JP2005041176A - 発熱抵抗体及びその製造方法、並びに、インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱抵抗体層における高抵抗領域（バブル発生領域）の抵抗制御性及びエネルギー効率を向上させると共に、低抵抗領域（寄生抵抗領域）の十分な低抵抗を確保した発熱抵抗体及びその製造方法、並びに、インクジェット記録ヘッド及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 例えば低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３からなる低抵抗領域と、前記低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３よりも薄い膜厚の高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２からなる高抵抗領域と、で構成された発熱抵抗体層６を備える発熱抵抗体及びその製造方法、並びに、インクジェット記録ヘッド及びその製造方法である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ノズル内に保持されたインクに熱エネルギーを印加してこれを噴射するサーマルタイプのインクジェット記録ヘッドなどに利用される発熱抵抗体及びその製造方法、並びに、インクジェット記録ヘッド及びその製造方法。

近年、インクジェット記録装置は低価格でありながら高画質なカラー記録装置として注目されている。インクジェット記録装置のインクジェット記録ヘッドとしては、例えば圧電材料によって圧力室を機械的に変形させることによって発生した圧力によってノズルからインクを噴射させる圧電型のインクジェット記録ヘッドや、個別流路に配設された発熱素子に通電し、インクを気化させた圧力でノズルからインクを噴射させるサーマル型のインクジェット記録ヘッドが知られている。

現在のサーマル型のインクジェット記録ヘッドとしては、例えば、特許文献１〜３などに記載されたインクジェット記録ヘッドが知られている。

ここで、図１１（Ａ）〜（Ｅ）に、サーマルタイプのインクジェット記録ヘッドにおけるインク滴生成過程を示す。図中、１００は流路基板、１０２は液体流路、１０３はヒーター基板、１０４は独立電極、１０５は共通電極、１０６は発熱抵抗体層、１０７は絶縁膜、１０８はピット、１０９はノズル、１１０はインク、１１１は気泡、１１２は生成されたインク滴である。

サーマルタイプのインクジェット記録ヘッドでは、発熱抵抗体層１０６に一時的に通電加熱することによって、インク１１０が急激に沸騰し、気泡１１１が発生すると共に液体流路１０２内で急激に成長する。そして、この気泡１１１の成長時の圧力により、ノズル１０９から、インク滴１１２を噴射させると共に、紙などの被記録物に着弾させ、記録画素を形成する。
特開平９−２２６１０２ 特開２０００−１５８６５５ 特開２０００−１５８６５６

ところで、サーマルタイプのインクジェット記録ヘッドにおける発熱抵抗体層は、多結晶Ｓｉ膜の抵抗値を膜に導入する不純物イオン（ここではリン）の量で制御すると共に、高抵抗領域と低抵抗領域とに分けられている。この高抵抗領域における多結晶Ｓｉ膜は、バブル発生領域となるため、その抵抗値は比較的高い値となる。

一方、バブル発生に寄与しない低抵抗領域における多結晶Ｓｉ膜は、その抵抗が寄生抵抗となり、電流Ｉの２乗×その抵抗値Ｒ（Ｉ²・Ｒ）のエネルギーに相当する余分な発熱を引き起こす。この発熱はヘッド温度の上昇を促進して、ヘッド操作方向の濃度ムラ不良や気泡による白スジ不良といった画質欠陥を招く。

また、これを回避するために繰り返しインク噴射周波数を低下させると印刷速度が低下するという不具合が生じてしまう。

このため低抵抗領域における多結晶Ｓｉ膜の抵抗を十分に低下させるために、不純物イオン導入量をできるだけ多くしているのが現状である。

しかし、発熱抵抗体層としての多結晶Ｓｉ膜に導入する不純物イオンの量が多くなりすぎるとの抵抗率が飽和するため、膜厚が薄いと所望の抵抗まで低下させることができなくなる。

また、不純物イオンの導入法として制御性の良いイオン注入法が一般的に使用されるが、実用的なイオン加速エネルギーで打ち込んだ場合、多結晶Ｓｉ膜が薄いとイオンの一部が膜を突き抜けてしまい、抵抗制御性（均一性）が悪化したり、下地デバイス（トランジスタ領域）に侵入して電気特性を変動させたりするといった問題も生じる。

これら２つの理由のため、実際には多結晶Ｓｉ膜（発熱抵抗体層）を所定の厚さ（厚め）に調整しているが、多結晶Ｓｉ膜（発熱抵抗体層）の膜厚が厚くなると、発熱抵抗体層自体の熱容量が大きくなるためにインクに伝わる熱量が低下してエネルギー効率が低下するという不具合が発生する。

従って、本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明の目的は、発熱抵抗体層における高抵抗領域（バブル発生領域）の抵抗制御性及びエネルギー効率を向上させると共に、低抵抗領域（寄生抵抗領域）の十分な低抵抗を確保した発熱抵抗体及びその製造方法、並びに、インクジェット記録ヘッド及びその製造方法を提供することである。

上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、本発明は、
本発明の発熱抵抗体は、低抵抗領域と、前記低抵抗領域よりも薄い膜厚の高抵抗領域と、で構成された発熱抵抗体層を備えることを特徴とする。

本発明の発熱抵抗体では、不純物イオンのドープ量に加え発熱抵抗体層の膜厚を変えることで、抵抗値を制御している。即ち、発熱抵抗体層は、膜厚が厚い領域（高抵抗領域よりも膜厚が厚い）を低抵抗領域とし、厚みが薄い（低抵抗領域の膜厚よりも薄い）領域を高抵抗領域として構成している。このため、高抵抗領域は、膜厚を薄くすることで、抵抗制御性及びエネルギー効率を十分確保すると共に、低抵抗領域は、厚みを厚くすることで、十分な低抵抗の確保が実現される。

また、本発明の発熱抵抗体においては、例えば、さらに、前記発熱抵抗体層における低抵抗領域上に設けられた絶縁層と、前記絶縁膜を貫通して前記発熱抵抗体層と電気的に接続する電極層と、前記発熱抵抗体層における高抵抗領域上を被覆する被覆層と、を有する構成が挙げられる。

また、本発明の発熱抵抗体においては、前記被覆層が、さらに前記発熱抵抗体層における低抵抗領域の一部、及び前記絶縁層を被覆していることが好適である。

また、本発明の発熱抵抗体は、前記被覆層により被覆された前記発熱抵抗体層における低抵抗領域の一部が、高抵抗領域の膜厚と略同等であることが好適である。

一方、本発明の発熱抵抗体の製造方法は、上記本発明の発熱抵抗体を製造するためのものであって、
一定膜厚の発熱抵抗体層の一部を所望の膜厚になるまでエッチング除去し、発熱抵抗体層に低抵抗領域と、前記低抵抗領域よりも薄い膜厚の高抵抗領域と、を形成することを特徴としている。

本発明の発熱抵抗体の製造方法では、一定膜厚の発熱抵抗体層の一部を、所望の膜厚、即ち所望の抵抗値に達するまでエッチング除去し、このエッチング除去して残存した領域を高抵抗領域とし、当該以外の領域を低抵抗領域として形成する。このため、簡易に、発熱抵抗体層に低抵抗領域と、前記低抵抗領域よりも薄い膜厚の高抵抗領域と、を形成することが可能となる。

また、本発明の発熱抵抗体の製造方法においては、エッチング除去する前に、一定膜厚の前記発熱抵抗体層を、熱拡散法により所定の抵抗値に制御していることが好適である。

また、本発明の発熱抵抗体の製造方法においては、エッチング除去する前に、一定膜厚の前記発熱抵抗体層に予め低抵抗領域と高抵抗領域とを形成しておき、前記発熱抵抗体層における前記高抵抗領域をエッチング除去して、発熱抵抗体層に低抵抗領域と、前記低抵抗領域よりも薄い膜厚の高抵抗領域と、を形成することが好適である。この一定膜厚の前記発熱抵抗体層における低抵抗領域と高抵抗領域とは、イオン注入法により形成することが好適である。

また、本発明の発熱抵抗体の製造方法においては、前記エッチング除去が、反応性イオンエッチング法により行うことが好適である。

一方、本発明のインクジェット記録ヘッド及びその製造方法は、上記本発明の発熱抵抗体及びその製造方法を適用したものである。

以上、本発明によれば、発熱抵抗体層における高抵抗領域（バブル発生領域）の抵抗制御性及びエネルギー効率を向上させると共に、低抵抗領域（寄生抵抗領域）の十分な低抵抗を確保を実現する、という効果を奏する。

以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。なお、実質的に同じ機能を有する部材には、全図面通して同じ符号を付与して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるヒーターチップの平面構成図である。２１は駆動素子であり、各発熱抵抗体層６にはこれらに対して個別に駆動エネルギーを伝達するための独立電極４および通常電源電極配線として機能する共通電極５が接続される。また駆動素子２１の端部にも共通電極２２配線が接続され、通常電源電極配線として機能する。画像情報に応じて、駆動素子２１がＯＮし発熱抵抗体層６を通電加熱することによって発熱させている。また発熱抵抗体層６の材料としては各種検討されているが多結晶Ｓｉ材料はＬＳＩロジック回路搭載のインクジェットヘッドにおいて通常のＭＯＳＬＳＩプロセスのゲート電極材料として用いられるため、これらの共通化が可能となり工程を簡略化できる。

図２は、本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図であり、ヒーター基板３上に多結晶Ｓｉからなる発熱抵抗体層６で構成される発熱抵抗体部３１とそれに電流を供給する駆動素子２１と画像情報の信号処理をするロジック回路部４５をＬＳＩプロセスを用いて形成している。そして、このヒーター基板３と、流路が形成された流路基板１とをノズル９が形成されるように接合されてインクジェット記録ヘッドは構成されている。

発熱抵抗体部３１は、高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２（高抵抗領域）と低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３（低抵抗領域）とからなる発熱抵抗体層６で構成されている。

この発熱抵抗体層６における高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２領域は主に発熱領域（バブル発生領域）を規定する。一方、高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２の両側にある低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３の領域はたとえ十分な発熱量があってもその上部に第１の層間絶縁膜３６があるためインクに伝わる熱エネルギーは小さくなる。そのためこの低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３の領域は余分なエネルギーロスを小さくするという点からあらかじめ多結晶Ｓｉに高濃度の不純物イオンを注入し抵抗を十分に下げている。

これに加えて、本実施形態では、高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２を、低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３（低抵抗領域）よりも膜厚を薄く構成し、膜厚によっても抵抗を制御している。即ち、高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２は薄膜化することにより、高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２よりも高抵抗化させた構成としている。

また、高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２周辺の低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３は、後述するように、エッチングによって高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２と共に薄膜化され、高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２の膜厚と略同等に構成されている。このように構成することで、絶縁膜ピット８(開口)の端部をバブル発生領域となる高抵抗多結晶Si膜３２の上から外すことができるため、この段差部での熱ストレスによる破壊に対して強くなる。

また、絶縁膜ピット８（開口）の端部はこの低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３の上部にくるように配設しており、さらにポリイミド樹脂層４２のピットの端部は絶縁膜ピット８の外側にくるように配設している。

そして、高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２上、その周辺の薄膜化された低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３上、絶縁膜ピット８（開口）内壁、に渡って、耐インク層４０（被覆層）が被覆されている。このように、耐インク層４０を高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２上に被覆する、さらには、低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３上に設けられる絶縁層上に被覆することで、インクによる侵食を防止している。

図３〜図６は、本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるヒーター基板の製造工程を示すフロー図である。

まず、Ｓｉ基板３を準備し（図３（Ａ））、Ｓｉ基板３の表面に通常のＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉ）法を用いてトランジスタ領域を規定する（図３（Ｂ））。ここは後に、発熱抵抗体部３１の領域、ロジック回路部４５の領域あるいは駆動素子２１の領域等に相当する。フィールド酸化膜４４は１０００℃の水素燃焼酸化で約１．５μｍ成長させる。この酸化膜は素子分離領域としてだけでなく、後に発熱抵抗体層としての多結晶Ｓｉの下の蓄熱層としても働くためできるだけ厚いことが望ましい。

続いてトランジスタのゲート酸化膜５１を１０００℃の水素燃焼酸化で約１００ｎｍ成長させる（図３（Ｃ））。

続いて、ＭＯＳトランジスタのゲート電極３４と発熱抵抗体層６の材料となる多結晶Ｓｉ薄膜５２をＣＶＤ（化学的気相成長）法で約０．４μｍ着膜する（図３（Ｄ））。

続いて多結晶Ｓｉ膜５２にｎ型不純物であるリンをイオン注入法にて全面に導入する（図３（Ｅ））。この段階で導電性の多結晶Ｓｉ膜５３になる。この多結晶Ｓｉ膜５３は後に高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２となるものである。

続いて後に高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２となる領域をホトリソグラフィー法で形成したレジストで覆い、ｎ型不純物であるリンをイオン注入しこの領域をさらに抵抗の低い多結晶Ｓｉ膜３３にする（図３（Ｆ））。この領域の多結晶Ｓｉは後に発熱抵抗体層６の低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３あるいはＭＯＳトランジスタのゲート電極３４となるものである。

続いてホトリソグラフィー法とフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いて発熱抵抗体層６とＭＯＳトランジスタのゲート電極３４をパターニング（加工）する（図４（Ｇ））。

その後、ＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン拡散層３５を砒素のイオン注入法とその後の熱処理にて形成する（図４（Ｈ））。

続いて第１の層間絶縁膜３６を形成する（図４（Ｉ））。ここでは膜としてＣＶＤ法で約６００ｎｍ着膜したＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ：Ｓｉ酸化膜）膜に平坦化のための熱処理を施したものを用いる。

続いてホトリソグラフィー法とフッ素系のガスを用いたドライエッチング法にて各素子の電気的接続口となるコンタクトホール３７を開口する（図４（Ｊ））。

続いて第１の金属配線層３８（独立電極４、共通電極５）を形成する（図４（Ｋ））。ここでは金属配線の材料としてスパッタ法で約１μｍ着膜したＡｌ―１％Ｓｉ膜を用い、パターニングはホトリソグラフィー法と塩素系ガスを用いたドライエッチング法で実施した。

続いて表面保護層４１としてＳｉＨ₄系ガスを用いたプラズマＣＶＤ法で約５００ｎｍのＳｉ酸化膜を着膜する（図５（Ｌ））。

続いて絶縁膜ピット８を形成するため、ホトリソグラフィー法、及びフッ素系ガス（例えばＣＦ₄及びＣＨＦ₃）を用いたドライエッチング法で発熱抵抗体層６における高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２及びその周辺（低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３の一部）上の表面保護層４１（Ｓｉ酸化膜）及び第１の層間絶縁膜３６（Ｓｉ酸化膜）をエッチング除去する（図５（Ｍ））。ここで、Ｂｏｎｄｉｎｇ Ｐａｄ ３９も同時に形成する。
なお、このときのエッチング条件を、Ｓｉ酸化膜（表面保護層４１及び第１の層間絶縁膜３６）と多結晶Ｓｉ膜（発熱抵抗体層６）との選択比を適宜選択し（選択比を大きくとる）、下層の多結晶Ｓｉ膜（発熱抵抗体層６）のエッチングを防止することがよい。これは、発熱抵抗体層６における高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２の膜厚を精度よく制御する観点からよい。

このようにして、発熱抵抗体層６上に絶縁膜ピット８としての開口を設ける。この絶縁膜ピット８は異種の２層構造の膜（第１の層間絶縁膜３６を構成するＢＰＳＧからなるＳｉ酸化膜）と、表面保護層４１を構成するプラズマＣＶＤによるＳｉ酸化膜と、の２層構造の膜）を除去するため、従来例の加工に用いていたＷｅｔエッチング法ではいわゆるアンダーカットが発生するため両者のエッチングレートを高精度であわせない限り形状の制御が難しい。その点ドライエッチング法による加工では膜種によらずほぼ垂直に加工できるため２層構造の膜でも形状制御性よく加工できるという利点がある。

続いてホトリソグラフィー法、及びフッ素系ガス（例えばＣＦ₄）を用いたドライエッチング法で発熱抵抗体層６における高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２及びその周辺（低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３の一部）をエッチング除去して、高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２が所望の抵抗値に達するまで薄膜化する（図５（Ｎ））。

続いて耐インク層４０としてＳｉ窒化膜とＴａ膜を形成する（図５（Ｏ））。ここではＳｉ窒化膜はアンモニア系ガスを用いたプラズマＣＶＤ法で着膜し、その上にＴａ膜をスパッタ法で着膜した。これら２層膜をホトリソグラフィー法とフッ素系ガスを用いたプラズマエッチング法でパターニングする。

最後に流路を形成するためのポリイミド樹脂層４２を形成してヒーター基板の作製を完了する（図６（Ｐ））。

一方、流路基板１については、従来と同様であり、例えば、Ｓｉ基板に、発熱抵抗体部３１に対応した液体流路２となる溝と、ノズル９後方に延長されバイパス流路部４３と、リザーバー４７及び液体供給口４６となる貫通孔とを形成する。

そして、上述のようにして作製されたヒーター基板３と位置合わせを行った後、接合する。これにより、上記インクジェット記録ヘッドが作製される。

このように、本実施形態では、発熱抵抗体層６において、バブル発生に寄与する高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２（高抵抗領域）を薄膜化して十分に高い抵抗値を付与して、抵抗制御性及びエネルギー効率を実現する一方で、バブル発生に寄与しない寄生抵抗となり得る低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３（低抵抗領域）は厚いまま維持させて、十分に低い抵抗値が付与されており、余分な発熱が抑制され、ヘッド温度の上昇が少なく、ヘッド操作方向の濃度ムラ不良や気泡による白スジ不良といった画質欠陥を防止することができる。

また、本実施形態では、予め発熱抵抗体体層６にイオン注入法によって不純物イオンを導入して、高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２（高抵抗領域）と低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３（低抵抗領域）を形成した後、エッチングにより、高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２（高抵抗領域）を薄膜化しているため、発熱抵抗体体層６の各領域の抵抗値を容易に制御することができる。また、薄膜化前の高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２（高抵抗領域）にイオン注入法によって不純物イオンを導入しているので、イオン注入時のイオンの付き抜けに伴う不純物イオン量のバラツキを回避することができると共に、不純物イオンの下地デバイス（トランジスタ領域）への侵入を防止し電気特性の変動がなくなる。

また、本実施形態では、ポリイミド樹脂層のピットが前記絶縁膜のピット８の外側に形成されてると共に、耐インク層４０が第１の金属配線層３８を覆うように配設されている（図３参照）。これは、第１の金属配線層３８と耐インク層４０の間に挿入された表面保護層４１がこれら層間の絶縁性を確保できるようにしたために実現できるものである。本実施形態では繰り返し印字動作中にたとえポリイミド樹脂層４２が剥離しその界面からインクが侵入しても、表面保護層４１と第１の金属配線層３８はインク耐性が強い耐インク層（ＴａとＳｉ窒化膜の２層膜）に保護され溶解およびそれによる断線不良を引き起こすことはない。

また、本実施形態では、耐インク層４０がノズル９後方に延長されバイパス流路部４３の一部（底部）を構成している（図２参照）。

（第２の実施の形態）
上記第１の実施形態は、１層金属配線プロセスを用いた場合の例について示したものであるが、ヘッドの仕様によっては電流を多く流さなくてはならないものもあり、この場合には配線による電圧降下の問題等を抑制するために電源配線とＧＮＤ配線を２層目の金属配線で形成するという方法がとられる（例えば、特開２０００−１０８３５５参照）。本発明は、２層以上の金属配線プロセスにも適用することができる。

そこで、本実施形態では、２層目の金属配線を形成した形態について説明する。

図７は、本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図であり、本実施形態は、１層目の金属配線層６２（第１の金属配線層３８）と表面保護層４１の間に第２層目の層間絶縁膜６３が付加されており、第２層目の層間絶縁膜６３上に２層目の金属配線層６５を設けた構成である。

図８〜図１０は、本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるヒーター基板の製造工程を示すフロー図である。ここでは１層目金属配線形成工程までは第１の実施形態における図３（Ａ）〜図４（Ｋ）までと同じであるため説明は省略し、図８（Ｌ）から説明する。

まず、第１層目の層間絶縁膜６１上に形成された第１層目の金属配線層６２と第２層目の金属配線層６５の間を電気的に絶縁するための第２層目の層間絶縁膜６３を形成する（図８（Ｌ））。ここではシラン系のガスを用いたプラズマＣＶＤ法で形成した約７００ｎｍのＳｉ酸化膜を用いる。

続いて第１層目の金属配線層６２と第２層目の金属配線層６５の接続口となるいわゆるＶＩＡ開口６４をホトリソグラフィー法とフッ素系ガスを用いたドライエッチング法にて開口する（図８（Ｍ））。

次に第２層目の金属配線層６５を形成する（図８（Ｎ））。ここでは金属配線の材料としてスパッタ法で約１μｍ着膜したＡｌ―１％Ｓｉ膜を用い、パターニングはホトリソグラフィー法と塩素系ガスを用いたドライエッチング法で実施した。ここで、図中、６６は電源配線層を示し、６７は接地配線層を示している。

続いてデバイスの表面保護層４１を形成する（図９（Ｏ））。ここではシラン系のガスを用いたプラズマＣＶＤ法で形成した約５００ｎｍのＳｉ酸化膜を用いる。

続いて発熱抵抗体層６における高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２及びその周辺上部の膜（第１層目の層間絶縁膜６１を構成するＢＰＳＧからなるＳｉ酸化膜と、第２層目の層間絶縁膜６３及び表面保護層４１を構成するプラズマＣＶＤによるＳｉ酸化膜と、の２層膜構成）を、ホトリソグラフィー法とフッ素系ガス（例えばＣＦ₄及びＣＨＦ₃）を用いたドライエッチング法にて順次除去して絶縁膜ピット８を形成する（図９（Ｐ））。この時同時にＢｏｎｄｉｎｇ Ｐａｄ ３９も開口する。

続いてホトリソグラフィー法、及びフッ素系ガス（例えばＣＦ₄）を用いたドライエッチング法で発熱抵抗体層６における高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２及びその周辺（低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３の一部）をエッチング除去して、高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２が所望の抵抗値に達するまで薄膜化する（図９（Ｑ））。

続いて耐インク層４０としてＳｉ窒化膜とＴａ膜の積層膜を形成する（図９（Ｒ））。ここではＳｉ窒化膜はアンモニア系ガスを用いたプラズマＣＶＤ法で着膜し、その上にＴａ膜をスパッタ法で着膜した。これら２層膜をホトリソグラフィー法とフッ素系ガスを用いたプラズマエッチング法でパターニングする。

最後に流路を形成するためのポリイミド樹脂層４２を形成してヒーター基板の作製を完了する（図１０（Ｓ））。ここでは感光性ポリイミドを用い、露光現像によりポリイミド樹脂層のピットを開口した。同ピットの端部は絶縁膜ピット８の外側に位置するように配置している。

このようにしてヒーター基板３を作製する。

本実施形態では、ＬＳＩのゲート電極材料として用いている多結晶Ｓｉを発熱抵抗体層６として用いてもＬＳＩデバイス特性を損なうことなく２層金属配線で構成される電源配線と接地電極配線を形成することが可能となり電源配線の電圧降下による印字不均一を抑制できる（高画質化）。

また、本実施形態は、ＬＳＩのゲート電極材料を発熱抵抗体として用いるため（共通化）、低コストで実現できる。

また、本実施形態では、（１）寄生抵抗となる多結晶Ｓｉ部の長さを短くできる。これにより本寄生抵抗を低減でき、エネルギー効率の改善（とそれに伴う印字速度の改善）が達成できる。（２）金属配線層が耐インク層に保護されるため長寿命化（信頼性の向上）が達成できる。（３）ポリイミド樹脂層を１層にできるため低コスト化が図れる。

（第３の実施の形態）
上記第１及び第２の実施形態では、予め発熱抵抗体層６にイオン注入法によって不純物イオンを導入して、高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２（高抵抗領域）と低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３（低抵抗領域）を形成した後、エッチングにより、高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２（高抵抗領域）を薄膜化している形態を説明したが、本実施形態では、発熱抵抗体層６の一部をエッチング除去して薄膜化することのみで、高抵抗多結晶Ｓｉ膜３２（高抵抗領域）と低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３（低抵抗領域）を形成する形態について説明する。

本実施形態では、まず、発熱抵抗体層６となり得る多結晶Ｓｉ膜５２を形成した後（図３（Ｄ）参照）、当該多結晶Ｓｉ膜５２に、フルドープしておく。そして、絶縁膜ピット８により露出した発熱抵抗体層６（フルドープした多結晶Ｓｉ膜５２）表面をエッチング除去して、薄膜化して高抵抗多結晶Ｓｉ３２（高抵抗領域）を形成する。無論、薄膜化を施していない発熱抵抗体層６の領域は低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３（低抵抗領域）となる。

ここで、フルドープ法としては、ＰＯＣｌ₃ガスを用いたバッチ処理の熱拡散法が好適に適用できる。この熱拡散法では実用的な工程時間で多結晶Ｓｉ膜５２を飽和抵抗値まで下げられる。

例えば、４０００Åの多結晶Ｓｉ膜で１０００℃の熱処理を施したと仮定した場合、従来のイオン注入法では約１時間／枚の処理時間をかけても抵抗値は１５Ω／□程度までしか低下しない。一方、ＰＯＣｌ₃ガスを用いた熱拡散法では約１分／枚の処理時間（スループット）で抵抗値は飽和抵抗値の１２Ω／□程度まで低下する（これ以上、拡散時間を延長してもシート抵抗値は減少しない）。飽和抵抗値まで低下させることができるので制御性（ウエハ間均一性、ウエハ内均一性）もよい。シート抵抗値をρｓ、抵抗率をρ、膜厚をｄとすると、ρｓは下記式（１）で表される。
式（１）：ρｓ＝ρ／ｄ

ここで、先ほどのパラメータ（飽和抵抗値１２Ω／□×膜厚４０００Å）を用いて抵抗率ρ（＝ρｓ×ｄ）を計算すると、４８０μΩ・ｃｍとなる。所望のシート抵抗値を６０Ω／□とすると、必要となる膜厚ｄはρ／ρｓ＝（４８０×１０^-6）／６０＝８００Åとなる。いうまでも無く、この時の寄生抵抗成分となる低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３のシート抵抗値は１２Ω／□のままである。仮に従来法でこの膜厚（８００Å）を適用すると低抵抗多結晶Ｓｉ膜３３のシート抵抗値ρｓはρ／ｄ＝（４８０×１０^-6）／（８００×１０^-8）＝６０Ω／□となってしまう。なお、上記ではＰＯＣｌ₃ガスを用いたバッチ処理の熱拡散法によるフルドープをした場合について計算したが、イオン注入法を用いたドープについても同様に計算できる。

上記何れの実施の形態では、発熱抵抗体層６としての多結晶Ｓｉ膜を薄膜化するドライエッチング法を適用するが、ドライエッチングには大きく分けて、ラジカルエッチング、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、に分けられる。前２つの方法（ラジカルエッチング、プラズマエッチング）では等方性にエッチングされるため、例えば、第１の層間絶縁膜３６の下方の多結晶Ｓｉ膜もえぐれてエッチングされ、アンダーカットが発生してしまうことがある。この状態で耐インク層４０を形成すると、アンダーカット部で耐インク層４０の段切れが生じる虞がある。こうなるとインクが発熱抵抗体層６に接触しその箇所から侵食が進むことがある。その点、後者の反応性イオンエッチングを用いるとイオンの垂直性と側壁保護効果により、アンダーカットがない垂直形状が得られる（図５（Ｍ）、（Ｎ）を参照）ため好適である。

なお、本実施形態は、インクジェット記録ヘッド及びその製造方法について説明したが、例えば、バイオケミカルチップなどに利用される発熱抵抗体及びその製造方法にも適用することができる。

なお、上記何れの実施形態においても、限定的に解釈されるものではなく、本発明の要件を満足する範囲内で実現可能であることは、言うまでもない。

本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるヒーター基板の平面構成図である。 本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるヒーター基板の製造工程を示すフロー図である。 本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるヒーター基板の製造工程を示すフロー図である。 本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるヒーター基板の製造工程を示すフロー図である。 本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるヒーター基板の製造工程を示すフロー図である。 本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるヒーター基板の製造工程を示すフロー図である。 本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるヒーター基板の製造工程を示すフロー図である。 本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるヒーター基板の製造工程を示すフロー図である。 サーマルタイプのインクジェット記録ヘッドにおけるインク滴生成過程を示す図である。

符号の説明

１ 流路基板
２ 液体流路
３ ヒーター基板
４ 独立電極
５ 共通電極
６ 発熱抵抗体層
８ 絶縁膜ピット
９ ノズル
３１ 発熱抵抗体部
３６ 第１の層間絶縁膜
３７ コンタクトホール
３８ 第１の金属配線層
４０ 耐インク層
４１ 表面保護層
４２ ポリイミド樹脂層
４３ バイパス流路部
４４ フィールド酸化膜
４５ ロジック回路部
４６ 液体供給口
４７ リザーバー
６１ 第１層目の層間絶縁膜（第１の層間絶縁膜）
６２ 第１層目の金属配線層
６３ 第２層目の層間絶縁膜
６４ ＶＩＡ開口
６５ 第２層目の金属配線層

Claims (18)

1. 低抵抗領域と、前記低抵抗領域よりも薄い膜厚の高抵抗領域と、で構成された発熱抵抗体層を備えることを特徴とする発熱抵抗体。
2. さらに、前記発熱抵抗体層における低抵抗領域上に設けられた絶縁層と、
   前記発熱抵抗体層と電気的に接続する電極層と、
   前記発熱抵抗体層における高抵抗領域上を被覆する被覆層と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の発熱抵抗体。
3. 前記被覆層は、さらに前記発熱抵抗体層における低抵抗領域の一部、及び前記絶縁層を被覆することを特徴とする請求項２に記載の発熱抵抗体。
4. 前記被覆層により被覆された前記発熱抵抗体層における低抵抗領域の一部は、高抵抗領域の膜厚と略同等であることを特徴とする請求項３に記載の発熱抵抗体。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の発熱抵抗体を製造する発熱抵抗体の製造方法であって、
   一定膜厚の発熱抵抗体層の一部を所望の膜厚になるまでエッチング除去し、発熱抵抗体層に低抵抗領域と、前記低抵抗領域よりも薄い膜厚の高抵抗領域と、を形成することを特徴とする発熱抵抗体の製造方法。
6. 一定膜厚の前記発熱抵抗体層は、熱拡散法により所定の抵抗値に制御していることを特徴とする請求項５に記載の発熱抵抗体の製造方法。
7. 一定膜厚の前記発熱抵抗体層に予め低抵抗領域と高抵抗領域とを形成しておき、前記発熱抵抗体層における前記高抵抗領域をエッチング除去して、発熱抵抗体層に低抵抗領域と、前記低抵抗領域よりも薄い膜厚の前記高抵抗領域と、を形成することを特徴とする請求項６に記載の発熱抵抗体の製造方法。
8. 一定膜厚の前記発熱抵抗体層における低抵抗領域と高抵抗領域とは、イオン注入法により形成することを特徴とする請求項７に記載の発熱抵抗体の製造方法。
9. 前記エッチング除去が、反応性イオンエッチング法により行うことを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の発熱抵抗体の製造方法。
10. 低抵抗領域と、前記低抵抗領域よりも薄い膜厚の高抵抗領域と、で構成された発熱抵抗体層を備えることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
11. さらに、前記発熱抵抗体層における低抵抗領域上に設けられた絶縁層と、
    前記発熱抵抗体層と電気的に接続する電極層と、
    前記発熱抵抗体層における高抵抗領域上を被覆する被覆層と、
    を有することを特徴とする請求項１０に記載のインクジェット記録ヘッド。
12. 前記被覆層は、さらに前記発熱抵抗体層における低抵抗領域の一部、及び前記絶縁層を被覆することを特徴とする請求項１１に記載のインクジェット記録ヘッド。
13. 前記被覆層により被覆された前記発熱抵抗体層における低抵抗領域の一部は、高抵抗領域の膜厚と略同等であることを特徴とする請求項１２に記載のインクジェット記録ヘッド。
14. 請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドを製造するインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
    一定膜厚の発熱抵抗体層の一部を所望の膜厚になるまでエッチング除去し、発熱抵抗体層に低抵抗領域と、前記低抵抗領域よりも薄い膜厚の高抵抗領域と、を形成することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
15. 一定膜厚の前記発熱抵抗体層は、熱拡散法により所定の抵抗値に制御していることを特徴とする請求項１４に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
16. 一定膜厚の前記発熱抵抗体層に予め低抵抗領域と高抵抗領域とを形成しておき、前記発熱抵抗体層における前記高抵抗領域をエッチング除去して、発熱抵抗体層に低抵抗領域と、前記低抵抗領域よりも薄い膜厚の前記高抵抗領域と、を形成することを特徴とする請求項１４に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
17. 一定膜厚の前記発熱抵抗体層における低抵抗領域と高抵抗領域とは、イオン注入法により形成することを特徴とする請求項１６に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
18. 前記エッチング除去が、反応性イオンエッチング法により行うことを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。

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