JP2007245407A - インクジェット機能を有する半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、サイドシューター型の液体噴射記録ヘッドのインク供給口の幅を、記録ヘッドを構成するＳｉ基板の状態に依存せずに、常に精度良く開口するための、インクジェット機能を有する半導体装置の構造およびそのインク供給口の製造方法を提供することである。
【解決手段】 本発明はＳＯＩ基板の表面の所望の領域をＳＯＩの酸化膜領域をエッチングストッパとして利用してエッチング除去する。Ｓｉ裏面から異方性エッチングを、前記ＳＯＩ基板表面のＳｉを除去した領域の幅より異方性エッチングによってＳＯＩの酸化膜領域に到達させた部分の幅が大きくなるまで行う。この製法により、インク供給口の幅は、シリコン表面のパターンニングによって決定される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクジェット記録方式に用いる記録液小滴を発生するための液体噴射記録ヘッドの構造、およびその製造方法に関するものである。

特に、本発明はインクの吐出圧力発生素子が形成された面に対して垂直方向に記録液小滴を吐出する、いわゆるサイドシューター型のインクジェット機能を有する半導体装置およびその製造方法に関するものである。

従来より、サイドシューター型の液体噴射記録ヘッドではインク吐出圧力発生素子が形成された基板に貫通口（以下、インク供給口）を設け、裏面よりインクを供給する方式がとられている。

なぜならば、インク吐出圧力発生素子が形成された面からインク供給を行うと、以下の問題が生じる。

インク供給用タンクがあることにより液体噴射記録ヘッドと、被記録媒体との距離を短くできなくなる。

この問題により、裏面からインクを供給する方式がとられているのである。

このインク供給口を形成する場合、Ｓｉ基板が単結晶引き上げ時より有するＯｉ（格子間酸素）の濃度のウエハー間バラツキ、ウエハー内バラツキ、および半導体装置形成中に印加される熱工程のウエハー間バラツキ、ウエハー内バラツキにより生じる、Ｓｉ基板中の欠陥のサイズ、密度の不均一性が生じる。

その結果によりいかなる問題が生じるかを、図２を用いて説明する。

図２はインク供給口形成プロセスを説明する図である。図２において２１は１００面を表面にもつＳｉ基板、２２はＳｉを異方性エッチングする際のエッチングマスクである。

インク供給口は以下のように形成される。

Ｓｉ基板の表面および裏面にエッチングマスク層２２を形成する。次に、インク供給口を形成する所望の部分のエッチングマスク層２２を除去する（図２−（２））。その後ＴＭＡＨ等のＳｉを異方性エッチングする液体により、Ｓｉを異方性エッチングする。該異方性エッチングにより、Ｓｉの（III）結晶面が露出し、表面に対して５４．７°の開口部が形成できる。

該開口部は、図２−（３）に示したように、Ｓｉ基板裏面近傍で逆テーパーをもった形状となる。これはウエハ裏面近傍２０μｍないし１５０μｍに存在する結晶欠陥濃度の比較的高い領域では、エッチングが結晶方位依存をもたなくなるためである。

この際、前記したように、Ｓｉ基板中の欠陥サイズ、密度の不均一性が存在すると、図２−（３）に示したようにウエハ面内で同一サイズのマスクを用いての供給口形成のための裏面からのＳｉ異方性エッチングの結果、図中２３，２４，２５に示すごとく、インク供給口のできあがり寸法は場所により異なる。

即ち欠陥によるエッチング速度の不均一性が生じる為にこのような結果がもたらされるのであり、従来のインク吐出圧力発生素子を形成する上で、そのインク供給口の寸法バラツキは面内で
最大開口幅−最小開口幅≦４０〜６０μｍ
にも達していた。

これは同様に図３に示すように半導体装置内のインク供給口の形成幅にバラツキが生じる原因でもあり、このバラツキはインク供給口からヒータ部までの距離がばらつくことになる。

図４に従来のインクジェット記録ヘッドの模式的断面図を示す。図４において１はＳｉ基板、４はシリコン酸化膜、６はＰＳＧ層間膜、７はＰ−ＳｉＯ膜、９はＴａＮ膜（ヒータ）、１０はＡｌＣｕ膜、１１はＰ−ＳｉＮ膜、１２はＴａ膜、１５はノズル剤である。

インクは図中、矢印で示したように流れる。

前述したように、インク供給口のできあがり寸法図４中Ａ−Ａ′寸法は基板中の場所により異なる。これは、供給口端部Ａとヒータ部Ｂとの距離が場所により異なることを意味する。

供給口端部Ａとヒータ部Ｂの距離が変化すると、そこを通るインクの流抵抗が変化するため、インクジェット記録ヘッドの動作周波数特性に影響を与える。

このようにウエハ裏面のエッチングマスクによりインク供給口幅が決定される製法では、シリコン基板中の欠陥のサイズ、密度の不均一性によりインク供給口の幅、供給口端部とヒータ部の距離がばらつき、これによりインクジェット記録ヘッドの動作周波数特性に影響を与えてしまう。

従って、インク供給口とヒータ部間での距離精度が向上するインク供給口形成技術が求められる。

従来例としては、例えば特許文献１と特許文献２をあげることができる。
特開平５−３３００６６号公報 特開平６−２８６１４９号公報

本発明は、上記諸点についてなされたものであり、サイドシューター型の液体噴射記録ヘッドのインク供給口の幅を、精度良く開口するためのインクジェット機能を有する半導体装置の構造およびそのインク供給口の製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本出願に係る発明は、インクジェット機能を有する半導体装置においてＳｉ／ＳｉＯ₂／ＳｉからなるＳｉ基板の所望の部分のＳｉをＳｉＯ₂をエッチングストッパとしてエッチングを行い除去し、該Ｓｉが除去された領域がインク供給口を形成することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、インク供給口の幅をシリコン表面のパターニングによって決定される。設計寸法に近い寸法でＳｉ結晶の状態に依存せずに形成できる。よって設計通りのインク供給口端部とヒータ部の距離が実現でき、その結果所望の動作周波数特性のインクジェット記録装置が作成できる。

（第１の実施例）
図１を用いて本発明のインクジェット機能を有する半導体装置の構成とその製造方法について説明する。

但し、この図面中には論点を明確にするために半導体装置に於けるインク供給口部のみを示し、図１−（１）ないし図１−（１２）では本発明の半導体装置の構成図となるように、ノズル形成部までを記す。

Ｐ型、結晶方位＜１００＞厚さ５〜１０μｍのシリコン領域１−１、厚さ２０００Åの酸化シリコン領域１−２、Ｐ型、結晶方位＜１００＞厚さ６２０μｍのシリコン領域１−３から成るＳＯＩ基板１に、熱酸化を行い１００〜５００Åの酸化シリコン膜２を形成した（図１−（１））。

更にその上に１０００〜３０００Åのシリコン窒化膜３を減圧ＣＶＤにより堆積させた。

次に上記シリコン窒化膜３を所望のパターンにパターニングした。この時裏面に堆積したシリコン窒化膜は除去される（図１−（２））。

次に熱酸化により６０００〜１２００Åの酸化シリコン膜４を形成した。この時パターニングされたシリコン窒化膜の下の領域５（以下、アクティブ領域と記す）は酸化されず、窒化膜のない領域のみが選択的に酸化される（図１−（３））。

次に配線電極との層間膜となるＰＳＧ膜６を５０００〜１００００Å堆積し、これを所望のパターンに加工した。更に配線電極となるＡｌ−Ｃｕ膜（図示せず）を堆積し、所望のパターンに加工した（図１−（４））。

この段階でインクの吐出を駆動する能動素子が完成できている。（本実施例では論点を明確にするために能動素子は図示せず、インク供給口となるべき部分の近傍のみを図示した。また能動素子作成に必要な工程の説明は省略している。）
次にプラズマＣＶＤ法により８０００〜１８０００Åの膜厚のプラズマ酸化膜７を堆積し、所望のパターンに加工した（図１−（５））。

次に発熱抵抗体となるＴｃＮ９を２００〜１０００Å程度反応性スパッタ法により堆積し、それを所望のパターンに加工した。

また、発熱抵抗体の配線電極たるＡｌ−Ｃｕ膜１０をその上部に堆積し、所望のパターンに加工した（図１−（６））。

次に保護膜となるシリコン窒化膜１１をプラズマＣＶＤ法により４０００〜１２０００Å程度堆積し、その上部に耐キャビレーション用に用いるＴａ膜１２を５００〜６０００Å程度スパッタ法により堆積し所望のパターンに加工した（図１−（７））。

その後保護膜１１を所望のパターンに加工した。続いて、露出したシリコン領域の所望の部分をＳＦ₆、ＣＨ₂Ｆ₂、Ｃｌ₂を用いたドライエッチングによって所望のパターンに加工した。この際、前記酸化シリコン領域１−２をエッチング時のストッパ層として利用した（図１−（８））。

次にインク吐出口形成の為のノズル剤のパターニングを実施した。

Ｓｉ異方性エッチングのためのマスク剤１３を塗布した後、パターニングを行い、インク供給口形成部のマスク剤１３を除去した。続いてノズル型剤１４の塗布およびパターニング、更にノズル剤１５の塗布およびパターニングを行った（図１−（９））。

次に異方性エッチング時の表面保護剤１６を塗布した（図１−（１０））。

続いてバッファードフッ酸により裏面開口部の酸化膜４を除去し、引き続いて温度８０〜９０℃のＴＭＡＨ水溶液でＳｉの異方性エッチングを行った（図１−（１１））。図１−（１１）はエッチングがＳＯＩの酸化膜領域１−２まで進行した状態を示してある。

この時これまで説明してきたようにＳｉ中の欠陥のサイズ密度の不均一性により、酸化膜領域１−２に到達した部分のインク供給口の幅Ｂ−Ｂ′はばらつく。この時、このインク供給口の幅Ｂ−Ｂ′の最小寸法が前記したシリコン領域１−１をドライエッチングした領域の幅Ａ−Ａ′より大きくなるようにエッチングを行う。異方性エッチング終了後、異方性エッチングのマスク剤は、裏面の酸化膜４およびインク供給口部の酸化膜領域１−２をバッファードフッ酸により除去した。

次に異方性エッチング時の表面保護剤１６を除去、さらにインクの流路となるべき所にあるノズル型剤１４を溶媒を用いて流出除去することにより、インクジェット機能を有する半導体装置を形成することができる（図１−（１２））。

以上説明したように、本発明ではシリコンの異方性エッチングの際に、インク供給口の幅Ｂ−Ｂ′はばらつくが、最終的なインク供給との幅はシリコン領域１−１をドライエッチングによって表面からパターニングした幅Ａ−Ａ′になる。

これは通常の半導体製造プロセスによって作成されるものであり、インク供給口の幅および、ヒータとインク供給口の距離は、μｍ単位で制御できる。

本発明の実施例を説明する図。 従来の問題点を説明する図。 従来の問題点を説明する図。 従来のインクジェット記録装置の模式図。

Claims (6)

1. 被記録媒体に記録を行うために用いられる記録ヘッドにおいて、該ヘッドはシリコン、酸化膜、シリコンから構成されるＳＯＩ基板の基板表面にノズルおよび抵抗発熱体を有し、更に基板裏面から表面にインクを導通させるためのインク供給口を有し、
   該インク供給口の幅が、ＳＯＩ基板の基板表面のシリコン領域を除去した領域で決定されることを特徴とするインクジェット機能を有する半導体装置。
2. 前記ＳＯＩ基板の基板表面のシリコン領域を除去した領域を形成する際に、前記ＳＯＩ基板の酸化膜領域を、シリコン領域をエッチング除去する際のエッチングストッパとして利用することを特徴とする、請求項１に記載のインクジェット機能を有する半導体装置。
3. 前記インク供給口の形成に基板裏面からの異方性エッチングを用いることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット機能を有する半導体装置。
4. 被記録媒体に記録を行うために用いられる記録ヘッドにおいて、該ヘッドはシリコン、酸化膜、シリコンから構成されるＳＯＩ基板の基板表面にノズルおよび抵抗発熱体を有し、更に基板裏面から表面にインクを導通させるためのインク供給口を有し、
   該インク供給口の幅が、ＳＯＩ基板の基板表面のシリコン領域を除去した領域で決定されることを特徴とするインクジェット機能を有する半導体装置の製造方法。
5. 前記ＳＯＩ基板の基板表面のシリコン領域を除去した領域を形成する際に、前記ＳＯＩ基板の酸化膜領域を、シリコン領域をエッチング除去する際のエッチングストッパとして利用することを特徴とする、請求項４に記載のインクジェット機能を有する半導体装置の製造方法。
6. 前記インク供給口の形成に基板裏面からの異方性エッチングを用いることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット機能を有する半導体装置の製造方法。

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