JP2004276511A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】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して、蓄熱層の膜厚を十分に確保しても、配線パターンの断線を防止することができるようにする。
【解決手段】本発明は、半導体素子２２、２３と配線パターン２５とをプラグ２４により接続する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体吐出ヘッド、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、半導体素子と配線パターンとをプラグにより接続することにより、蓄熱層の膜厚を十分に確保しても、配線パターンの断線を防止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、これにより発熱素子の熱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７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の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領域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７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８（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９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１０が形成される。さらにプリンタヘッド１は、層間絶縁膜９に開口を形成してビアホール１１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１２（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１２と１層目の配線パターン８とにより半導体素子４、５と発熱素子１０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１３が積層され、タンタルによる耐キャビテーション層１４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１０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】
このように構成されるプリンタヘッド１においては、１層目の層間絶縁膜６により１層目の配線パターン８が絶縁されるようになされ、また２層目の層間絶縁膜９により配線パターン８と２層目の配線パターン１２とが絶縁されるようになされている。プリンタヘッド１は、通常、このような１層目の層間絶縁膜６が厚さ０．５〜０．６〔μｍ〕程度により作成され、２層目の層間絶縁膜９が厚さ０．８〜１．２〔μｍ〕程度により作成されるようになされている。
【００１４】
【特許文献１】
特許３２６２５９５号
【非特許文献１】
Ｗ．Ｇ．Ｈａｗｋｉｎｓ 他、ＩＥＥＥ ＩＥＤＭ １９９５ Ｐ．９５９−９６２
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで図７に示すプリンタヘッド１においては、２層目の層間絶縁膜９を開口して作成されるビアホール１１を介して２層目の配線パターン１２が１層目の配線パターン８に接続される。このため２層目の配線パターン１２は、このビアホール１１による段差の部分に作成されることになり、プリンタヘッド１においては、この段差により２層目の配線パターン１２が断線し易くなる問題がある。
【００１６】
プリンタヘッド１においては、このような配線パターン１２の断線を防止する１つの方法として、２層目の層間絶縁膜９の厚みを薄くして段差を小さくする方法が考えられる。
【００１７】
しかしながらプリンタヘッド１においては、２層目の層間絶縁膜９を薄くすると、ビアホール１１における配線パターン１２の断線を防止できるものの、２層目の層間絶縁膜９を薄くした分発熱素子１０からの熱伝搬を十分に低減し得ず、これにより発熱素子１０の熱によりインクを効率良く加熱できない欠点がある。
【００１８】
なおプリンタヘッド１においては、２層目の層間絶縁膜９を薄くするために１層目の配線パターン８を薄くする方法も考えられるが、このように１層目の配線パターン８の厚みを薄くすると、却ってコンタクトホール７でこの１層目の配線パターン８が断線し易くなる。因みにこのようなコンタクトホール７における配線パターン８は、通常、厚さ０．８〜１．０〔μｍ〕により作成されて断線しないようになされている。
【００１９】
これに対して特開２００１−１３０００３号公報に開示の構成においては、ビアホールの側壁をテーパー化することにより、又はビアホールの開口径を１０〜１５〔μｍ〕に設定することにより、段差を緩やかにする方法が提案されている。しかしながらこの方法においては、配線パターンの断線を防止することができるものの、実際上、半導体素子４、５を高密度に配置することが困難になる欠点がある。
【００２０】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、蓄熱層の膜厚を十分に確保しても、配線パターンの断線を防止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。
【００２１】
【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、液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、発熱素子に半導体素子を接続する配線パターンと、配線パターンを介して発熱素子を駆動する半導体素子とが所定の基板上に一体に保持されて、発熱素子の駆動により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、配線パターンと半導体素子とがプラグにより接続されてなるようにする。
【００２２】
また請求項４の発明においては、液体吐出ヘッドに設けられた発熱素子の駆動により液滴を飛び出させる液体吐出装置に適用して、液体吐出ヘッドが、液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、発熱素子に半導体素子を接続する配線パターンと、配線パターンを介して発熱素子を駆動する半導体素子とが所定の基板上に一体に保持され、配線パターンと半導体素子とがプラグにより接続されてなるようにする。
【００２３】
また請求項５の発明においては、液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、発熱素子に半導体素子を接続する配線パターンと、配線パターンを介して発熱素子を駆動する半導体素子とが所定の基板上に一体に保持されて、発熱素子の駆動により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の製造方法に適用して、配線パターンと半導体素子とをプラグにより接続する。
【００２４】
請求項１の構成によれば、液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、発熱素子に半導体素子を接続する配線パターンと、配線パターンを介して発熱素子を駆動する半導体素子とが所定の基板上に一体に保持されて、発熱素子の駆動により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、配線パターンと半導体素子とがプラグにより接続されてなることにより、蓄熱層の膜厚を十分に確保しても、配線パターンの断線を防止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。
【００２５】
これにより請求項４、請求項５の構成によれば、蓄熱層の膜厚を十分に確保しても、配線パターンの断線を防止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。
【００２６】
（１）第１の実施の形態
（１−１）第１の実施の形態の構成
図１は、第１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、トランジスタ２２、２３が形成された後、これらのトランジスタ２２、２３上にプラグ２４が形成され、さらにこのプラグ２４の上層に配線パターン２５が形成される。
【００２７】
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２６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２２、２３を形成する所定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２７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〕による溝（以下トレンチと呼ぶ）が形成される。
【００２８】
続いてプリンタヘッド２１は、このトレンチにシリコン酸化膜を埋め込んで素子分離領域２７が作成される。具体的にプリンタヘッド２１は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）法によりこの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シリコン酸化膜が研磨除去される。これらによりプリンタヘッド２１は、トレンチ構造による素子分離領域２７が膜厚０．４〜０．６〔μｍ〕により作成される。
【００２９】
プリンタヘッド２１は、このようにして素子分離領域２７が作成されることにより、熱処理工程により素子分離領域を作成した場合に発生するフィールド酸化膜における裾引き部（いわゆるバーズビークである）の発生を回避するようになされ、その分集積度を向上できるようになされている。またプリンタヘッド２１は、トランジスタ２２、２３が形成される領域についてはフィールド酸化膜の食い込みが防止され、これによりシリコン基板２６における欠陥の発生を防止するようになされている。
【００３０】
プリンタヘッド２１は、続いてシリコン基板２６が洗浄された後、トランジスタ形成領域にタングステンシリサイド／ポリシリコン／熱酸化膜構造のゲートが作成される。さらにソース・ドレイン領域を形成するためのイオン注入工程、熱処理工程によりシリコン基板２６が処理され、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ）型によるトランジスタ２２、２３等が作成される。なおここでトランジスタ２２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。これに対してトランジスタ２３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２２が形成されるようになされている。
【００３１】
このようにしてシリコン基板２６上にトランジスタ２２、２３が作成されると、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２８が膜厚０．１〔μｍ〕、１．０〜２．０〔μｍ〕により順次堆積される。プリンタヘッド２１は、これらにより蓄熱層として十分な膜厚により、より具体的には図７について上述した構成に比して約２〜３倍の膜厚により１層目の層間絶縁膜２８が形成され、これにより発熱素子の熱をインク液室に効率良く伝搬するようになされている。
【００３２】
続いてフォトリソグラフィー工程の後、Ｃ_４ Ｆ_８ ／ＣＯ／Ｏ_２ ／Ａｒ系ガスを用いたリアクティブイオンエッチング法によりシリコン半導体拡散層（ソース・ドレイン）上にコンタクトホール２９が作成される。
【００３３】
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３０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３０の結晶粒界を介した拡散防止性が向上される。
【００３４】
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２９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３１が堆積され、この実施の形態では、図３（Ｄ）に示すように、このコンタクトホール２９以外の部位のプラグ材料層３１を除去することによりプラグ２４が作成される。
【００３５】
ここでプラグ２４は、トランジスタ２２、２３と配線パターン２５とを接続するために配線パターン２５の前工程において、コンタクトホール２９に埋め込まれる接続用の導体である。このためプラグ２４は、電気伝導率の高い材料により作成される。またこの実施の形態においては、蓄熱層として機能する１層目の層間絶縁膜２８にコンタクトホール２９が作成されることにより、トランジスタ２２、２３への通電により断線困難な材料により作成される。
【００３６】
具体的にこの場合、プラグ材料層３１にはタングステンを適用する。このタングステンにおいては、配線パターンを構成する材料であるアルミニュームと同等の電気伝導率を有する材料であり、かつアルミニュームに比して断線困難な材料である。これによりプリンタヘッド２１では、蓄熱層として機能する１層目の層間絶縁膜２８の膜厚を十分に確保し、さらには配線パターン２５の膜厚を薄くしても、コンタクトホール２９におけるプラグ２４、配線パターン２５の断線を防止するようになされている。
【００３７】
より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（ＷＦ_６ ）、シランガス（ＳｉＨ_４ ）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３０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て、水素ガス（Ｈ_２ ）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３０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２９にタングステン膜が堆積されてなるプラグ材料層３１が形成される。なおこの実施の形態においては、シリコン基板２６を４００〜４５０度に加熱してこれらプラグ材料層３１を成膜した。
【００３８】
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２９に堆積された部位を除くタングステン膜３１がＳＦ_６ 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２９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３０がＣｌ_２ 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りプラグ２４が作成される。なおプラグ２４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プラグ２４を作成するようにしてもよく、この場合、プラグ材料層３１、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３０を酸化溶解する研磨剤を用いることが考えられる。
【００３９】
続いてプリンタヘッド２１は、図４（Ｅ）に示すように、配線パターン材料層が成膜された後、配線パターン材料層の余剰な部位が除去されて１層目の配線パターン２５が作成される。プリンタヘッド２１は、この配線パターン２５がプラグ２４に接続され、これにより配線パターン２５の膜厚を従来に比して薄くしても十分な信頼性を確保するようになされている。
【００４０】
具体的にプリンタヘッド２１は、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２５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２５とプラグ２４とにより駆動回路を構成するＭＯＳ型トランジスタ２３を接続してロジック集積回路が形成される。
【００４１】
続いてプリンタヘッド２１は、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Ｓｉ（ＯＣ_２ Ｈ_５ ）_４ ）を原料ガスとしたＣＶＤ法により層間絶縁膜であるシリコン酸化膜が堆積される。続いてプリンタヘッド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２５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３２が膜厚０．６〜１．０〔μｍ〕による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３２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。
【００４２】
続いてプリンタヘッド２１は、フォトリソグラフィー工程、ＣＨＦ_３ ／ＣＦ_４ ／Ａｒガスを用いたドライエッチング工程により層間絶縁膜３２に開口を形成してビアホール３４が作成され、この実施の形態では、１層目の層間絶縁膜２８の膜厚を厚くした分、２層目の層間絶縁膜３２の膜厚を薄くして１層目の層間絶縁膜２８の膜厚が２層目の層間絶縁膜３２の膜厚より厚く形成され、これによりこのビアホール３４の段差を小さくし、この段差の部分における配線パターンの断線を防止するようになされている。
【００４３】
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２６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２６上に抵抗体膜が形成される。
【００４４】
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２６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、ＢＣｌ_３ ／Ｃｌ_２ ガスを用いたドライエッチング工程により、余剰な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。
【００４５】
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。
【００４６】
続いてプリンタヘッド２１は、シリコン基板２６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ＢＣｌ_３ ／Ｃｌ_２ 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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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２２、２３の動作が安定化され、さらに１層目の配線パターン２５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。
【００５０】
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、ＢＣｌ_３ ／Ｃｌ_２ ガスを用いたドライエッチング工程により耐キャビテーション層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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
（１−２）第１の実施の形態の動作
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２６に素子分離領域２７が作成されて半導体素子であるトランジスタ２２、２３が作成された後、絶縁層２８により絶縁されてプラグ２４が作成され、１層目の配線パターン２５が作成される。また続いて絶縁層３２により絶縁されて発熱素子３５が作成された後、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）。
【００５５】
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２２、２３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。
【００５６】
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の駆動による熱伝導が、素子分離領域２７と１層目及び２層目の層間絶縁膜２８及び３２とにより低減され、これにより発熱素子３５の熱がインク液室４４に効率良く伝搬される。
【００５７】
この実施の形態に係るプリンタヘッド２１においては、このような蓄熱層として機能する１層目の層間絶縁膜２８が、図７について上述した構成に比して約２〜３倍の膜厚により作成される。このためプリンタヘッド２１では、この層間絶縁膜２８を開口して作成されるコンタクトホール２９にトランジスタ２２、２３と１層目の配線パターン２５との接続用の導体であるプラグ２４がタングステンにより作成される。このタングステンにおいては、配線パターンを構成する材料であるアルミニュームに比してトランジスタ２２、２３への通電により断線困難な材料である。これによりプリンタヘッド２１では、蓄熱層として機能する１層目の層間絶縁膜２８の膜厚を十分に確保し、さらに配線パターン２５の膜厚を薄くしても、コンタクトホール２９におけるプラグ２４、１層目の配線パターン２５の断線を防止することができる。
【００５８】
またプリンタヘッド２１では、１層目の配線パターン２５がこのプラグ２４に接続されることにより、従来に比して薄い膜厚により配線パターン２５が作成され、またその分２層目の層間絶縁膜３３の膜厚においても従来に比して薄い膜厚により作成される。これによりプリンタヘッド２１では、この層間絶縁膜３２を開口して作成されるビアホール３４による段差を小さくすることができ、この段差による２層目の配線パターン３６の断線を防止することができる。
【００５９】
（１−３）第１の実施の形態の効果
以上の構成によれば、半導体素子であるトランジスタと配線パターンとをプラグにより接続することにより、蓄熱層の膜厚を十分に確保しても、配線パターンの断線を防止することができる。
【００６０】
またこのプラグが、配線パターンの構成材料であるアルミニュームに比して、トランジスタへの通電により断線困難な材料であるタングステンにより形成されることにより、コンタクトホールにおけるプラグ、このプラグに接続する配線パターンの断線を防止することができる。
【００６１】
また配線パターンが、第１の層間絶縁膜を間に挟んでトランジスタの上層に形成される第１の配線パターンと、第２の層間絶縁膜を間に挟んで第１の配線パターンの上層に形成される第２の配線パターンとにより構成され、この第１の層間絶縁膜の膜厚が、第２の層間絶縁膜の膜厚に比して厚く形成されることにより、第２の層間絶縁膜を開口して作成されるビアホールによる段差を小さくすることができ、この段差による第２の配線パターンの断線を防止することができる。
【００６２】
（２）第２の実施の形態
図６は、第２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。このプリンタヘッドにおいては、トレンチ構造による素子分離領域に代えて、フィールド酸化膜による素子分離領域により形成される。なおこの実施の形態においては、この素子分離領域に関する作成工程を除いて第１の実施の形態のプリンタヘッドと同一に構成されることにより、同一の構成においては、対応する符号を付して示し、説明は省略する。
【００６３】
すなわちプリンタヘッド５１は、ウエハによるシリコン基板５６が洗浄された後、シリコン窒化膜（Ｓｉ_３ Ｎ_４ ）が堆積される。続いてプリンタヘッド５１は、リソグラフィー工程、リアクティブエッチング工程によりシリコン基板５６が処理され、これによりトランジスタ２２、２３を形成する所定領域以外の領域よりシリコン窒化膜が取り除かれる。これらによりプリンタヘッド５１には、シリコン基板５６上のトランジスタを形成する領域にシリコン窒化膜が形成される。
【００６４】
続いてプリンタヘッド５１は、熱酸化工程によりシリコン窒化膜が除去された領域にシリコン酸化膜が形成され、このシリコン酸化膜によりトランジスタを分離するための素子分離領域５７が形成される。
【００６５】
続いてプリンタヘッド５１は、シリコン基板５６が洗浄された後、トランジスタ２２、２３、１層目の層間絶縁膜２８、プラグ２４が順次作成される。
【００６６】
この実施の形態のように、シリコン基板５６の熱酸化処理により素子分離領域５７を作成した後、プラグ２４を作成するようにしても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
（３）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、タンタルにより発熱素子を形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これに代えてタンタルナイトライド（ＴａＮ_Ｘ ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）等のタンタル化合物により発熱素子を形成する場合にも広く適用することができる。
【００６８】
また上述の実施の形態においては、タングステンによりプラグ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、半導体素子への通電により断線困難でかつ導体であれば、種々の材料をプラグの材料に広く適用することができる。
【００６９】
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液体吐出ヘッド、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。
【００７０】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、半導体素子と配線パターンとをプラグにより接続することにより、蓄熱層の膜厚を十分に確保しても、配線パターンの断線を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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】本発明の第２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７】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、５１……プリンタヘッド、２、２６、５６……シリコン基板、３、２７、５７……素子分離領域、４、５、２２、２３……トランジスタ、８、１２、２５、３６……配線パターン、１０、３５……発熱素子、２４……プラグ

Claims (5)

1. 液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、前記発熱素子に半導体素子を接続する配線パターンと、前記配線パターンを介して前記発熱素子を駆動する前記半導体素子とが所定の基板上に一体に保持されて、前記発熱素子の駆動により所定のノズルより前記液体の液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドにおいて、
   前記配線パターンと前記半導体素子とがプラグにより接続された
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記プラグが、タングステンにより形成された
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記配線パターンが、
   第１の層間絶縁膜を間に挟んで前記半導体素子の上層に形成された第１の配線パターンと、
   第２の層間絶縁膜を間に挟んで前記第１の配線パターンの上層に形成された第２の配線パターンとであり、
   前記第１の層間絶縁膜の膜厚が、前記第２の層間絶縁膜の膜厚に比して厚く形成された
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
4. 液体吐出ヘッドに設けられた発熱素子の駆動により液滴を飛び出させる液体吐出装置において、
   前記液体吐出ヘッドが、
   液室に保持した液体を加熱する前記発熱素子と、前記発熱素子に半導体素子を接続する配線パターンと、前記配線パターンを介して前記発熱素子を駆動する前記半導体素子とが所定の基板上に一体に保持され、
   前記配線パターンと前記半導体素子とがプラグにより接続された
   ことを特徴とする液体吐出装置。
5. 液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、前記発熱素子に半導体素子を接続する配線パターンと、前記配線パターンを介して前記発熱素子を駆動する前記半導体素子とが所定の基板上に一体に保持されて、前記発熱素子の駆動により所定のノズルより前記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おいて、
   前記配線パターンと前記半導体素子とをプラグにより接続する
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。

Images