor substrate 9 is mounted on the dry etching apparatus again, and the BCl ₃ / Cl ₂ The Al layer is processed into a desired wiring pattern shape by a dry etching method using system gas plasma. Through these steps, the second wiring layer 15 of the second layer is formed.
[0040]
Next, in FIG. 8, a photolithography process using a mask is performed on the second wiring layer 15 formed as described above, and a heat energy applying unit for discharging the ink liquid is defined. Thereafter, as shown in FIG. 9, the entire semiconductor substrate 9 is immersed in a mixed solution of phosphoric acid, nitric acid, and acetic acid, and the second wiring layer 15 formed on the heat energy applying portion is wet-etched. The heat resistive element 7 is exposed only at a portion defined as the above-mentioned heat energy applying portion. The portion from which the second wiring layer 15 has been removed by the wet etching is a portion located in the ink chamber 4.
Here, an example is described in which a process of removing the second wiring layer 15 formed on the thermal energy applying section by wet etching is used. However, the present inventors disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-307693. As proposed, the second wiring layer 15 formed on the thermal energy applying section may be removed by a dry etching method.
[0041]
Next, after washing with running water in FIG. 9 and drying, a Si layer as an overcoat layer is formed on the second wiring layer 15 in FIG. ₃ N ₄ An insulating protective layer 25 made of a layer is deposited by, for example, 300 to 400 nm by a CVD method. The insulating protective layer 25 becomes, for example, a barrier layer for the ink liquid.
[0042]
Next, the semiconductor substrate 9 in this state is conveyed to a heat treatment furnace (not shown), and in a nitrogen gas (forming gas) atmosphere containing 4% hydrogen or a 100% nitrogen gas atmosphere, for example, at 400 ° C. for 60 minutes. Heat treatment is performed. This heat treatment stabilizes the operation of the MOS transistor, further stabilizes the contact between the first wiring layer 14 and the second wiring layer 15 in the metal buried layer 17, and reduces the contact resistance.
[0043]
Next, the heat-treated semiconductor substrate 9 is mounted on a sputter deposition chamber in a DC magnetron sputtering apparatus in FIG. 10, and a Ta film (tetragonal β-Ta) as the cavitation layer 18 is, for example, 200 nm. accumulate. Thereafter, a desired protective layer pattern is defined by a photoresist process, and BCl ₃ / Cl ₂ The cavitation layer 18 having a desired shape is processed by dry etching using a gas. The cavitation layer 18 absorbs and alleviates mechanical shock (cavitation) at the time of defoaming of the ink droplets, functions as a protective layer against a chemical reaction due to the ink liquid component, and serves as a coating layer for protecting the heat generating resistance element 7. . In this state, the substrate member 3 shown in FIG. 1 is manufactured, and becomes a so-called head chip.
[0044]
Thereafter, as shown in FIG. 2, a liquid chamber forming member 6 made of an organic material is adhered to the side surface of the substrate member 3 where the heat generating resistance element 7 is formed to form an ink chamber 4. The nozzle member 2 is bonded via the forming member 6. A large number of ink ejection nozzles 5 are formed in the nozzle member 2, and match the positions of the ink chambers 4. Thereby, the print head 1 as a liquid discharge head is manufactured.
[0045]
The metal buried layer 17 is not limited to W, and may be formed of one or more of Cu, Ti, TiN, Ta, and TaN. In addition, other metals may be used as long as they can be formed by a CVD method or an electrolytic plating method. Further, a cavitation layer 18 made of TaAl may be formed as a coating layer for protecting the heating resistance element 7. Further, the film formation of the heating resistance element 7 on the substrate member 3 is not limited to the sputtering method, and may be formed by a CVD method.
[0046]
Then, the substrate member 3 of the print head 1 is formed by a semiconductor manufacturing process such as a thin film process, a photolithography process, and an etching process by such a manufacturing method, so that the second wiring layer 15 connected to the heating resistor 7 is formed. And the first wiring layer 14 connected to the drive circuit element 13 can be prevented from directly contacting with each other, and the formation of a step in the second wiring layer 15 connected to the heating resistor element 7 can be avoided. Thereby, disconnection of the second wiring layer 15 is suppressed, and the reliability of conduction at a wiring portion connecting the heating resistance element 7 and the drive circuit element 13 is improved. Further, the high-density heating resistor element 7 and the driving circuit element 13 can be formed on the same semiconductor substrate 9.
[0047]
Next, an embodiment of an ink jet printer as an example of a liquid ejection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. The ink jet printer 30 forms an image by ejecting ink droplets to a predetermined position on a recording medium with the print head 1 shown in FIGS. And a paper tray 32.
[0048]
The printer main body 31 contains a recording paper transport mechanism and an electric circuit part for appropriately printing on a recording paper as a recording medium as an apparatus main body. A storage section 33 for storing the head 1 is opened, and an upper lid 34 for opening and closing the storage section 33 is provided at an upper end thereof. Further, a tray insertion port 35 for mounting a recording paper tray 32 described later is provided in a lower part of the front surface of the printer main body 31. The tray insertion port 35 also serves as a recording sheet discharge port.
[0049]
The print head 1 configured as described above is stored in the storage section 33 of the printer main body 31 as shown by the arrow Z, and is held in a detachable state. Here, as an example, a full line type print head in which the nozzle member 2 is formed to be long over the width of one side of recording paper (for example, A4 size) is shown. A recording paper tray 32 is detachably mounted on the tray insertion port 35 of the printer main body 31. The recording paper tray 32 stores recording paper in a pile, and has an upper surface portion provided with a paper discharge receiving portion 32a for recording paper discharged from the printer main body 31.
[0050]
12A and 12B are cross-sectional views showing a specific example of the internal structure of the printer main body 31. FIG. 12A shows a print stop state, and FIG. 12B shows a print operation state. As shown in FIG. 12A, the printer main body 31 is formed of a roller at a lower portion of the printer main body 31 and at an upper portion corresponding to a side end of the recording paper tray 32 in the insertion direction. A paper feed unit 36 is provided so that recording paper 37 can be supplied from the recording paper tray 32 at any time. Separating means 38 is provided in the supply direction of the recording paper 37, so that the recording papers 37 stacked and stored can be separated and fed one by one. Further, a reversing roller 39 for reversing the conveying direction of the recording paper 37 is provided above the printer main body 31 in the conveying direction of the recording paper 37 separated by the separating means 38.
[0051]
A belt conveying means 40 is provided at the end of the recording paper 37 inverted by the reversing roller 39 in the conveying direction. As shown in FIG. The end portion 40a is lowered in the direction of arrow A to form a large gap with the lower surface of the print head 1. On the other hand, in the printing operation state shown in FIG. 12B, the end portion 40a is raised in the direction of arrow B to be in a horizontal state, and a recording paper path with a predetermined small gap is formed between the end portion 40a and the lower surface of the print head 1. To be formed.
[0052]
In the printing stop state, as shown in FIG. 12A, the lower surface of the print head 1 is closed by a head cap 41, thereby preventing the ink of the ink discharge nozzles 10 from drying and clogging. . The head cap 41 is provided with a cleaning means 42, and the head cap 41 is retracted to a predetermined position before the printing operation starts (see FIG. 12B). Cleaning.
[0053]
Next, the operation of the inkjet printer 30 configured as described above will be described. First, the upper cover 34 of the upper surface of the printer main unit 31 shown in FIG. 11 is opened, and the print head 1 is stored in the storage unit 33 as shown by the arrow Z. Further, the recording paper tray 32 is inserted into a tray insertion opening 35 provided at a lower part of the front surface of the printer main body 31. At this time, as shown in FIG. 12A, inside the printer main body 31, the end 40 a of the belt conveying means 40 is lowered in the direction of arrow A, and the lower surface of the print head 1 is closed by the head cap 41. The printing is stopped.
[0054]
Next, when a print start control signal is input, the head cap 41 moves as shown by arrow C in FIG. 12A and retracts to a predetermined position. At this time, with the retreat operation of the head cap 41, the cleaning means 42 slides on the surface of the nozzle member 2 of the print head 1 to clean the ink discharge nozzles 5 (see FIG. 1).
[0055]
When the head cap 41 retreats to a predetermined position, the end portion 40a of the belt conveying means 40 rises in the direction of arrow B in FIG. 12 (a), and the belt conveying means 40 A recording paper path having a predetermined small gap is formed between the print head 1 and the print head 1 and stops (see FIG. 12B).
[0056]
Then, in the printing operation state shown in FIG. 12B, the paper feeding means 36 is driven, and the recording paper 37 stacked and stored in the recording paper tray 32 is supplied in the direction of arrow D. At this time, the recording paper 37 is separated one by one by the separating means 38 and fed at any time in the direction of arrow E.
[0057]
The transport direction of the fed recording paper 37 is reversed by the reversing roller 39, and the recording paper 37 is sent to the belt transport unit 40. Then, the recording paper 37 is carried to a lower portion of the print head 1 by the belt carrying means 40.
[0058]
Further, when the recording paper 37 reaches the lower portion of the print head 1, a print signal is input, and the heating resistor element 7 (see FIG. 2) of the print head 1 is driven according to the print signal. Then, the ink droplets 8 are ejected from the row of the ink ejection nozzles 5 corresponding to the four color inks to the recording paper 37 fed at a constant speed, and a color print image is formed on the recording paper 37.
[0059]
When printing on the recording paper 37 is completed in this way, as shown in FIG. 12B, the recording paper 37 is conveyed from the lower part of the print head 1 in the direction of arrow F, and also serves as a discharge port. The paper is discharged from the tray insertion port 35 (see FIG. 11) to the paper discharge receiving portion 32a of the recording paper tray 32. Then, as shown in FIG. 12A, the end portion 40a of the belt conveying means 40 is lowered in the direction of arrow A, the head cap 41 closes the lower surface of the print head 1 and returns to the printing stopped state, Operation stops.
[0060]
In the above description, the example applied to the ink jet printer has been described. However, the present invention is not limited to this, and the liquid stored in the liquid chamber (4) is discharged from the liquid discharge nozzle (5) as droplets. Anything that does is acceptable. For example, the present invention is also applicable to an image forming apparatus such as a facsimile apparatus or a copying machine of which the recording method is an ink jet method.
[0061]
Further, the liquid discharged from the liquid discharge nozzle (5) is not limited to ink. If the heating resistor element 7 is driven to discharge a predetermined liquid to form a dot row or a dot, another liquid may be used. The present invention can also be applied to a discharge device. For example, the present invention can also be applied to a liquid ejection device for ejecting a DNA-containing solution onto a pallet in a DNA test or the like.
[0062]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, according to the liquid discharge head according to claims 1 to 5, a connection hole is formed between a wiring layer connected to the heating resistor element and a wiring layer connected to the drive circuit element. Forming and embedding a metal in the connection hole, and connecting the two wiring layers with the metal embedding layer allows direct contact between the wiring layer connected to the heating resistor element and the wiring layer connected to the drive circuit element. Therefore, it is possible to avoid the formation of a step in the wiring layer connected to the heating resistance element. Thus, disconnection of the wiring layer can be suppressed, and the reliability of continuity of the wiring portion connecting the heating resistor element and the drive circuit element can be improved.
[0063]
Further, according to the liquid discharge device according to the sixth to tenth aspects, the liquid discharge head detachably held on the apparatus main body has the same configuration as the liquid discharge head according to the first to fifth aspects, thereby generating heat. The wiring layer connected to the resistance element and the wiring layer connected to the drive circuit element do not come into direct contact with each other, and the formation of a step in the wiring layer connected to the heating resistance element can be avoided. Accordingly, disconnection of the wiring layer of the liquid ejection head can be suppressed, and the reliability of conduction at the wiring portion connecting the heating resistor element and the drive circuit element can be improved.
[0064]
According to the method of manufacturing a liquid discharge head according to claims 11 to 15, the substrate member of the liquid discharge head is formed by a semiconductor manufacturing process such as a thin film process, a photolithography process, and an etching process, so that the heating resistor element can be formed. This eliminates direct contact between the wiring layer to be connected and the wiring layer to be connected to the drive circuit element, and can prevent a step from being formed in the wiring layer to be connected to the heating resistance element. Thus, disconnection of the wiring layer can be suppressed, and the reliability of continuity of the wiring portion connecting the heating resistor element and the drive circuit element can be improved. Further, a high-density heating resistor element and a driving circuit element can be formed on the same semiconductor substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged sectional view of a main part showing an embodiment of an ink jet print head as an example of a liquid discharge head according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory sectional view showing a layer structure in a substrate member of the print head.
FIG. 3 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a liquid discharge head according to the present invention, and is an explanatory diagram illustrating a process for manufacturing an example of an inkjet printhead by a semiconductor manufacturing process.
FIG. 4 is an explanatory view showing steps of manufacturing a print head of an ink jet system by a semiconductor manufacturing process.
FIG. 5 is an explanatory view showing steps of manufacturing a print head of an ink jet system by a semiconductor manufacturing process.
FIG. 6 is an explanatory view showing a step of similarly manufacturing a print head of an ink jet system by a semiconductor manufacturing process.
FIG. 7 is an explanatory view showing a step of similarly manufacturing a print head of an ink jet system by a semiconductor manufacturing process.
FIG. 8 is an explanatory view showing a step of similarly manufacturing a print head of an ink jet system by a semiconductor manufacturing process.
FIG. 9 is an explanatory view showing a step of similarly manufacturing a print head of an ink jet system by a semiconductor manufacturing process.
FIG. 10 is an explanatory view showing a step of similarly manufacturing a print head of an ink jet system by a semiconductor manufacturing process.
FIG. 11 is a perspective view showing an embodiment of an ink jet printer as an example of a liquid ejection device according to the present invention.
FIGS. 12A and 12B are cross-sectional views showing the internal configuration of the ink jet printer shown in FIG. 11, wherein FIG. 12A shows a printing stopped state, and FIG. 12B shows a printing operation state.
[Explanation of symbols]
1. Print head (liquid ejection head)
2. Nozzle member
3 ... substrate member
4: Ink chamber (liquid chamber)
5. Ink ejection nozzle (liquid ejection nozzle)
6. Liquid chamber forming member
7. Heating resistance element
8 Ink droplets
9 ... Semiconductor substrate
10 ... channel plate
11. Ink flow path
12 ... Ink supply pipe
13 ... Drive circuit element
14 first wiring layer
15: Second wiring layer
16 Connection holes
17 ... Metal buried layer
18. Cavitation layer
20 Logic integrated circuit
21a: First interlayer insulating film
21b ... second interlayer insulating film
30 ... Inkjet printer (liquid ejection device)
31 ... Printer body
32 ... Recording paper tray

Claims

A liquid chamber containing a predetermined liquid to be discharged,
A heating resistor element arranged in the liquid chamber and for generating bubbles in the liquid,
A liquid discharge nozzle for discharging the liquid in the liquid chamber with the generation of the liquid bubbles by the heating resistance element,
A substrate member on which the driving circuit element for applying the driving electric signal to the heating resistor element is formed while the heating resistor element is formed;
A liquid ejection head that applies a drive electric signal to the heating resistance element, applies heat energy to the liquid, and ejects the liquid from the liquid ejection nozzle.
A connection hole is formed between a wiring layer connected to the heating resistance element and a wiring layer connected to the driving circuit element at a portion of the substrate member connecting the heating resistance element and the driving circuit element in a multilayer wiring structure. A liquid discharge head, wherein a metal is buried in the connection hole, and the two wiring layers are connected by the metal buried layer.

The metal buried layer is made of one or more of tungsten (W), copper (Cu), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tantalum (Ta) or tantalum nitride (TaN). The liquid discharge head according to claim 1, wherein:

2. The liquid discharge head according to claim 1, wherein the heating resistance element is formed by sputtering a substrate member.

2. The liquid discharge head according to claim 1, wherein the heating resistance element is formed on a substrate member by a chemical vapor deposition method.

2. The liquid discharge head according to claim 1, wherein a cavitation layer made of tantalum (Ta) or tantalum aluminum (TaAl) is formed as a coating layer for protecting the heating resistance element.

A liquid ejection apparatus that holds a liquid ejection head in a detachable state in an apparatus main body, and ejects a predetermined liquid from each liquid ejection nozzle formed in the liquid ejection head to form a dot row or a dot,
The liquid discharge head includes a liquid chamber that contains a predetermined liquid to be discharged, a heating resistor element that is disposed in the liquid chamber and generates bubbles in the liquid, and a bubble of the liquid generated by the heating resistor element. A liquid discharge nozzle for discharging the liquid in the liquid chamber with the generation of the liquid crystal element, and a substrate member on which the heating resistor element is formed and on which a drive circuit element for applying a drive electric signal to the heating resistor element is formed. A connection hole between a wiring layer connected to the heating resistance element and a wiring layer connected to the driving circuit element at a portion of the substrate member connecting the heating resistance element and the driving circuit element in a multilayer wiring structure. A liquid ejecting apparatus, wherein a metal is buried in the connection hole and the two wiring layers are connected by the metal buried layer.

The metal buried layer is made of one or more of tungsten (W), copper (Cu), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tantalum (Ta) or tantalum nitride (TaN). The liquid ejection device according to claim 6, wherein:

7. The liquid ejecting apparatus according to claim 6, wherein the heating resistance element is formed by sputtering a substrate member.

7. The liquid ejecting apparatus according to claim 6, wherein the heating resistance element is formed on a substrate member by a chemical vapor deposition method.

7. The liquid ejecting apparatus according to claim 6, wherein a cavitation layer made of tantalum (Ta) or tantalum aluminum (TaAl) is formed as a coating layer for protecting the heating resistance element.

Forming a drive circuit element on one surface of the semiconductor substrate;
Forming a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a first wiring layer connected to the drive circuit element on a first interlayer insulating film;
After forming a second interlayer insulating film on the first wiring layer, forming a connection hole for connecting to the first wiring layer within the thickness of the second interlayer insulating film,
A step of burying a metal in the connection hole to form a metal buried layer;
Forming a heating resistor on the second interlayer insulating film;
Forming a second wiring layer for connecting the heating resistor element and the metal buried layer;
Performing a heat treatment on the semiconductor substrate on which the first and second wiring layers are formed;
Forming a liquid chamber having a liquid discharge nozzle on one wall surface of the heat-treated substrate member;
A method for manufacturing a liquid discharge head.

The metal buried layer is made of one or more of tungsten (W), copper (Cu), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tantalum (Ta) or tantalum nitride (TaN). The method for manufacturing a liquid ejection head according to claim 11, wherein:

The method according to claim 11, wherein the heating resistor element is formed by a sputtering method.

The method according to claim 11, wherein the heating resistor element is formed by a chemical vapor deposition method.

12. The method according to claim 11, wherein a cavitation layer made of tantalum (Ta) or tantalum aluminum (TaAl) is formed as a coating layer for protecting the heating resistor element.