JP2006116838A - Liquid discharging head, liquid discharging apparatus and manufacturing method for liquid discharging head - Google Patents
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Description
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、例えば発熱素子と発熱素子を駆動するトランジスタとを一体に基板上に形成した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、発熱素子の下層を塗布型の絶縁膜により平坦化すると共に、この発熱素子の近傍に凹部を設けて塗布型の絶縁膜から揮発成分を除去することにより、塗布型の絶縁膜により段差の発生を十分に防止して、かつ発熱素子の劣化を防止することができるようにする。 The present invention relates to a liquid discharge head, a liquid discharge apparatus, and a method for manufacturing a liquid discharge head, and can be applied to, for example, a thermal inkjet printer in which a heating element and a transistor that drives the heating element are integrally formed on a substrate. . In the present invention, the lower layer of the heating element is flattened by a coating type insulating film, and a recess is provided in the vicinity of the heating element to remove volatile components from the coating type insulating film. It is possible to sufficiently prevent the generation of a step and to prevent the heat generating element from deteriorating.
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。 In recent years, in the field of image processing and the like, there is an increasing need for color hard copy. In response to this need, color copy systems such as a sublimation thermal transfer system, a melt thermal transfer system, an ink jet system, an electrophotographic system, and a heat development silver salt system have been proposed.
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。 Among these methods, the inkjet method is a method in which droplets of recording liquid (ink) are ejected from nozzles provided on a printer head, which is a liquid discharge head, and are attached to a recording target to form dots. A high-quality image can be output depending on the configuration. This ink jet method is classified into an electrostatic attraction method, a continuous vibration generation method (piezo method), and a thermal method according to the difference in the method of causing ink droplets to fly from the nozzles.
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。 Among these methods, the thermal method is a method in which bubbles are generated by local heating of the ink, and the ink is pushed out from the nozzles by the bubbles to fly to a printing target, and a color image can be printed with a simple configuration. it can.
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、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することができるようになされている。 In such a thermal type printer head, a heating element for heating ink is integrally formed on a semiconductor substrate together with a drive circuit by a logic integrated circuit for driving the heating element. Are arranged at high density so that they can be driven reliably.
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。しかしながら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になる。このため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することができるようになされている。 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 corresponding to 600 [DPI], it is necessary to arrange the heating elements at intervals of 42.333 [μm]. However, it is extremely difficult to dispose individual driving elements on the heat generating elements disposed at such a high density. For this reason, in the printer head, a switching transistor or the like is created on a semiconductor substrate and connected to a corresponding heating element by integrated circuit technology, and furthermore, each switching transistor is driven by a drive circuit created on the semiconductor substrate. Thus, each heating element can be driven easily and reliably.
すなわち図１１は、この種のプリンタヘッドにおけるスイッチングトランジスタ、発熱素子近傍の構成を示す断面図である。このプリンタヘッド１は、シリコン基板２上にＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor ）型電界効果型トランジスタを絶縁分離する素子分離領域が形成された後、この素子分離領域間にＭＯＳトランジスタ３等が形成され、これにより発熱素子の駆動に供するスイッチングトランジスタ、このスイッチングトランジスタを駆動する駆動回路が半導体製造工程によるＭＯＳトランジスタ３により構成される。
That is, FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration in the vicinity of the switching transistor and the heating element in this type of printer head. In this
続いてＭＯＳトランジスタ３を絶縁する層間絶縁膜等が積層された後、この層間絶縁膜に開口（コンタクトホール）が形成され、１層目の配線パターン４、１層目の配線パターン４と続く２層目の配線パターンを絶縁する層間絶縁膜５、発熱素子６が順次形成される。ここで発熱素子６は、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮx ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）により作成される。プリンタヘッド１は、層間絶縁膜５に開口（ビアホール）を形成して２層目の配線パターン７が形成され、これら２層構造による配線パターン４、７によりＭＯＳトランジスタ３に発熱素子６が接続される。さらに続いて発熱素子６上に窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）による絶縁保護層８、β−タンタルによる耐キャビテーション層９が順次形成される。
Subsequently, an interlayer insulating film or the like that insulates the
続いてプリンタヘッド１は、このようにして発熱素子６等が形成された基板２上の全面に感光性の樹脂材料が塗布され、露光現像工程により塗布した感光性樹脂の余剰な部位が除去されて樹脂層１０が形成される。さらにこの上層にニッケルとコバルトとの合金（Ｎｉ−Ｃｏ）によるノズルシート１１が貼り付けられ、これらによりインク液室、このインク液室にインクを導くインク流路及びノズルが作成される。プリンタヘッド１は、ＭＯＳトランジスタ３によりパルス状の電圧を発熱素子６に印加して発熱素子６を駆動し、これによりインク液滴を飛び出させるようになされている。
Subsequently, in the
このように構成されるプリンタヘッド１においては、単に構成部材を積層しただけでは、絶縁保護層８の表面に配線パターン４等による段差の発生を避け得ず、これにより絶縁保護層８の上層に形成される樹脂層１０の表面にも段差が現れ、この樹脂層１０に貼り付けられるノズルシートと樹脂層表面との間に隙間が発生する。プリンタヘッド１は、このような隙間が発生すると、樹脂層１０とノズルシート１１の密着性が劣化する恐れがある。
In the
これにより従来のプリンタヘッド１では、例えば米国特許第６４５０６２２号明細書に開示の手法を適用してＳＯＧ（Spin On Glass ）膜１２により層間絶縁膜５を形成してこの種の段差を無くすように平坦化し、十分に強固にノズルシート１１を保持するようになされている。ここでＳＯＧ膜１２は、アルコール成分を溶媒にしてシラノール（Ｓｉ−ＯＨ）結合を含んだ塗布型の絶縁材料がスピンコート法により十分な厚みで基板表面に塗布され、これにより段差に係る部位を埋めるようにシリコン基板２の全面に成膜された後、エッチバック法により所定膜厚にエッチバックされて形成される。
Thus, in the
しかしながら単にＳＯＧ膜１２により段差を無くすようにすると、プリンタヘッド１にあっては、発熱素子６の駆動により発熱素子６が劣化する問題がある。具体的にインク液室にインクを保持しない状態で発熱素子６を駆動したところ（いわゆる空うちである）、プリンタヘッド１では、発熱素子６の抵抗値が著しく上昇し、また耐キャビテーション層９の表面が黒く変色することが確認された。
However, if the step is simply eliminated by the
この点を詳細に検討したところ、発熱素子６の駆動による熱が直下のＳＯＧ膜１２に伝搬し、この熱によりＳＯＧ膜成分自体が分解されることにより、またＳＯＧ膜中に残存している溶媒成分が脱離することにより、発熱素子が酸化して、又は発熱素子が炭化して抵抗値が著しく上昇することが判った。より具体的にＳＯＧ膜に供する塗布型絶縁材料に有機ＳＯＧを用いる場合、このような抵抗値の上昇が特に著しいことが確認された。なおここで有機ＳＯＧ膜は、Ｒn Ｓｉ（ＯＨ）4-n （Ｒはアルキル基 ＣＨ3 、Ｃ2 Ｈ5 、アルコシキ基 Ｃ3 Ｈ7 等の有機基、ｎは１〜４の自然数）により表されるように、有機基を分子内に含むシリコン化合物であり、段差の緩和に係る平坦性に優れ、厚い膜厚により塗布してもクラックが入り難い特徴がある。
When this point is examined in detail, the heat generated by driving the
この問題を解決する１つの方法として図１１との対比により図１２に示すように、ＳＯＧ膜の塗布、エッチバックを複数回繰り返すことにより、発熱素子６の作成領域についてはＳＯＧ膜１２を作成しないようにすることが考えられる。
As a method for solving this problem, as shown in FIG. 12 in comparison with FIG. 11, the
しかしながらこの種のプリンタヘッドは、近年、さらなる高密度化が求められており、このためＭＯＳトランジスタ３が微細化され、配線パターンが、多層化、狭ピッチ化する傾向にある。このように配線パターンを狭ピッチ化して、ＳＯＧ膜の塗布、エッチバックを繰り返して発熱素子６の作成領域にＳＯＧ膜１２を作成しないようにすると、配線パターンによる段差を十分に平坦化し得なくなる。これによりＳＯＧ膜により段差の発生を十分に防止して、かつ発熱素子の劣化を防止することが望まれる。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、塗布型の絶縁膜により段差の発生を十分に防止して、かつ発熱素子の劣化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。 The present invention has been made in consideration of the above points, and a liquid discharge head, a liquid discharge device, and a liquid discharge head capable of sufficiently preventing the occurrence of a step by a coating type insulating film and preventing deterioration of a heating element, and A method for manufacturing a liquid discharge head is proposed.
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、発熱素子を駆動する半導体素子とを基板上に一体に形成し、半導体素子による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、発熱素子の基板側には、発熱素子の駆動に供する配線パターンによる段差を平坦化する塗布型の絶縁膜が、基板の全面に形成され、塗布型の絶縁膜には、発熱素子の真下の部位を除く真下の部位の近傍に凹部が形成されてなるようにする。
In order to solve such a problem, in the invention of
また請求項４の発明においては、液体吐出ヘッドから飛び出す液滴を対象物に供給す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、発熱素子を駆動する半導体素子とを基板上に一体に形成し、半導体素子による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、発熱素子の基板側には、発熱素子の駆動に供する配線パターンによる段差を平坦化する塗布型の絶縁膜が、基板の全面に形成され、塗布型の絶縁膜には、発熱素子の真下の部位を除く真下の部位の近傍に凹部が形成されてなるようにする。 According to a fourth aspect of the present invention, a heating element for heating a liquid held in a liquid chamber by a liquid discharging head applied to a liquid discharging apparatus that supplies a droplet ejected from the liquid discharging head to an object, and a heating element Are formed integrally on a substrate, and a liquid droplet is ejected from a predetermined nozzle by driving the heating element by the semiconductor element, and wiring for driving the heating element is provided on the substrate side of the heating element. A coating-type insulating film for flattening the step due to the pattern is formed on the entire surface of the substrate, and the coating-type insulating film is formed with a recess in the vicinity of the portion directly under the heating element. To.
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、発熱素子を駆動する半導体素子とを基板上に一体に形成し、半導体素子による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、塗布型の絶縁膜により基板の全面を覆って、下層の配線パターンによる段差を平坦化する平坦化処理と、塗布型の絶縁膜の上層に発熱素子を作成する発熱素子の作成処理と、塗布型の絶縁膜の発熱素子の真下の部位を除く真下の部位の近傍に、凹部を形成する凹部の作成処理と、熱処理により、凹部を介して、塗布型の絶縁膜より揮発成分を除去する揮発成分の除去処理とを有する。
In the invention of
請求項１の構成により、液体吐出ヘッドに適用して、発熱素子の基板側には、発熱素子の駆動に供する配線パターンによる段差を平坦化する塗布型の絶縁膜が、基板の全面に形成されてなるようにすれば、配線パターンによる段差を塗布型の絶縁膜により十分に平坦化することができる。また請求項１の構成により、塗布型の絶縁膜には、発熱素子の真下の部位を除く真下の部位の近傍に凹部が形成されてなるようにすれば、この凹部を介して発熱素子の劣化に係る有機成分、溶媒成分を作成段階で予め脱離させることができる。これらにより塗布型の絶縁膜により段差の発生を防止して、かつ発熱素子の劣化を防止することができる。 According to the configuration of the first aspect, when applied to the liquid discharge head, a coating type insulating film is formed on the entire surface of the substrate on the substrate side of the heating element to flatten the step due to the wiring pattern for driving the heating element. As a result, the step due to the wiring pattern can be sufficiently flattened by the coating type insulating film. According to the first aspect of the present invention, if a recess is formed in the coating-type insulating film in the vicinity of the portion directly under the heater excluding the portion directly under the heater element, the heater element deteriorates through the recess. The organic component and the solvent component can be desorbed in advance in the preparation stage. As a result, it is possible to prevent the occurrence of a step by the coating type insulating film and to prevent deterioration of the heating element.
これにより請求項４、請求項５の構成によれば、塗布型の絶縁膜により段差の発生を防止して、かつ発熱素子の劣化を防止することができる液体吐出装置、液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。
Thus, according to the configurations of
本発明によれば、塗布型の絶縁膜により段差の発生を十分に防止して、かつ発熱素子の劣化を防止することができる。 According to the present invention, the occurrence of a step can be sufficiently prevented by the coating type insulating film, and the deterioration of the heating element can be prevented.
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施例を詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
（１）実施例１の構成
図１は、本発明に係るラインプリンタを示す斜視図である。このラインプリンタ２１は、フルラインタイプのラインプリンタであり、略長方形形状によりプリンタ本体２２が形成される。ラインプリンタ２１は、印刷対象である用紙２３を収納した用紙トレイ２４をこのプリンタ本体２２の正面に形成されたトレイ出入口より装着することにより、用紙２３を給紙できるようになされている。
(1) Configuration of
ラインプリンタ２１は、このようにトレイ出入口よりプリンタ本体２２に用紙トレイ２４が装着されて、ユーザーにより印刷が指示されると、このプリンタ本体２２に設けられた給紙ローラの回転によりプリンタ本体２２の背面側に向かって用紙トレイ２４から用紙２３が送り出され、プリンタ本体２２の背面側に設けられた反転ローラによりこの用紙２３の送り方向が正面方向に切り換えられる。ラインプリンタ２１は、このようにして用紙送り方向が正面方向に切り換えられてなる用紙２３が用紙トレイ２４上を横切るように搬送され、ラインプリンタ２１の正面側に配置された排出口よりトレイ２５に排出される。
In the line printer 21, when the
ラインプリンタ２１は、上側端面に上蓋２６が設けられ、この上蓋２６の内側、正面方向への用紙搬送途中に、矢印Ａにより示すように、ヘッドカートリッジ２８が交換可能に配置される。
The line printer 21 is provided with an
ここでヘッドカートリッジ２８は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色によるフルラインタイプのプリンタヘッドであり、上側に各色のインクタンク２９Ｙ、２９Ｍ、２９Ｃ、２９Ｋが設けられる。ヘッドカートリッジ２８は、これらインクタンク２９Ｙ、２９Ｍ、２９Ｃ、２９Ｋに係るプリンタヘッドのアッセンブリーであるヘッドアッセンブリー３０と、このヘッドアッセンブリー３０の用紙２３側に設けられて、不使用時、ヘッドアッセンブリー３０に設けられたノズル列を塞いでインクの乾燥を防止するヘッドキャップ３１とにより構成される。これによりラインプリンタ２１においては、このヘッドカートリッジ２８に設けられたヘッドアッセンブリー３０の駆動により、各色のインク液滴を用紙２３に付着させて所望の画像等をカラーにより印刷する。
Here, the
図２は、このヘッドアッセンブリー３０を用紙２３側より見てインク液滴Ｌの吐出に係る部分を拡大し、一部断面を取って示す斜視図である。ヘッドアッセンブリー３０は、インク液室の隔壁３３等を作成したヘッドチップ３４を順次ノズルシート３５に貼り付けた後、ボンディング端子３６を介してヘッドチップ３４を配線して形成される。
FIG. 2 is an enlarged perspective view of the
ここでヘッドチップ３４は、複数の発熱素子３７、この複数の発熱素子３７を駆動する駆動回路、この駆動回路の駆動に供する電源等を入力するボンディング端子３６等が形成されたものであり、発熱素子３７側より見て全体が長方形形状により形成され、この長方形形状の長辺の一辺に沿って所定ピッチにより発熱素子３７が複数個設けられる。
Here, the
ヘッドチップ３４は、この一辺側が開いてなるように、櫛の歯形状によりインク液室の隔壁３３、インク流路の隔壁が形成され、この一辺側に沿ってインク流路が設けられる。ヘッドチップ３４は、このインク流路を間に挟んで千鳥にノズルシート３５に順次配置され、これによりヘッドアッセンブリー３０では、この隔壁３３、ヘッドチップ３４等によりインク流路を形成して、このインク流路からそれぞれ対応するインクタンク２９Ｙ、２９Ｍ、２９Ｃ、２９Ｋのインクを各インク液室に導き得るようになされ、またこのようにして液室に導かれたインクを発熱素子３７の駆動により加熱できるようになされている。
The
これに対してノズルシート３５は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのインクにそれぞれ対応する用紙幅によるノズル３８の列が並設されたシート状部材であり、電鋳技術によりコバルトを含むニッケル材により形成される。ノズルシート３５は、各ノズル３８の列を間に挟んで千鳥に、各ヘッドチップ３４をそれぞれボンディング端子３９にワイヤボンディングする際の作業用の開口４０が形成される。
On the other hand, the
図３は、このヘッドアッセンブリーに配置されるヘッドチップのノズルを含む近傍の構成を示す断面図である。ヘッドチップ３４は、半導体製造工程により、複数チップ分がシリコン基板による半導体ウエハ上にまとめて形成された後、各チップにスクライビングされて形成される。ヘッドチップ３４は、半導体ウエハの段階で発熱素子３７側の面に隔壁３３が形成され、この隔壁３３の表面が平坦になるように形成されて隔壁３３とノズルシート３５の間の密着性を確保するようになされている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration in the vicinity including the nozzles of the head chip arranged in the head assembly. The
すなわち図４（Ａ）に示すように、ヘッドチップ３４は、シリコン基板４１が洗浄された後、シリコン窒化膜が成膜される。続いてフォトリソグラフィー工程、リアクティブイオンエッチング工程によりシリコン基板４１が処理され、これによりトランジスタを形成する所定領域以外の領域よりシリコン窒化膜が取り除かれる。これらによりヘッドチップ３４は、シリコン基板４１上のトランジスタを作成する領域にシリコン窒化膜が形成される。
That is, as shown in FIG. 4A, the
続いてヘッドチップ３４は、熱酸化工程によりシリコン窒化膜が除去されている領域に熱シリコン酸化膜が膜厚５００〔ｎｍ〕により形成され、この熱シリコン酸化膜によりトランジスタを分離するための素子分離領域（ＬＯＣＯＳ：Local oxidation of silicon）４２が形成される。なおこの素子分離領域４２は、その後の処理により最終的に膜厚２６０〔ｎｍ〕に形成される。
Subsequently, in the
ヘッドチップ３４は、続いてシリコン基板４１が洗浄された後、トランジスタ形成領域にゲート用の熱酸化膜が形成される。また続いてシリコン基板４１が洗浄され、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法により膜厚７０〔ｎｍ〕によるポリシリコン、膜厚７０〔ｎｍ〕によるタングステンシリサイドが順次堆積される。なおタングステンシリサイドにおいては、スパッタリング法により堆積することも可能である。ヘッドチップ３４は、さらにリソグラフィー工程によりゲート領域が露光処理された後、ドライエッチング法により、余剰な熱酸化膜、ポリシリコン膜、タングステンシリサイド膜が除去され、これによりゲート酸化膜４３、ポリシリコン膜４４、タングステンシリサイド膜４５によるポリサイド構造によりゲート電極が形成され、この実施例では、ゲート長が２〔μｍ〕以下により形成される。
In the
続いてイオン注入工程、熱処理工程によりシリコン基板４１が処理され、これにより低濃度の拡散層４６が形成され、さらにソース及び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４１が処理され、これらによりＭＯＳ型トランジスタ４７、４８等が作成される。なおここで低濃度の拡散層４６は、ゲート下のチャネル形成領域とドレインとの間の電界を緩和してソース・ドレイン間の耐圧を確保する電界緩和層である。またこれによりドライバートランジスタ４７は、１８〔Ｖ〕程度までの耐圧を有するＭＯＳ型トランジスタであり、発熱素子３７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４８は、ドライバートランジスタ４７を制御する駆動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。
Subsequently, the
このようにしてトランジスタ４７、４８が作成されると、ヘッドチップ３４は、続いてＣＶＤ法によりシリコン酸化膜であるＮＳＧ（Non-doped 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 ）膜が順次膜厚１００〔ｎｍ〕、９００〔ｎｍ〕により作成され、これにより全体として膜厚が１０００〔ｎｍ〕による１層目の層間絶縁膜４９が作成される。
When the
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が作成される。 Subsequently, after the photolithography process, a contact hole is formed on the silicon semiconductor diffusion layer (source / drain) by a reactive ion etching method using C 4 F 8 / CO / O 2 / Ar-based gas.
ヘッドチップ３４は、続いて希フッ酸を用いた洗浄により、コンタクトホールにより露出したシリコン半導体拡散層の表面から自然酸化膜が除去される。さらにスパッタリング法により、膜厚５０〔ｎｍ〕によるチタン、膜厚１００〔ｎｍ〕による窒化チタンバリアメタルが順次堆積された後、ＣＶＤ法により膜厚５００〔ｎｍ〕によるタングステンが堆積され、これらによりコンタクトホールが完全に埋め込まれる。さらに続いてヘッドチップ３４は、エッチバック法により、コンタクトホール以外の部位からタングステン膜、窒化チタン膜、チタン膜が除去され、これによりトランジスタ４７、４８と１層目の配線パターンとを接続するプラグ５０が作成される。
In the
ヘッドチップ３４は、続いてスパッタリング法により、膜厚２０〔ｎｍ〕によるチタン、膜厚２０〔ｎｍ〕による窒化チタンバリアメタル、膜厚５〔ｎｍ〕によるチタン、銅が０．５〔ａｔ％〕添加されたアルミニュームが膜厚５００〔ｎｍ〕により順次堆積される。また続いてスパッタリング法により、膜厚５〔ｎｍ〕によるチタン、膜厚１００〔ｎｍ〕による窒化チタンバリアメタル、膜厚５〔ｎｍ〕によるチタンが順次堆積され、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、この成膜された配線パターン材料層が選択的に除去され、１層目の配線パターン５１が作成される。なおコンタクトホールにおいては、プラグ５０の作成を省略して配線パターン５１により直接埋め込むことも可能である。
Next, the
ヘッドチップ３４は、続いて図４（Ｂ）に示すように、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 ）を原料ガスとしたＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（以下、Ｐ−ＴＥＯＳ膜と呼ぶ）５２が膜厚２００〔ｎｍ〕により成膜され、さらにＴＥＯＳとＯ3 を原料ガスとした常圧プラズマＣＶＤ法により、Ｏ3 により酸化されたＴＥＯＳ膜（以下、Ｏ3 −ＴＥＯＳ膜と呼ぶ）５３が膜厚５００〔ｎｍ〕により成膜される。続いてヘッドチップ３４は、基板４１上の全面にレジストが塗布された後、ＣＨＦ3 、ＣＦ4 を原料ガスとしたエッチバック法によりシリコン基板４１が処理され、これにより配線パターン５１により生じる段差に係る部分がＯ3 −ＴＥＯＳ膜５３により大まかに埋め込まれる。
Next, as shown in FIG. 4B, the
続いてヘッドチップ３４は、ＣＶＤ法によりＰ−ＴＥＯＳ膜５４が膜厚２００〔ｎｍ〕により成膜された後、基板全面への塗布型絶縁材料の塗布によりＳＯＧ膜５５が膜厚７００〔ｎｍ〕により形成される。さらに続いてＣＨＦ3 、ＣＦ4 を原料ガスとしたエッチバック法によりＳＯＧ膜５５が膜厚１００〔ｎｍ〕に減少するまでエッチングされ、これによりシリコン基板４１の全面を覆うＳＯＧ膜５５が形成される。ヘッドチップ３４は、このようにして形成されるＳＯＧ膜５５によりＯ3 −ＴＥＯＳ膜５３によっても残る段差が平坦化される。
Subsequently, in the
なおこの実施例において、塗布型の絶縁材料には、シリカガラスを主成分とする有機ＳＯＧ、アルキルシロキサンポリマーを主成分とする有機ＳＯＧ、アルキルシルセスキオキサンポリマーを主成分とする有機ＳＯＧ、又は水素化シルセスキオキサンポリマーを主成分とする有機ＳＯＧを適用し、エッチバックには、ＣＨＦ3 ／ＣＦ4 ／Ａｒガスを適用する。 In this embodiment, the coating type insulating material includes organic SOG mainly composed of silica glass, organic SOG mainly composed of alkylsiloxane polymer, organic SOG mainly composed of alkylsilsesquioxane polymer, or Organic SOG mainly composed of hydrogenated silsesquioxane polymer is applied, and CHF 3 / CF 4 / Ar gas is applied for etch back.
このようにしてＳＯＧ膜５５が作成されると、ヘッドチップ３４は、続いてアッシング装置により酸素を原料ガスとした酸素プラズマがシリコン基板４１上に照射され、この酸素プラズマの照射による化学反応によりＳＯＧ膜５５の表面から有機基が脱離する。またこのとき図５（Ａ）に示すように、表面のシリコン原子が酸素と結合し、これによりＳＯＧ膜５５の表面には、ＳＯＧ膜５５を無機化したシリコン酸化膜５６が形成される。なおこのようなプラズマの照射においては酸素を含む混合ガスを用いるようにしてもよい。
When the
ヘッドチップ３４は、続いてＣＶＤ法により膜厚２００〔ｎｍ〕によるＰ−ＴＥＯＳ膜５７が成膜され、これらにより１層目の配線パターン５１と続く２層目の配線パターンとを絶縁する２層目の層間絶縁膜が積層構造により形成される。
Next, a P-
これによりヘッドチップ３４は、発熱素子３７の作成領域をも含めて、シリコン基板４１側からＰ−ＴＥＯＳ膜５２、Ｏ3 −ＴＥＯＳ膜５３、Ｐ−ＴＥＯＳ膜５４、ＳＯＧ膜５５、シリコン酸化膜５６及びＰ−ＴＥＯＳ膜５７により２層目の層間絶縁膜が形成される。これによりヘッドチップ３４は、この２層目の層間絶縁膜にＳＯＧ膜５５が適用され、配線パターン５１を狭ピッチ化する場合でも、さらには配線パターン５１の膜厚が厚い場合でも、層間絶縁膜の表面においては段差の発生を十分に防止することができるようになされている。またこのようなＳＯＧ膜５５は、下層の配線パターン５１による段差に比して十分に厚い膜厚により形成した後、エッチバックして作成されることにより、下層表面の段差を十分に緩和してＳＯＧ膜５５の表面を一段と平坦化するようになされている。
Accordingly, the
ヘッドチップ３４は、続いて図５（Ｂ）に示すように、フォトレジスト工程、ＣＨＦ3 ／ＣＦ4 ／Ａｒガスを用いたドライエッチング工程により２層目の層間絶縁膜に凹部５９が形成される。ここで凹部５９は、ＳＯＧ膜５５からの揮発成分の除去に供する部位であり、少なくともＳＯＧ膜５５の上層のＰ−ＴＥＯＳ膜５４と、ＳＯＧ膜５５の表層に無機化処理にて形成されたシリコン酸化膜５６とを貫通して、ＳＯＧ膜５５が露出するように形成される。具体的に、この実施例において、凹部５９は、１層目の配線パターン５１と２層目の配線パターンとを接続するプラグに係るビアホール５８の作成時に併せて作成され、これによりこの２層目の層間絶縁膜を構成するＰ−ＴＥＯＳ膜５７、ＳＯＧ膜５５の表層に無機化処理にて形成されたシリコン酸化膜５６、ＳＯＧ膜５５、Ｐ−ＴＥＯＳ膜５４を貫通するビアホール５９により形成される。
Next, as shown in FIG. 5B, the
またこの凹部５９は、図６に示すように、発熱素子３７の真下を除くこの真下の部位の近傍に複数個設けられる。ここでこの実施例において、発熱素子３７は、所定の間隔を隔てて長方形形状の抵抗体膜６０ａ、６０ｂを併設し、これらの抵抗体膜６０ａ、６０ｂの一端が最上層の配線パターン６１ａにより接続されると共に、これら抵抗体膜６０ａ、６０ｂの他端にそれぞれ最上層の配線パターン６１ｂ、６１ｃが接続され、これによりこれら抵抗体膜６０ａ、６０ｂの直列接続により形成される。ヘッドチップ３４は、この直列接続に係る配線パターン６１ａ側がインク流路側となるように形成され、また発熱素子３７をほぼ中心とした矩形形状の領域がインク液室に割り当てられる。
Further, as shown in FIG. 6, a plurality of the
凹部５９は、この発熱素子３７の真下の部位を囲むように、さらにはインク液室の真下の部位を避けるようにして複数個設けられる。より具体的に、凹部５９は、隣接する発熱素子３７間のほぼ中央、抵抗体膜６０ａ、６０ｂの延長する方向に所定のピッチにより順次形成される。なおヘッドチップ３４の両端に設けられる発熱素子３７にあっては、隣接する発熱素子３７が設けられていない側にも、発熱素子３７が設けられている側と同様に凹部５９が順次設けられる。また凹部５９は、インク液室へのインク流入路の下に、発熱素子３７の並び方向に、順次設けられる。
A plurality of the
これにより凹部５９は、インク液室の真下を避けて、隣接するインク液室を隔てる隔壁３３（破線により示す）の真下となる部位とインク液室へのインク流入路の真下となる部位とに順次所定ピッチにより形成される。
As a result, the
なおこのような凹部５９においては、要は、発熱素子３７によるインクの加熱に与える影響の少ない部位に、ＳＯＧ膜５５の表層に形成されたＰ−ＴＥＯＳ膜５７、ＳＯＧ膜５５の無機化によるシリコン酸化膜５６による絶縁膜を突き抜けてＳＯＧ膜５５が露出するように作成すればよく、例えば隔壁３３の真下の部位に２列によりビアホール５９を形成する場合等、必要に応じて種々の形状、配置により作成することができる。なお上述した図３は、図６をＡ−Ａ線により切り取って示すものである。
Note that in such a
このようにしてビアホール５８、凹部５９が作成されると、続いてヘッドチップ３４は、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス雰囲気中、窒素ガス雰囲気中、又は真空中で、１０分〜６０分間、シリコン基板４１が熱処理され、ＳＯＧ膜５５から揮発成分が除去される。ここでこのような揮発成分のうち水分は、水の沸点１００度以上の温度により、特に１２０度付近の温度をピークにしてＳＯＧ膜中から放出される。これにより熱処理の温度は、ＳＯＧの熱分解温度も考慮し、３００〜４００度の範囲で所定の温度に設定される。
When the via
これによりヘッドチップ３４は、図５（Ｂ）において矢印により示すように、この熱処理により発熱素子３７の真下となるＳＯＧ膜５５中の水分が主にビアホール５９を介して放出され、この水分の放出によりＳＯＧ自体の有機成分も併せて放出される。これによりヘッドチップ３４では、ＳＯＧ膜５５により段差の発生を十分に防止して、かつ発熱素子３７の劣化を防止することができるようになされている。
As a result, as shown by an arrow in FIG. 5B, the
なおこの熱処理によってもＳＯＧ膜５５中に残留する有機成分、水分にあっては、ＳＯＧ膜５５の表面に予め作成されたシリコン酸化膜５６によりＳＯＧ膜５５中に封じ込めるようにして、これらの成分の脱離による発熱素子３７の劣化が防止される。
It should be noted that organic components and moisture remaining in the
ヘッドチップ３４は、続いて図７に示すように、アルゴンプラズマ処理により、ビアホール５８により露出した１層目の配線パターン５１の表面から自然酸化膜が除去される。続いてスパッタリング法により、膜厚１００〔ｎｍ〕による窒化チタンバリアメタルが堆積された後、ＣＶＤ法により膜厚５００〔ｎｍ〕によるタングステンが堆積され、これらによりビアホール５８、凹部５９が完全に埋め込まれる。さらにヘッドチップ３４は、エッチバック法により、ビアホール５８、凹部５９を除く部位からタングステン膜、窒化チタン膜が除去され、これにより１層目及び２層目の配線パターンを接続するプラグ６２がビアホール５８に形成される。また凹部５９においては、このプラグ６２と同一材料が併せて埋め込まれ、ダミープラグ６３が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 7, the natural oxide film of the
続いてヘッドチップ３４は、１層目の配線パターン５１と同様にして、２層目の配線パターン材料層が成膜され、選択的に除去され、２層目の配線パターン６４が作成される。なおビアホール５８、凹部５９においては、プラグ６２、ダミープラグ６３の作成を省略して配線パターン６４により直接埋め込むことも可能である。
Subsequently, in the same manner as the first-
ヘッドチップ３４は、続いて２層目の配線パターン６４と続く３層目の配線パターンとを絶縁する３層目の層間絶縁膜が形成される。具体的にヘッドチップ３４は、２層目の層間絶縁膜について説明したと同様に、Ｐ−ＴＥＯＳ膜６５の成膜、Ｏ3 −ＴＥＯＳ膜６６の成膜及びエッチバック、Ｐ−ＴＥＯＳ膜６７の成膜、ＳＯＧ膜６８の成膜及びエッチバック、このＳＯＧ膜６８表面の無機化処理によるシリコン酸化膜６９の形成、Ｐ−ＴＥＯＳ膜７０の成膜が順次実施され、これらにより表面が平坦化された状態で３層目の層間絶縁膜が形成される。
The
ヘッドチップ３４は、この３層目の層間絶縁膜と２層目の層間絶縁膜とにより他の導電性の部位からダミープラグ６３が絶縁され、これによりダミープラグ６３によるヘッドチップ３４の誤動作が有効に回避される。
In the
このようにして３層目の層間絶縁膜が形成されると、続いてヘッドチップ３４は、スパッタリングにより、膜厚５０〜１００〔ｎｍ〕によりβ−タンタルが堆積され、これによりシリコン基板４１上に抵抗体膜が成膜される。なおスパッタリングの条件は、ウエハ加熱温度２００〜４００度、直流印加電力２〜４〔ｋＷ〕、アルゴンガス流量２５〜４０〔ｓｃｃｍ〕に設定した。さらに続いてヘッドチップ３４は、フォトリソグラフィー工程、ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ガスを用いたドライエッチング工程により抵抗体膜が選択的に除去され、図６について上述したように一端を配線パターン６１ａにより接続する折り返し形状により４０〜１００〔Ω〕の抵抗値を有する発熱素子３７が形成される。なお発熱素子３７においては正方形形状により作成するようにしてもよい。
When the third interlayer insulating film is thus formed, β-tantalum is deposited on the
続いて図８に示すように、ＣＶＤ法により膜厚３００〔ｎｍ〕によるシリコン窒化膜７１が形成される。さらにヘッドチップ３４は、ＣＨＦ3 ／ＣＦ4 ／Ａｒガスを用いたドライエッチング工程により、３層目の層間絶縁膜に開口を形成して、２層目の配線パターン６４を臨むプラグ用のビアホール７２が作成され、また併せて揮発成分の除去に供する凹部７３がビアホールにより作成される。
Subsequently, as shown in FIG. 8, a
ここでこの３層目の層間絶縁膜における凹部７３は、２層目の層間絶縁膜における凹部５９と同様に、隣接するインク液室を隔てる隔壁３３の真下となる部位、インク液室へのインク流入路の真下となる部位に形成される。また少なくともＳＯＧ膜６８の表層の無機化処理によるシリコン酸化膜６９、Ｐ−ＴＥＯＳ膜７０を貫通してＳＯＧ膜６８が露出するように、より具体的には、３層目の層間絶縁膜の最下層のＰ−ＴＥＯＳ膜６５までも貫通するように形成される。
Here, the
このようにしてビアホール７２、凹部７３が作成されると、ヘッドチップ３４は、続いて熱処理装置によりアルゴン等の不活性ガス雰囲気中、窒素ガス雰囲気中、又は真空中で、３００〜４００度、１０分〜６０分間の熱処理が実施される。ヘッドチップ３４は、この熱処理により２層目の層間絶縁膜の場合と同様に、ビアホール７２、凹部７３を介してＳＯＧ膜６８から揮発成分が除去される。これによりヘッドチップ３４では、ＳＯＧ膜６８により段差の発生を十分に防止して、かつ発熱素子３７の劣化を防止することができるようになされている。
When the via
なお発熱素子３７を覆う絶縁保護層７１にあっては、このようにしてＳＯＧ膜６８から除去される脱ガスから発熱素子３７を保護する保護層として機能し、これにより熱処理時における発熱素子３７の酸化又は炭化が防止される。またこの熱処理によってもＳＯＧ膜６８中に残留する有機成分、水分にあっては、ＳＯＧ膜６８の表面に予め無機化処理にて作成されたシリコン酸化膜６９によりＳＯＧ膜６８中に封じ込めるようにして、これらの成分の脱離による発熱素子３７の劣化が防止される。
The insulating
ヘッドチップ３４は、続いて図３に示すように、アルゴンプラズマ処理により、ビアホール７２により露出した２層目の配線パターン６４の表面から自然酸化膜が除去される。続いてスパッタリング法により、膜厚１００〔ｎｍ〕による窒化チタンバリアメタルが堆積された後、ＣＶＤ法により膜厚５００〔ｎｍ〕によるタングステンが堆積され、これらによりビアホール７２、凹部７３が完全に埋め込まれる。さらにヘッドチップ３４は、エッチバック法により、ビアホールを除く部位のタングステン膜、窒化チタン膜が除去され、これにより２層目及び３層目の配線パターンを接続するプラグ７４がビアホール７２に作成され、またこのプラグ７４と同一材料によるダミープラグ７５が凹部７３に作成される。
Next, as shown in FIG. 3, the natural oxide film of the
続いてフォトレジスト工程、ＣＨＦ3 ／ＣＦ4 ／Ａｒガスを用いたドライエッチング工程により、所定箇所のシリコン窒化膜が除去され、これにより発熱素子３７を配線パターンに接続する部位が露出される。
Subsequently, the silicon nitride film at a predetermined position is removed by a photoresist process and a dry etching process using CHF 3 / CF 4 / Ar gas, thereby exposing a portion connecting the
ヘッドチップ３４は、続いて１層目の配線パターン５１と同様にして３層目の配線パターン材料層が成膜された後、選択的に除去され、３層目の配線パターン６１が作成される。なおこのとき発熱素子３７上に取り残されたシリコン窒化膜７１にあっては、この配線パターン作成の際のエッチング工程において、エッチングに供する塩素ラジカルから発熱素子３７を保護する保護層として機能する。因みにこのシリコン窒化膜７１は、このエッチング工程において、塩素ラジカルに曝される部位が膜厚３００〔ｎｍ〕から膜厚１００〔ｎｍ〕に減少する。なおビアホールにおいては、プラグ７４、ダミープラグ７５の作成を省略して配線パターン６１により直接埋め込むことも可能である。
Subsequently, the
続いてヘッドチップ３４は、インク保護層、絶縁層として機能するシリコン窒化膜７７がプラズマＣＶＤ法により膜厚２００〜４００〔ｎｍ〕により成膜される。さらに続いて耐キャビテーション材料層が膜厚１００〜３００〔ｎｍ〕により成膜された後、ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ガスを用いたパターニングにより耐キャビテーション層７８が形成される。この実施例では、タンタルをターゲットに用いたＤＣマグネトロン・スパッタリング装置によりβ−タンタルによる耐キャビテーション層７８が形成される。なおここで耐キャビテーション層７８は、発熱素子３７の駆動によりインク液室に発生した気泡が消滅する際の物理的ダメージ（キャビテーション）を吸収して発熱素子３７を保護し、また発熱素子３７の駆動により高温となったインクの化学作用から発熱素子３７を保護する保護層である。
Subsequently, in the
続いてヘッドチップ３４は、有機系樹脂による露光硬化型のドライフィルムが圧着により配置された後、フォトリソプロセスによってインク液室、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７９の隔壁３３、インク流路の隔壁等が作成される。ヘッドチップ３４は、このようにしてシリコン基板４１上に複数チップがまとめて作成された後、個々にスクライビングされて作成される。
Subsequently, after an exposure-curing dry film made of an organic resin is disposed by pressure bonding, the
（２）実施例１の動作
以上の構成において、このラインプリンタ２１は（図１）、印刷に供する画像データ、テキストデータ等によるヘッドカートリッジ２８の駆動により、記録対象である用紙２３を所定の用紙送り機構により搬送しながら、ヘッドカートリッジ２８に設けられたヘッドアッセンブリー３０からインク液滴が吐出され、このインク液滴が搬送中の用紙２３に付着して画像、テキスト等が印刷される。
(2) Operation of
これに対応してヘッドカートリッジ２８のヘッドアッセンブリー３０は（図１、図２）、インクタンク２９Ｙ、２９Ｍ、２９Ｃ、２９Ｋのインクがインク流路を介して各インク液室に導かれ、発熱素子３７の駆動によるインク液室に保持したインクの圧力増大により、ノズルシート３５に設けられたノズル３８からインク液滴Ｌを吐出する。これらによりこのラインプリンタ２１は、所望の画像等を印刷することができる。
Corresponding to this, the
このヘッドアッセンブリー３０は（図３）、隔壁３３を介してノズルシート３５にヘッドチップ３４を順次配置して形成され、このヘッドチップ３４が半導体素子４７と発熱素子３７とを３層の配線パターン５１、６４、６１により接続して形成される。これにより単に構成部材を基板上に積層しただけでは下層の配線パターン５１、６４による段差が隔壁３３の表面に生じて隔壁３３とノズルシート３５の密着性が劣化する。
This head assembly 30 (FIG. 3) is formed by sequentially arranging a
このためヘッドチップ３４では、配線パターン５１、６４間の２層目の層間絶縁膜、配線パターン６４、６１間の３層目の層間絶縁膜において、Ｏ3 −ＴＥＯＳ膜５３、６６の成膜及びエッチバックにより下層の配線パターン５１、６４による段差が概ね平坦化される。またシリコン基板４１の全面を覆うＳＯＧ膜５５、６８がこのＯ3 −ＴＥＯＳ膜５３、６６の上に形成され、このＳＯＧ膜５５、６８によりＯ3 −ＴＥＯＳ膜５３、６６によっても残る段差が平坦化されて層間絶縁膜の表面が平坦化される。これによりヘッドアッセンブリー３０では、ヘッドチップ３４上の隔壁３３の表面が平坦に形成され、配線パターンを多層化、狭ピッチ化する場合でも隔壁３３をノズルシート３５に確実に密着させることができる。
For this reason, in the
しかしながらこのようなＳＯＧ膜５５、６８の採用により、ヘッドチップ３４は、何ら工夫を施さなければ、発熱素子３７の駆動によりＳＯＧ膜５５、６８から有機成分、溶媒成分が脱離し、これらの成分により発熱素子３７が酸化、炭化する。
However, by adopting
このためヘッドチップ３４では、２層目、３層目の層間絶縁膜が形成された後に、それぞれこの層間絶縁膜に凹部が形成される。すなわち、２層目、３層目の層間絶縁膜における発熱素子３７の真下の部位を除く真下の部位の近傍に、凹部５９、７３が形成される。また凹部５９、７３を作成すると、それぞれ３００度以上で、１０分以上の熱処理によりＳＯＧ膜５５、６８から揮発成分が除去される。
Therefore, in the
これによりヘッドチップ３４は、発熱素子３７を炭化、酸化させる原因物質であるＳＯＧ膜５５、６８の揮発成分が、事前の処理によりＳＯＧ膜５５、６８から除去され、これにより発熱素子３７の劣化が防止される。
As a result, the volatile components of the
実際上、凹部５９、７３を作成した後、熱処理時に発生する揮発成分をそれぞれ昇温脱離ガス分析（Thermal Deposition Spectroscopy ）したところ、３００度以上で、１０分以上の熱処理により層間絶縁膜から水分及び有機成分の放出が確認された。またその後、このシリコン基板４１を真空中で一時保管した後、再度、熱処理により４００度付近まで過熱したところ、層間絶縁膜からの水分及び有機成分の放出は何ら見られなかった。さらに凹部５９、７３の数が多い程、層間絶縁膜からの水分、有機成分の放出が促進されることも確認された。これらによりこの実施例においては、事前に、ＳＯＧ膜５５、６８から揮発成分をほぼ完全に除去することができ、ＳＯＧ膜５５、６８に起因する発熱素子３７の劣化を確実に防止することができる。
Actually, after forming the
なおこのような熱処理によってもＳＯＧ膜５５、６８には僅かに揮発成分が残留することになるが、このような残留成分は、ＳＯＧ膜５５、６８の表層に無機化処理で形成されたシリコン酸化膜５６、６９によりＳＯＧ膜中に封じ込められ、これによっても発熱素子３７の劣化を防止することができる。
Note that a slight amount of volatile components remain in the
しかしてこれらにより凹部５９、７３は、ＳＯＧ膜５５、６８から揮発成分を効率良く放出させることができるように作成すればよく、ＳＯＧ膜５５については、少なくともシリコン酸化膜５６、Ｐ−ＴＥＯＳ膜５７を貫通するように開口を形成してＳＯＧ膜５５を露出させることにより、ＳＯＧ膜６８については、少なくともシリコン酸化膜６９、Ｐ−ＴＥＯＳ膜７０を貫通するように開口を形成してＳＯＧ膜６８を露出させることにより、ＳＯＧ膜５５、６８から揮発成分を効率よく放出させて発熱素子３７の劣化を防止することができる。
Accordingly, the
この実施例においては、このような凹部５９、７３が、ビアホール５８、７２の作成工程において、ビアホール５８、７２と併せて作成され、これによりそれぞれＳＯＧ膜５５、６８の下層の絶縁膜５４、６７を貫通する貫通孔により形成されて、この貫通孔の側壁を介してＳＯＧ膜５５、６８の揮発成分が除去される。しかしてこのように凹部５９、７３をビアホール５８、７２の作成工程でビアホール５８、７２と併せて作成することにより、工程数の増大を防止して発熱素子３７の劣化を防止することができる。
In this embodiment,
またこのような凹部５９、７３にあっては、ビアホール５８、７２をプラグ６３、７５により埋め戻す際に、又は配線パターン６４、６１により埋め戻す際に、併せて埋め戻され、これにより凹部５９、７３による段差の発生が防止される。しかしてこの場合も、これらビアホール５８、７２を埋め戻す際に併せて凹部５９、７３を埋め戻すことにより、工程数の増大を防止して発熱素子３７の劣化を防止することができる。
In addition, the
しかしながらこのようにして凹部５９、７３を埋め戻すと、凹部５９、７３に熱伝導の良い金属が配置されることになる。これにより発熱素子３７の真下に凹部５９、７３を配置した場合には、発熱素子３７の機能を十分に担保し得なくなる。具体的に凹部７３にあっては、発熱素子３７を形成する抵抗体膜６０ａ及び６０ｂを局所的に短絡させ、また発熱素子３７による熱を基板側に逃がすことになる。また凹部５９にあっては、発熱素子３７による熱を基板側に逃がすことになる。これによりこの実施例では、発熱素子３７の真下の部位を除いて、この真下の部位の近傍に、これら凹部５９、７３が形成され、これにより発熱素子３７の機能を十分に担保できるようになされている。
However, when the
しかしながらこのように発熱素子３７の真下の部位を避けて凹部５９、７３を作成する場合であっても、インク液室７９の真下に作成したのでは、発熱素子３７によるインク液室７９の加熱を妨げることになる。
However, even when the
このためこのヘッドチップ３４では、インク液室の真下を避けて凹部５９、７３が配置される。より具体的には、隣接するインク液室７９を隔てる隔壁３３の真下、インク液室７９へのインク流入路の真下に、凹部５９、７３が設けられる。これによりこのヘッドチップ３４は、発熱素子３７によるインクの加熱を妨げないように凹部５９、７３が設けられ、その分、効率良くインク液室７９のインクを加熱できるようになされている。なおこのように隣接するインク液室７９を隔てる隔壁３３の真下に設けた凹部５９、７３にあっては、隣接するインク液室７９への熱的なクロストークを防止する機能を発揮することになり、これにより高密度にインク液室７９を配置した場合にあっても、インク液滴を安定に吐出させることができる。
For this reason, in the
（３）実施例１の効果
以上の構成によれば、発熱素子の下層をＳＯＧ膜により平坦化すると共に、この発熱素子の近傍に凹部を設けて熱処理によりＳＯＧ膜から揮発成分を除去することにより、ＳＯＧ膜により段差の発生を十分に防止して、かつ発熱素子の劣化を防止することができる。
(3) Effects of Example 1 According to the above configuration, the lower layer of the heating element is flattened by the SOG film, and a concave portion is provided in the vicinity of the heating element to remove volatile components from the SOG film by heat treatment. The SOG film can sufficiently prevent the generation of a step and can prevent the heat generating element from deteriorating.
またこの凹部を、少なくとも隣接する液室を隔てる隔壁の下に形成することにより、発熱素子によるインク液室の加熱を妨げないようにすることができ、その分、効率良くインク液室のインクを加熱することができる。 Further, by forming this recess at least under the partition wall that separates adjacent liquid chambers, it is possible to prevent the heating of the ink liquid chamber by the heat generating element, and the ink in the ink liquid chamber can be efficiently removed accordingly. Can be heated.
またこの凹部を、少なくともＳＯＧ膜の表層に形成された無機材料による絶縁膜を貫通するように形成することにより、熱処理により効率良く揮発成分を除去して発熱素子の劣化を防止することができる。 Further, by forming the recess so as to penetrate at least the insulating film made of an inorganic material formed on the surface layer of the SOG film, it is possible to efficiently remove volatile components by heat treatment and prevent deterioration of the heating element.
図９は、本発明の実施例に係るプリンタのヘッドアッセンブリーに配置されるヘッドチップのノズルを含む近傍の構成を示す断面図である。このヘッドチップにおいては、熱処理によりＳＯＧ膜から揮発成分を除去した後、凹部の側壁に絶縁膜を形成する。なおこの実施例においては、この絶縁膜に関連する工程を除いて実施例１と同一に構成されることにより、対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。 FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration in the vicinity including the nozzles of the head chip arranged in the head assembly of the printer according to the embodiment of the present invention. In this head chip, after removing volatile components from the SOG film by heat treatment, an insulating film is formed on the side wall of the recess. In this embodiment, except for the steps related to this insulating film, the same configuration as that of the first embodiment is used, and corresponding reference numerals are given, and duplicate explanation is omitted.
すなわち図１０（Ａ）に示すように、ヘッドチップ８４は、実施例１について上述したと同様にして、シリコン基板４１上にトランジスタ４７及び４８、１層目の層間絶縁膜４９、１層目の配線パターン５１、２層目の層間絶縁膜、ビアホール５８、凹部５９が順次形成され、続いて熱処理により２層目の層間絶縁膜に設けられたＳＯＧ膜５５から揮発成分が除去される。これによりヘッドチップ８４は、２層目の層間絶縁膜の表面を平坦化し、またＳＯＧ膜５５に起因する発熱素子３７の劣化が防止される。
That is, as shown in FIG. 10A, in the same manner as described above for the first embodiment, the
ヘッドチップ８４は、続いてシリコン窒化膜８５が成膜され、これにより凹部５９を構成する層間絶縁膜の側壁、凹部５９の底面にシリコン窒化膜８５が形成される。またこれによりビアホール５８についても、層間絶縁膜の側壁、底面にシリコン窒化膜８５が形成される。また続いてビアホール５８の底面において、下層の配線パターン表面が露出するまでエッチングされる。これにより凹部５９の底面、層間絶縁膜の表面についても、シリコン窒化膜８５が除去され、この場合、図１０（Ｂ）に示すように、凹部５９を構成する層間絶縁膜の側壁、ビアホール５８の側壁にのみシリコン窒化膜８５が取り残される。なおこれらの処理は、ＳｉＨ4 ガス、ＮＨ3 ガス、Ｎ2 Ｏガスを用いたプラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜が成膜され、続いてＣＨＦ3 、ＣＦ4 を主成分とした混合プラズマによるドライエッチング法によりシリコン窒化膜が除去される。
Next, a
このような凹部５９、ビアホール５８の側壁に形成されたシリコン窒化膜８５にあっては、ヘッドチップ８４を続く工程に搬送する際に、ＳＯＧ膜５５と大気との接触を防止して、大気中の水分のＳＯＧ膜５５への侵入を防止することができる。しかしてこのように搬送中にＳＯＧ膜５５に侵入した水分にあっては、発熱素子３７を駆動した際に、揮発成分としてＳＯＧ膜５５から放出されて発熱素子３７を劣化させる。これによりこの実施例においては、さらに一段と確実に発熱素子の劣化を防止するようになされている。なおこのようにして凹部５９、ビアホール５８の側壁に形成する絶縁膜は、シリコン窒化膜８５に代えて、シリコン酸化窒化膜、シリコン酸化膜により形成するようにしてもよい。
In the
なおこれによりヘッドチップ８４は、ＳＯＧ膜５５の表面については、シリコン酸化膜５６、Ｐ−ＴＥＯＳ膜５７によりＳＯＧ膜５５に残留する揮発成分の放出が防止されるのに対し、凹部５９、ビアホール５８が形成された部位については、これら凹部５９、ビアホール５８の側壁に形成されたシリコン窒化膜８５により残留する揮発成分の放出が防止され、これらによっても一段と確実に発熱素子３７の劣化を防止することができる。
As a result, the
このようにしてシリコン窒化膜８５を作成すると、続いてヘッドチップ８４は、図９に示すように、実施例１と同様にして、プラグ６２、ダミープラグ６３が形成され、これにより凹部５９、ビアホール５８が埋め込まれて表面が平坦化される。さらにヘッドチップ８４は、２層目の配線パターン６４、３層目の層間絶縁膜、発熱素子３７、シリコン窒化膜７１、ビアホール７２、凹部７３が順次形成された後、熱処理により３層目の層間絶縁膜を構成するＳＯＧ膜６８から揮発成分が除去される。これらによりこの実施例については、３層目の層間絶縁膜に関しても、段差の発生を十分に防止して、発熱素子３７の劣化を防止することができる。
When the
続いてヘッドチップ８４は、２層目の層間絶縁膜における凹部５９の場合と同様に、シリコン窒化膜８６が成膜された後、エッチング処理され、これによりビアホール７２、凹部７３の側壁にのみシリコン窒化膜８６が設けられる。これによりヘッドチップ８４は、この３層目の層間絶縁膜についても、ビアホール７２、凹部７３の側壁を介したＳＯＧ膜６８への水分の侵入をこのシリコン窒化膜８６により防止して発熱素子の劣化を防止するようになされている。
Subsequently, as in the case of the
続いてヘッドチップ８４は、実施例１と同様にして、プラグ７４、ダミープラグ７５が形成された後、３層目の配線パターン６１、絶縁保護層７７、耐キャビテーション層７８、隔壁３３が順次形成され、個々のヘッドチップにスクライビングされて作成される。
Subsequently, in the
図９に示す構成によれば、凹部の側壁に絶縁膜を形成することにより、一段と確実に発熱素子の劣化を防止することができる。 According to the configuration shown in FIG. 9, by forming the insulating film on the side wall of the recess, it is possible to prevent the heat generating element from deteriorating more reliably.
なお上述の実施例２においては、凹部、ビアホールの側壁に絶縁膜を凹部に作成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、絶縁膜に代えて、タンタル膜等の微結晶粒構造による金属膜を作成するようにしてもよい。 In the second embodiment, the case where the insulating film is formed in the concave portion and the side wall of the via hole is described. However, the present invention is not limited to this, and the microcrystalline structure such as a tantalum film is used instead of the insulating film. You may make it produce the metal film by.
また上述の実施例においては、ＳＯＧ膜の表面に無機化したシリコン酸化膜、Ｐ−ＴＥＯＳ膜５７を作成してＳＯＧ膜に残留する揮発成分を封じ込める場合について述べたが、本発明はこれに限らず、事前の熱処理により揮発成分を実用上十分にＳＯＧ膜から脱離させることができる場合には、これら残留する揮発成分を封じ込める構造を省略するようにしてもよい。
In the above-described embodiments, the case where the inorganic oxide silicon oxide film and the P-
また上述の実施例においては、塗布型の絶縁膜をＳＯＧ膜により形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ＳＯＧ膜に代えて、例えばポリアリールエーテル等を主成分とする低誘電率材料による絶縁膜等、種々の塗布型絶縁膜を広く適用することができる。なお塗布型の絶縁膜に低誘電率材料による絶縁膜を適用する場合にあっては、エッチバック、プラズマの照射による無機化処理を省略することができる。またビアホールの作成においては、ＣＨＦ3 ／ＣＦ4 ／Ａｒガスを用いたドライエッチングによりビアホールの部位で塗布型絶縁膜の表面が露出するまで表層の絶縁膜をエッチングした後、続いてＮＨ3 、Ｎ2 ／Ｈ2 ガスを主成分としたガス系によるドライエッチングにより露出した塗布型絶縁膜をエッチングし、再びＣＨＦ3 ／ＣＦ4 ／Ａｒガスを用いたドライエッチング工程により下層の配線パターンが露出するまでエッチングすることになる。 In the above-described embodiments, the case where the coating type insulating film is formed of the SOG film has been described. However, the present invention is not limited to this, and instead of the SOG film, for example, a low-level composition mainly composed of polyaryl ether or the like. Various coating type insulating films such as an insulating film made of a dielectric material can be widely applied. Note that in the case where an insulating film made of a low dielectric constant material is applied to the coating type insulating film, the etching back and the inorganic treatment by plasma irradiation can be omitted. In forming the via hole, the surface insulating film is etched by dry etching using CHF 3 / CF 4 / Ar gas until the surface of the coating type insulating film is exposed at the via hole, and then NH 3 , N Etching the exposed insulating film by dry etching using a gas system containing 2 / H 2 gas as a main component until the lower wiring pattern is exposed again by a dry etching process using CHF 3 / CF 4 / Ar gas Will be etched.
また上述の実施例においては、カラー印刷用のフルラインタイプのプリンタヘッドに本発明を適用して４本のノズル列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、例えば白黒印刷用のフルラインタイプのプリンタヘッドに本発明を適用してノズル列を１本により作成する場合等、種々の本数によりノズル列を作成する場合に広く適用することができる。 In the above-described embodiment, a case has been described in which the present invention is applied to a full-line type printer head for color printing to create four nozzle arrays. However, the present invention is not limited to this, for example, monochrome printing. For example, when the present invention is applied to a full-line type printer head for producing a single nozzle array, the present invention can be widely applied to the production of nozzle arrays with various numbers.
また上述の実施例においては、フルラインタイプのプリンタヘッドに本発明を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばプリンタヘッドを特定方向に移動させるいわゆるシリアルタイプのプリンタヘッドに本発明を適用する場合にも広く適用することができる。 In the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to a full-line type printer head has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention is applied to a so-called serial type printer head that moves the printer head in a specific direction. The present invention can also be widely applied when applied.
また上述の実施例においては、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液滴が各種染料の液滴、保護層形成用の液滴等である液体吐出ヘッド、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。 In the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to a printer head to eject ink droplets has been described. However, the present invention is not limited to this, and instead of ink droplets, the droplets are liquids of various dyes. Droplets, liquid discharge heads that are droplets for forming a protective layer, etc., microdispensers where the droplets are reagents, various measuring devices, various test devices, and various types of droplets that are agents that protect members from etching The present invention can be widely applied to pattern drawing apparatuses and the like.
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、例えば発熱素子と発熱素子を駆動するトランジスタとを一体に基板上に形成した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。 The present invention relates to a liquid discharge head, a liquid discharge apparatus, and a method for manufacturing a liquid discharge head, and can be applied to, for example, a thermal inkjet printer in which a heating element and a transistor that drives the heating element are integrally formed on a substrate. .
１……プリンタヘッド、２、４１……基板、３、４７、４８……トランジスタ、４、７、５１、６１、６４……配線パターン、５……層間絶縁膜、６、３７……発熱素子、１２、５５、６８……ＳＯＧ膜、２１……ラインプリンタ、３０……ヘッドアッセンブリー、３４、８４……ヘッドチップ、５８、７２……ビアホール、５９、７３……凹部、６３、７５……ダミープラグ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記発熱素子の前記基板側には、
前記発熱素子の駆動に供する配線パターンによる段差を平坦化する塗布型の絶縁膜が、前記基板の全面に形成され、
前記塗布型の絶縁膜には、
前記発熱素子の真下の部位を除く前記真下の部位の近傍に凹部が形成された
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。 A heating element that heats the liquid held in the liquid chamber and a semiconductor element that drives the heating element are integrally formed on a substrate, and the liquid droplet is discharged from a predetermined nozzle by driving the heating element by the semiconductor element. In the liquid discharge head that pops out
On the substrate side of the heating element,
A coating type insulating film for flattening a step due to a wiring pattern for driving the heating element is formed on the entire surface of the substrate,
In the coating type insulating film,
A liquid discharge head, wherein a recess is formed in the vicinity of the portion immediately below the portion excluding the portion immediately below the heat generating element.
前記液体の流路に沿って順次形成され、
前記凹部は、
少なくとも隣接する前記液室を隔てる隔壁の下に形成された
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。 The liquid chamber is
Sequentially formed along the flow path of the liquid,
The recess is
The liquid discharge head according to claim 1, wherein the liquid discharge head is formed under a partition wall separating at least the adjacent liquid chambers.
無機材料による絶縁膜が表層に形成され、
前記凹部は、
少なくとも前記表層の無機材料による絶縁膜を貫通するように形成された
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。 In the coating type insulating film,
An insulating film made of an inorganic material is formed on the surface layer,
The recess is
The liquid discharge head according to claim 1, wherein the liquid discharge head is formed so as to penetrate at least an insulating film made of an inorganic material of the surface layer.
前記液体吐出ヘッドが、
液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、前記発熱素子を駆動する半導体素子とを基板上に一体に形成し、前記半導体素子による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、
前記発熱素子の前記基板側には、
前記発熱素子の駆動に供する配線パターンによる段差を平坦化する塗布型の絶縁膜が、前記基板の全面に形成され、
前記塗布型の絶縁膜には、
前記発熱素子の真下の部位を除く前記真下の部位の近傍に凹部が形成された
ことを特徴とする液体吐出装置。 In a liquid ejection device that supplies liquid droplets ejected from a liquid ejection head to an object,
The liquid discharge head is
A heating element that heats the liquid held in the liquid chamber and a semiconductor element that drives the heating element are integrally formed on a substrate, and the liquid droplet is discharged from a predetermined nozzle by driving the heating element by the semiconductor element. Pop out
On the substrate side of the heating element,
A coating type insulating film for flattening a step due to a wiring pattern for driving the heating element is formed on the entire surface of the substrate,
In the coating type insulating film,
A liquid ejecting apparatus, wherein a recess is formed in the vicinity of the portion immediately below the portion excluding the portion immediately below the heat generating element.
塗布型の絶縁膜により前記基板の全面を覆って、下層の配線パターンによる段差を平坦化する平坦化処理と、
前記塗布型の絶縁膜の上層に前記発熱素子を作成する発熱素子の作成処理と、
前記塗布型の絶縁膜の前記発熱素子の真下の部位を除く前記真下の部位の近傍に、凹部を形成する凹部の作成処理と、
熱処理により、前記凹部を介して、前記塗布型の絶縁膜より揮発成分を除去する揮発成分の除去処理とを有する
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
A heating element that heats the liquid held in the liquid chamber and a semiconductor element that drives the heating element are integrally formed on a substrate, and the liquid droplet is discharged from a predetermined nozzle by driving the heating element by the semiconductor element. In the manufacturing method of the liquid discharge head that causes the
A flattening treatment for covering the entire surface of the substrate with a coating type insulating film and flattening a step due to a lower wiring pattern;
A heating element creating process for creating the heating element on an upper layer of the coating type insulating film;
In the vicinity of the portion directly below the exothermic portion of the coating-type insulating film except for the portion immediately below the heating element, a process of creating a recess,
A method of manufacturing a liquid discharge head, comprising: removing a volatile component from the coating-type insulating film through the recess by heat treatment.
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