JP2004276378A - Liquid discharging head, liquid discharging device and manufacturing method of liquid discharging head - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの製造方法に関し、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、半導体素子を絶縁分離する素子分離領域をトレンチ構造により形成することにより、集積度を向上し、かつ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】
このためプリンタヘッドは、半導体基板上に酸化シリコンによる素子分離領域が形成され、この素子分離領域により絶縁分離された領域にスイッチングトランジスタ等の半導体素子が形成される。プリンタヘッドは、例えば特許第3262595号に提案されているように、このような素子分離領域が半導体基板であるシリコン基板の熱酸化処理により作成されるようになされている。
【0008】
プリンタヘッドは、さらに層間絶縁膜が形成され、この層間絶縁膜上にタンタル、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。プリンタヘッドは、このようにして作成される素子分離領域と層間絶縁膜とが、発熱素子の熱を下層のシリコン基板に伝搬しないように、発熱素子からの熱伝搬を低減する蓄熱層として機能するようになされ、これにより半導体素子等を保護し、さらに発熱素子によりインクを効率良く加熱するようになされている。なおこのような素子分離領域、層間絶縁膜の厚みにおいては、熱伝導率を考慮した場合、素子分離領域、層間絶縁膜全体の厚みとして少なくとも1.3〔μm〕必要であることが知られている(W.G.Hawkins 他、IEEE IEDM 1995 P.959−962)。
【0009】
すなわち図6は、この種のプリンタヘッドにおける発熱素子近傍の構成を示す断面図である。プリンタヘッド1は、シリコン基板2上の半導体素子4、5作成領域にシリコン窒化膜が積層され、このシリコン窒化膜をマスクにしてシリコン基板2が熱酸化され、これによりこれらの以外の領域にフィールド酸化膜による素子分離領域(LOCOS: Local Oxidation Of Silicon )3が形成される。続いてプリンタヘッド1は、半導体素子4、5が作成され、1層目の層間絶縁膜6が積層された後、半導体素子4、5上の層間絶縁膜6が除去されてコンタクトホールが作成される。
【0010】
続いてプリンタヘッド1は、配線パターン材料層が堆積され、この配線パターン材料層が所定形状に加工されて1層目の配線パターン7(Al)が作成される。続いてプリンタヘッド1は、2層目の層間絶縁膜8が積層され、この上層にタンタル、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9が形成される。さらにプリンタヘッド1は、層間絶縁膜8に開口を形成してビアホールが作成され、アルミニューム等により2層目の配線パターン材料層が堆積され、この配線パターン材料層が所定形状に加工されて2層目の配線パターン10(2Al)が作成される。プリンタヘッド1は、この2層目の配線パターン10と1層目の配線パターン7とにより半導体素子4、5と発熱素子9とが接続される。
【0011】
続いてプリンタヘッド1は、窒化シリコン、炭化シリコン等による絶縁保護層11が積層され、タンタルによる耐キャビテーション層12が形成され、さらに所定部材が配置されることにより、インク液室、インク流路及びノズルが作成される。
【0012】
プリンタヘッド1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4、5の駆動により発熱素子9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1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。
【0013】
【特許文献1】
特許3262595号
【非特許文献1】
W.G.Hawkins 他、IEEE IEDM 1995年 P.959−962
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
ところで熱酸化処理により素子分離領域3を作成する場合、マスクであるシリコン窒化膜の下層にまでフィールド酸化膜が食い込み、これにより半導体基板に欠陥が発生する。プリンタヘッド1は、このような欠陥が発生すると、半導体素子4、5でリーク電流が発生し、その分信頼性が劣化する問題がある。
【0015】
また熱酸化処理により素子分離領域3を作成する場合、矢印Aにより示すように、素子分離領域3と半導体素子4、5の作成領域との境界面付近でいわゆるバーズビークと呼ばれるフィールド酸化膜の裾引き部が発生し、この裾引き部を避けて半導体素子4、5を作成しなければならなくなる。このためプリンタヘッド1では、集積度を向上し得ない問題があった。
【0016】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、集積度を向上し、かつ信頼性を確保することができる液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの製造方法を提案しようとするものである。
【0017】
【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、半導体素子による発熱素子の駆動により、液室に保持した液体を加熱して所定のノズルより液体の液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドに適用して、所定の基板上をドライエッチングしてトレンチを形成した後、素子分離領域の材料膜を成膜し、余剰な素子分離領域の材料膜を除去して半導体素子を絶縁分離する素子分離領域が形成されてなるようにする。
【0018】
また請求項3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、この液体吐出ヘッドが、所定の基板上をドライエッチングしてトレンチを形成した後、素子分離領域の材料膜を成膜し、余剰な素子分離領域の材料膜を除去して半導体素子を絶縁分離する素子分離領域が形成されてなるようにする。
【0019】
また請求項4の発明においては、半導体素子による発熱素子の駆動により液体の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、所定の基板上をドライエッチングしてトレンチを形成した後、素子分離領域の材料膜を成膜し、余剰な素子分離領域の材料膜を除去して半導体素子を絶縁分離する素子分離領域を形成する。
【0020】
請求項1の構成によれば、半導体素子による発熱素子の駆動により、液室に保持した液体を加熱して所定のノズルより液体の液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドに適用して、所定の基板上をドライエッチングしてトレンチを形成した後、素子分離領域の材料膜を成膜し、余剰な素子分離領域の材料膜を除去して半導体素子を絶縁分離する素子分離領域が形成されることにより、フィールド酸化膜におけるバーズビークのような、半導体素子を作成し得ない領域の発生を有効に回避することができる。また半導体素子作成領域については、フィールド酸化膜の食い込みによる欠陥が発生しないことにより、半導体素子でリーク電流の発生を防止することができる。従って集積度を向上し、かつ信頼性を確保することができる液体吐出ヘッドを作成することができる。
【0021】
これにより請求項3、請求項4の構成によれば、集積度を向上し、かつ信頼性を確保することができる液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。
【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。
【0022】
(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21は、シリコン基板25に形成された溝(以下、トレンチと呼ぶ)にシリコン酸化膜を埋め込んで素子分離領域22が形成される。
【0023】
すなわち図2(A)に示すように、プリンタヘッド21は、ウエハによるシリコン基板25が洗浄された後、リソグラフィー工程によりトランジスタ23、24を形成する領域がマスクされる。続いてプリンタヘッド21は、ドライエッチング工程により素子分離領域22を作成する領域が厚さ0.4〜0.6〔μm〕によりエッチング処理され、これにより深さ0.4〜0.6〔μm〕によるトレンチが形成される。
【0024】
続いてプリンタヘッド21は、CVD(Chemical Vapor Deposition )法によりトレンチが完全に埋まる膜厚によりシリコン酸化膜が成膜され、さらにCMP(Chemical Mechanical Polish)法によりトレンチ以外の部位に成膜された余剰なシリコン酸化膜が研磨除去され、これらによりトレンチ構造による素子分離領域22が膜厚0.4〜0.6〔μm〕により作成される。これによりプリンタヘッド21は、フィールド酸化膜におけるバーズビークのような、トランジスタ23、24を作成し得ない領域の発生を有効に回避するようになされ、その分トランジスタの集積度を向上できるようになされている。
【0025】
またこのときプリンタヘッド21は、トランジスタ23、24が形成される領域については、シリコン酸化膜が除去されてシリコン基板25の表面が確実に露出され、続く作成工程でこれらの部位にトランジスタ23、24が作成されるようになされ、これによりトランジスタ23、24における欠陥の発生を防止するようになされている。
【0026】
このようにして素子分離領域22が作成されると、続いてプリンタヘッド21は、シリコン基板25が洗浄された後、トランジスタ23、24の作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25が処理され、MOS(Metal−Oxide−Semiconductor )型によるトランジスタ23、24等が作成される。なおここでスイッチングトランジスタ23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24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界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23が形成されるようになされている。
【0027】
続いてプリンタヘッド21は、CVD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26が順次膜厚0.1〔μm〕、1.0〜2.0〔μm〕により堆積され、これらにより1層目の層間絶縁膜が蓄熱層として十分に機能する膜厚により形成される。
【0028】
続いてフォトリソグラフィー工程の後、C4 F8 /CO/O2 /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27が作成される。
【0029】
続いて図2(B)に示すように、プリンタヘッド21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0.05〔μm〕によるチタンコンタクトメタル膜、膜厚0.07〜0.1〔μm〕による窒化チタンバリアメタル膜28が順次堆積される。続いてランプアニール装置において、100%の窒素ガス雰囲気中で600〜700度、30〜120秒間の熱処理が実施され、これによりプリンタヘッド21は、チタンコンタクトメタル膜が安定化されてコンタクト抵抗が低減され、さらに窒化チタンバリアメタル膜28の結晶粒界を介した拡散防止性が向上される。
【0030】
続いて図3(C)に示すように、プリンタヘッド21は、コンタクトホール27が埋まるまで、CVD法により膜厚0.5〜1.0〔μm〕によるプラグ材料層30が堆積され、この実施の形態では、このプラグ材料層30の余剰な部位を除去して図3(D)に示すようにプラグ31が作成される。なおここでプラグ31は、トランジスタ23、24と1層目の配線パターン32とを接続する金属プラグであり、配線パターンの材料であるアルミニュームに比して高いエレクトロマイグレーション耐性を有するタングステンにより作成される。
【0031】
具体的にプリンタヘッド21は、CVD装置内のチェンバーに搭載された後、初めに6フッ化タングステンガス(WF6 )、シランガス(SiH4 )の導入により6フッ化タングステンガスがシランガスにより還元され、窒化チタンバリアメタル膜28上にタングステン膜が成膜される。続いてシランガスに代えた水素ガス(H2 )の導入により6フッ化タングステンガスが水素ガスにより還元され、窒化チタンバリアメタル膜28上に成膜されたタングステン膜を核にしてタングステン膜が気相成長する。これによりプリンタヘッド21は、コンタクトホール27が埋め込まれてなるタングステン膜30が堆積される。なおこの実施の形態においては、シリコン基板25を400〜450度に加熱してこれらタングステン膜30を成膜した。
【0032】
続いてプリンタヘッド21は、エッチバック法により、コンタクトホール27に堆積された部位を除くタングステン膜30がSF6 等のフッ素系ガスによりエッチング処理され、さらにコンタクトホール27に堆積された部位を除くチタンコンタクトメタル膜、窒化チタンバリアメタル膜28がCl2 等の塩素系ガスによりエッチング処理され、これらによりタングステンによるプラグ31が作成される。これによりプリンタヘッド21は、蓄熱層として十分に機能する膜厚により1層目の層間絶縁膜を形成した場合でも、トランジスタ23、24への通電によるエレクトロマイグレーションの発生を防止し、コンタクトホール27に形成されたプラグ31の断線を防止するようになされている。
【0033】
なおプラグ31においては、このようにエッチバック法により余剰な部位を除去して作成する場合に限らず、CMP法により余剰な部位を研磨除去して作成するようにしてもよく、この場合、タングステン膜30、チタンコンタクトメタル膜及び窒化チタンバリアメタル膜28を酸化溶解する研磨剤を用いることが考えられる。
【0034】
このようにしてプラグ31が作成されると、続いてプリンタヘッド21は、図4(E)に示すように、スパッタリング法により膜厚0.02〔μm〕によるチタン、膜厚0.02〔μm〕による窒化チタン、膜厚0.005〔μm〕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が膜厚0.4〜0.5〔μm〕により順次堆積される。さらに続いてプリンタヘッド21は、膜厚0.005〔μm〕によるチタン、反射防止膜である窒化酸化チタン(TiON)が膜厚0.025〔μm〕により順次堆積され、これらにより配線パターン材料層が成膜される。さらに続いてプリンタヘッド21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層が選択的に除去され、これにより上層側から見て、膜厚0.025〔μm〕による窒化酸化チタン、膜厚0.005〔μm〕によるチタン、膜厚0.4〜0.5〔μm〕によるシリコンが1〔at%〕添加されたアルミニューム、膜厚0.005〔μm〕によるチタン、膜厚0.02〔μm〕による窒化チタン、膜厚0.02〔μm〕によるチタンからなる1層目の配線パターン32が作成される。プリンタヘッド21は、このようにして作成された1層目の配線パターン32とプラグ31とにより駆動回路を構成するMOS型トランジスタ24を接続してロジック集積回路が形成される。
【0035】
続いてプリンタヘッド21は、TEOS(テトラエトキシシラン:Si(OC2 H5 )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21は、SOG(Spin On Glass )を含む塗布型シリコン酸化膜の塗布とフッ素系ガスを用いたエッチバック法とにより、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32と続く2層目の配線パターンとを絶縁する2層目の層間絶縁膜33が膜厚0.6〜1.0〔μm〕のシリコン酸化膜により形成される。因みにこのような層間絶縁膜33の平坦化においては、SOGの塗布を省略し、TEOSを用いたCVD法によりシリコン酸化膜を堆積した後、CMP法により研磨除去して平坦化するようにしてもよい。
【0036】
続いてプリンタヘッド21は、フォトリソグラフィー工程、CHF3 /CF4 /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33に開口を形成してビアホール34が作成される。
【0037】
続いて図4(F)に示すように、プリンタヘッド21は、シリコン基板25が洗浄された後、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、スパッタリング法により膜厚0.08〔μm〕によるタンタル膜が堆積され、これによりシリコン基板25上に抵抗体膜が形成される。
【0038】
続いてプリンタヘッド21は、感光性樹脂であるフォトレジストが塗布されて露光装置に搬送され、所定形状を描画してなるマスクがシリコン基板25上に載置されて紫外線が照射される。さらにプリンタヘッド21は、現像液に浸漬されて紫外線の照射を受けた部位が溶解され、これにより抵抗体膜上に発熱素子作成領域がマスクされる。続いてプリンタヘッド21は、BCl3 /Cl2 ガスを用いたドライエッチング工程により、発熱素子作成領域以外の抵抗体膜が除去されてタンタルによる発熱素子35が作成される。
【0039】
続いてプリンタヘッド21は、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、ターゲットにアルミニュームを用いてスパッタリング処理され、これにより膜厚0.3〜0.6〔μm〕による配線パターン材料層が成膜される。
【0040】
続いてプリンタヘッド21は、シリコン基板25上にフォトレジストが塗布され、所定形状を描画してなるマスクが載置されて露光装置により露光される。さらにプリンタヘッド21は、現像液に浸漬されて露光された部位が溶解され、これによりインクを加熱する発熱素子35の部位を除く配線パターン作成領域がマスクされる。さらに続いてBCl3 /Cl2 ガスを用いたドライエッチング工程により、配線パターンの作成領域以外の余剰な配線パターン材料層が除去され、これによりこれらの部位で2層目の配線パターン36が作成される。プリンタヘッド21は、このようにして作成された2層目の配線パターン36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23を発熱素子35に接続する配線パターン36が作成される。
【0041】
続いてプリンタヘッド21は、フォトリソグラフィー工程によりインクを加熱する発熱素子35の部位がマスクされ、燐酸−硝酸−酢酸からなる薬液を用いたウエットエッチング工程によりこの部位の配線パターン36がエッチング処理され、これによりインクを加熱する部位の発熱素子35のみが露出される。
【0042】
続いてプリンタヘッド21は、流水により洗浄されて乾燥された後、図5(G)に示すように、CVD法により膜厚300〜400〔nm〕による窒化シリコンが堆積されて絶縁保護層37が形成される。なおここで絶縁保護層37は、2層目の配線パターン36を絶縁する層であり、また発熱素子35とインクとの直接の接触を防止する層である。
【0043】
続いてプリンタヘッド21は、熱処理炉において、4%の水素を添加した窒素ガス(フォーミングガス)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21は、トランジスタ23、24の動作が安定化され、さらに1層目の配線パターン32と2層目の配線パターン36との接続が安定化されてコンタクト抵抗が低減される。
【0044】
プリンタヘッド21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材料膜が膜厚200〔nm〕により堆積される。続いてプリンタヘッド21は、フォトレジスト工程により所望の形状にパターニングされ、BCl3 /Cl2 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材料膜がエッチング処理され、これにより耐キャビテーション層38が形成される。なおここで耐キャビテーション層38は、インクの発泡、消泡を繰り返す毎に発生するキャビテーションによる機械的な衝撃を緩和する層であり、これにより下層の発熱素子35の断線を防止するようになされている。
【0045】
プリンタヘッド21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41が圧着により配置された後、インク液室44、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44の隔壁、インク流路の隔壁等が作成される。
【0046】
また続いて各チップにスクライビングされた後、ノズルプレート42が積層される。ここでノズルプレート42は、発熱素子35の上に微小なインク吐出口であるノズル43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41上に接着により保持される。これによりプリンタヘッド21は、ノズル43、インク液室44、このインク液室44にインクを導くインク流路等が形成されて作成される。
【0047】
プリンタヘッド21は、このようなインク液室44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。
【0048】
(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21は、半導体基板であるシリコン基板25に素子分離領域22が作成されて半導体素子であるトランジスタ23、24が作成され、絶縁層により絶縁されてプラグ31が作成される。また続いて1層目の配線パターン32が作成された後、絶縁層により絶縁されて発熱素子35が作成され、2層目の配線パターン36が作成される。また続いて絶縁保護層37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、耐キャビティーション層38、インク液室44、ノズル43が順次形成されて作成される(図1〜図5)。
【0049】
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21のインク液室44にインクが導かれ、トランジスタ23、24による発熱素子35の駆動により、インク液室44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44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44のインクがノズル43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。
【0050】
プリンタでは、このような発熱素子35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。しかしてプリンタヘッド21においては、このような発熱素子35の駆動による熱伝搬が、素子分離領域22、1層目及び2層目の層間絶縁膜26及び33により低減され、これによりトランジスタ23、24が保護される。
【0051】
この実施の形態に係るプリンタヘッド21においては、トランジスタ23、24を絶縁分離し、またこのような蓄熱層として機能する素子分離領域22がトレンチ構造により作成される。すなわちプリンタヘッド21では、トランジスタ23、24の作成領域を除く領域のシリコン基板25がドライエッチングされてトレンチが作成され、CVD法によりこのトレンチにシリコン酸化膜が堆積され、さらにCMP法によりトレンチ以外の部位の余剰なシリコン酸化膜が研磨除去されて素子分離領域22が作成される。これによりプリンタヘッド21では、フィールド酸化膜におけるバーズビークのような、トランジスタ23、24を作成し得ない裾引き部の発生を有効に回避することができ、これによりトランジスタ23、24の集積度を向上することができる。
【0052】
またこのときトランジスタ23、24の作成領域については、欠陥の発生を防止し得、続いてシリコン酸化膜が除去されてシリコン基板25の表面が確実に露出され、続く作成工程でこの領域にトランジスタ23、24が作成されることにより、トランジスタ23、24でリーク電流の発生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。
【0053】
(3)実施の形態の効果
以上の構成によれば、半導体素子であるトランジスタを絶縁分離する素子分離領域をトレンチ構造により形成することにより、集積度を向上し、かつ信頼性を確保することができる。
【0054】
(4)他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、1層目の配線パターンと金属プラグとによりトランジスタを接続してロジック集積回路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、1層目の配線パターンをトランジスタに直接接続してロジック集積回路を作成する場合にも広く適用することができる。
【0055】
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(TaNX )、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。
【0056】
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を用いるプリンタヘッド、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。
【0057】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、半導体素子を絶縁分離する素子分離領域をトレンチ構造により形成することにより、集積度を向上し、かつ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】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、21……プリンタヘッド、2、25……シリコン基板、3、22……素子分離領域、4、5、23、24……トランジスタ、6、8、30、36……配線パターン、9、35……発熱素子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid discharge head, a liquid discharge device, and a method for manufacturing a liquid discharge head, and can be applied to, for example, a thermal inkjet printer. According to the present invention, an element isolation region for insulating and isolating a semiconductor element is formed by a trench structure, so that the degree of integration can be improved and reliability can be ensured.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in the field of image processing and the like, there has been a growing need for hard copy colorization. To meet this need, conventionally, a color copy system such as a sublimation type thermal transfer system, a fusion thermal transfer system, an ink jet system, an electrophotographic system, and a thermally developed silver salt system has been proposed.
[0003]
Among these methods, the ink jet method is a method in which droplets of a recording liquid (ink) fly from nozzles provided in a printer head, which is a liquid ejection head, and adhere to a recording target to form dots. With this configuration, a high-quality image can be output. The ink jet system is classified into an electrostatic attraction system, a continuous vibration generation system (piezo system), and a thermal system according to the method of flying ink droplets from nozzles.
[0004]
Among these methods, the thermal method is a method in which bubbles are generated by local heating of ink, and the bubbles are used to push out ink from nozzles and fly to a print target, and it is possible to print a color image with a simple configuration. It has been made possible.
[0005]
In such a thermal printhead, a heating element for heating ink is formed integrally with a drive circuit of a logic integrated circuit for driving the heating element on a semiconductor substrate. Thus, in this type of printer head, the heating elements are arranged at a high density and can be reliably driven.
[0006]
That is, in this thermal printer, it is necessary to arrange the heating elements at a high density in order to obtain a high quality printing result. Specifically, for example, in order to obtain a printing result equivalent to 600 [DPI], it is necessary to arrange the heating elements at intervals of 42.333 [μm]. It is extremely difficult to arrange individual drive elements. In this way, in the printer head, switching transistors and the like are created on the semiconductor substrate, connected to the corresponding heating elements by integrated circuit technology, and further, each switching transistor is driven by a drive circuit similarly created on the semiconductor substrate. Each of the heating elements can be driven simply and reliably.
[0007]
Therefore, in the printer head, an element isolation region made of silicon oxide is formed on a semiconductor substrate, and a semiconductor element such as a switching transistor is formed in a region insulated and separated by the element isolation region. In a printer head, such an element isolation region is formed by thermal oxidation of a silicon substrate, which is a semiconductor substrate, as proposed in, for example, Japanese Patent No. 3262595.
[0008]
In the printer head, an interlayer insulating film is further formed, and a heating element is formed on the interlayer insulating film by using tantalum, tantalum nitride, tantalum aluminum, or the like. The printer head functions as a heat storage layer for reducing heat propagation from the heating element so that the element isolation region and the interlayer insulating film thus formed do not propagate the heat of the heating element to the underlying silicon substrate. Thus, the semiconductor element and the like are protected, and the ink is efficiently heated by the heating element. It is known that the thickness of the element isolation region and the interlayer insulating film needs to be at least 1.3 [μm] as a whole when the thermal conductivity is taken into consideration. (WG Hawkins et al., IEEE IEDM 1995 P.959-962).
[0009]
That is, FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration near a heating element in this type of printer head. In the printer head 1, a silicon nitride film is stacked in a region where the
[0010]
Subsequently, in the printer head 1, a wiring pattern material layer is deposited, and the wiring pattern material layer is processed into a predetermined shape to form a first wiring pattern 7 (Al). Subsequently, in the printer head 1, a second-layer
[0011]
Subsequently, the printer head 1 includes an insulating
[0012]
After the ink is guided to the ink liquid chamber by the ink flow path created in this way, the
[0013]
[Patent Document 1]
Patent 3262595
[Non-patent document 1]
W. G. FIG. Hawkins et al., IEEE IEDM, 1995, p. 959-962
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
When the element isolation region 3 is formed by the thermal oxidation process, the field oxide film penetrates to a lower layer of the silicon nitride film as a mask, thereby causing a defect in the semiconductor substrate. When such a defect occurs in the printer head 1, a leak current is generated in the
[0015]
When the element isolation region 3 is formed by the thermal oxidation treatment, as shown by an arrow A, a footing of a field oxide film called a bird's beak is formed near the boundary between the element isolation region 3 and the regions where the
[0016]
The present invention has been made in view of the above points, and aims to propose a liquid discharge head, a liquid discharge device, and a method of manufacturing a liquid discharge head that can improve the degree of integration and ensure reliability. It is.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, the invention according to claim 1 is applied to a liquid ejection head that drives a heating element by a semiconductor element to heat a liquid held in a liquid chamber and eject a liquid droplet from a predetermined nozzle. Then, after a predetermined substrate is dry-etched to form a trench, a material film for the element isolation region is formed, and an element isolation region for insulating and isolating the semiconductor element by removing the excess material film of the element isolation region is formed. Be formed.
[0018]
According to the third aspect of the present invention, the present invention is applied to a liquid ejecting apparatus for ejecting liquid droplets by driving a heating element provided in the liquid ejecting head, and the liquid ejecting head dry-etches a predetermined substrate to form a trench. Is formed, a material film for the element isolation region is formed, and an excess material film for the element isolation region is removed so that an element isolation region for insulating and isolating the semiconductor element is formed.
[0019]
Further, in the invention according to
[0020]
According to the configuration of the first aspect, the semiconductor element drives the heating element to heat the liquid held in the liquid chamber and apply the liquid ejection head to eject a liquid droplet from a predetermined nozzle. After a trench is formed by dry etching the upper part, a material film of the element isolation region is formed, and an element isolation region for insulating and isolating the semiconductor element by removing the excess material film of the element isolation region is formed. In addition, generation of a region where a semiconductor element cannot be formed, such as a bird's beak in a field oxide film, can be effectively avoided. Further, in the semiconductor element formation region, the occurrence of a defect due to the bite of the field oxide film does not occur, so that the generation of a leak current in the semiconductor element can be prevented. Therefore, it is possible to manufacture a liquid ejection head that can improve the degree of integration and ensure reliability.
[0021]
Thus, according to the third and fourth aspects, it is possible to provide a liquid ejecting apparatus and a method of manufacturing a liquid ejecting head that can improve the degree of integration and ensure reliability.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
[0022]
(1) Configuration of the embodiment
FIG. 1 is a sectional view showing a printer head applied to the printer according to the embodiment of the present invention. In the printer head 21, an
[0023]
That is, as shown in FIG. 2A, in the printer head 21, after the
[0024]
Subsequently, the printer head 21 is formed by forming a silicon oxide film by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method so as to completely fill the trench, and further forming a surplus film by a CMP (Chemical Mechanical Polish) method on a portion other than the trench. The silicon oxide film is polished and removed, thereby forming an
[0025]
At this time, the printer head 21 removes the silicon oxide film from the region where the
[0026]
After the
[0027]
Subsequently, the printer head 21 has a PSG (Phosphorus Silicate Glass) film, which is a silicon oxide film to which phosphorus is added by the CVD method, and a BPSG (Boron Phosphorus Silicate Glass)
[0028]
Then, after the photolithography process, C 4 F 8 / CO / O 2
[0029]
Subsequently, as shown in FIG. 2B, the printer head 21 is cleaned with dilute hydrofluoric acid, and then, by a sputtering method, a titanium contact metal film having a thickness of 0.05 [μm] and a thickness of 0.07 to 0.07 μm. A titanium nitride barrier metal film 28 of 0.1 [μm] is sequentially deposited. Subsequently, in the lamp annealing apparatus, heat treatment is performed in a 100% nitrogen gas atmosphere at 600 to 700 degrees for 30 to 120 seconds, whereby the titanium metal film of the printer head 21 is stabilized and the contact resistance is reduced. Further, the diffusion preventing property of the titanium nitride barrier metal film 28 through the crystal grain boundary is improved.
[0030]
Subsequently, as shown in FIG. 3C, in the printer head 21, a
[0031]
Specifically, after the printer head 21 is mounted on the chamber in the CVD apparatus, first, the tungsten hexafluoride gas (WF 6 ), Silane gas (SiH 4 ), The tungsten hexafluoride gas is reduced by the silane gas, and a tungsten film is formed on the titanium nitride barrier metal film 28. Subsequently, hydrogen gas (H 2 ), The tungsten hexafluoride gas is reduced by the hydrogen gas, and the tungsten film formed on the titanium nitride barrier metal film 28 as a nucleus grows in vapor phase. Thereby, the
[0032]
Subsequently, the
[0033]
In addition, the
[0034]
After the
[0035]
Subsequently, the printer head 21 is driven by TEOS (tetraethoxysilane: Si (OC 2 H 5 ) 4 A silicon oxide film as an interlayer insulating film is deposited by the CVD method using () as a source gas. Subsequently, in the printer head 21, the silicon oxide film is planarized by applying a coating type silicon oxide film including SOG (Spin On Glass) and an etch-back method using a fluorine-based gas, and these steps are repeated twice. A second-layer
[0036]
Subsequently, the printer head 21 performs a photolithography process, CHF 3 / CF 4 An opening is formed in the
[0037]
Subsequently, as shown in FIG. 4F, after the
[0038]
Subsequently, the printer head 21 is coated with a photoresist, which is a photosensitive resin, and is conveyed to an exposure device. A mask having a predetermined shape is placed on the
[0039]
Subsequently, the printer head 21 is mounted on a sputtering film forming chamber in a sputtering apparatus, and is subjected to a sputtering process using aluminum as a target, thereby forming a wiring pattern material layer having a thickness of 0.3 to 0.6 [μm]. A film is formed.
[0040]
Subsequently, in the printer head 21, a photoresist is applied on the
[0041]
Subsequently, in the printer head 21, the portion of the
[0042]
Subsequently, after the printer head 21 is washed with running water and dried, as shown in FIG. 5G, silicon nitride having a thickness of 300 to 400 [nm] is deposited by the CVD method, and the insulating
[0043]
Subsequently, the printer head 21 is subjected to a heat treatment at 400 ° C. for 60 minutes in a nitrogen gas (forming gas) atmosphere containing 4% hydrogen or in a 100% nitrogen gas atmosphere in a heat treatment furnace. . As a result, in the printer head 21, the operations of the
[0044]
After the printer head 21 is mounted on a sputter deposition chamber in a DC magnetron sputtering apparatus, a cavitation-resistant material film of β-tantalum is deposited to a thickness of 200 [nm] by a sputtering method. Subsequently, the printer head 21 is patterned into a desired shape by a photoresist process, 3 / Cl 2 The anti-cavitation layer material film is etched by a dry etching process using a gas, whereby the
[0045]
As shown in FIG. 1, after the
[0046]
Subsequently, after each chip is scribed, the
[0047]
In the printer head 21, such an
[0048]
(2) Operation of the embodiment
In the above configuration, in the printer head 21, the
[0049]
In this printer, the ink is guided to the
[0050]
In the printer, such driving of the
[0051]
In the printer head 21 according to the present embodiment, the
[0052]
At this time, in the formation region of the
[0053]
(3) Effects of the embodiment
According to the above configuration, the element isolation region for insulating and isolating the transistor, which is a semiconductor element, is formed by the trench structure, so that the integration degree can be improved and the reliability can be ensured.
[0054]
(4) Other embodiments
In the above-described embodiment, a case has been described where a logic integrated circuit is formed by connecting transistors using a first-layer wiring pattern and a metal plug, but the present invention is not limited to this. The present invention can be widely applied to a case where a logic integrated circuit is formed by directly connecting a pattern to a transistor.
[0055]
Further, in the above-described embodiment, the case where the heating element is formed of tantalum has been described. However, the present invention is not limited to this, and instead, the tantalum nitride (TaN X ) And a heating element formed of a tantalum compound such as tantalum aluminum (TaAl).
[0056]
Further, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the printer head to eject ink droplets has been described. However, the present invention is not limited to this, and instead of ink droplets, various dye droplets, A printer head using droplets for forming a protective layer, and a microdispenser in which droplets are reagents, various measuring devices, various test devices, and various pattern drawing devices in which droplets are agents for protecting members from etching. Etc. can be widely applied.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by forming an element isolation region for insulating and isolating a semiconductor element by a trench structure, the integration degree can be improved and the reliability can be ensured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a printer head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a process of producing the printer head of FIG. 1;
FIG. 3 is a sectional view showing a continuation of FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view showing a continuation of FIG. 3;
FIG. 5 is a sectional view showing a continuation of FIG. 4;
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a heating element in a conventional printer head together with its peripheral configuration.
[Explanation of symbols]
1, 21, a printer head, 2, 25, a silicon substrate, 3, 22, an element isolation region, 4, 5, 23, 24, a transistor, 6, 8, 30, 36, a wiring pattern, 9, 35 ... heating element
Claims (4)
所定の基板上をドライエッチングしてトレンチを形成した後、素子分離領域の材料膜を成膜し、余剰な前記素子分離領域の材料膜を除去して前記半導体素子を絶縁分離する素子分離領域が形成された
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。In a liquid ejection head that drives a heating element by a semiconductor element to heat a liquid held in a liquid chamber and eject a droplet of the liquid from a predetermined nozzle,
After forming a trench by dry etching on a predetermined substrate, a material film of an element isolation region is formed, and an element isolation region for insulating and isolating the semiconductor element by removing an excess material film of the element isolation region is formed. A liquid ejection head formed.
ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。2. The liquid discharge head according to claim 1, wherein the material film of the element isolation region is silicon oxide.
前記液体吐出ヘッドが、
所定の基板上をドライエッチングしてトレンチを形成した後、素子分離領域の材料膜を成膜し、余剰な前記素子分離領域の材料膜を除去して半導体素子を絶縁分離する素子分離領域が形成された
ことを特徴とする液体吐出装置。In a liquid ejection device that ejects droplets by driving a heating element provided in a liquid ejection head,
The liquid ejection head,
After a predetermined substrate is dry-etched to form a trench, a material film for an element isolation region is formed, and an excess material film for the element isolation region is removed to form an element isolation region for insulating and isolating a semiconductor element. A liquid ejection device characterized by being performed.
所定の基板上をドライエッチングしてトレンチを形成した後、素子分離領域の材料膜を成膜し、余剰な前記素子分離領域の材料膜を除去して前記半導体素子を絶縁分離する素子分離領域を形成する
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。In a method of manufacturing a liquid ejection head for ejecting liquid droplets by driving a heating element by a semiconductor element,
After a predetermined substrate is dry-etched to form a trench, a material film for an element isolation region is formed, and an excess material film for the element isolation region is removed to form an element isolation region for insulating and isolating the semiconductor element. A method for manufacturing a liquid discharge head, comprising:
Priority Applications (1)
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