JP2016198908A - 液体吐出ヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】エネルギー効率が高く、安定した液体吐出動作が可能な信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体吐出ヘッド４０は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子５０が設けられた半導体基板１と、半導体基板１の厚み方向に積層された複数の絶縁層６，７ａ，７ｂを含み、エネルギー発生素子５０に電気的に接続される配線８ａ，８ｂ，８ｃ，１０ａ，１０ｂが形成された積層体１６であって、配線８ａ，８ｂ，８ｃ，１０ａ，１０ｂが、絶縁層６，７ａに形成されたビア１０ａ，１０ｂを含む、積層体１６と、を有し、エネルギー発生素子５０が、絶縁層６，７ａ，７ｂの積層方向において、半導体基板１と積層体１６との間に設けられている。【選択図】図１
Description
本発明は、熱エネルギーによって液体を吐出させる液体吐出ヘッドに関する。
吐出口からインクなどの液体を吐出する液体吐出ヘッドとして、熱エネルギーによる吐出方式の液体吐出ヘッドが知られている。この方式の液体吐出ヘッドは、電気信号に応じて熱エネルギーを発生させるエネルギー発生素子を備え、この熱エネルギーにより液体中に気泡を発生させ、その気泡を利用して液体を吐出するものである。
このような液体吐出ヘッドでは、安定した液体吐出動作を行うためには、エネルギー発生素子を十分に発熱させることが必要になるが、その一方で、エネルギー発生素子の駆動電流（消費電力）の増加を抑え、省エネルギーを実現することも求められている。例えば、特許文献１には、エネルギー発生素子に接続される配線の電流容量を大きく確保することで、エネルギー効率を高め、消費電力を抑えるための構成が記載されている。図６は、そのような構成を備えた液体吐出ヘッドを示す概略断面図である。
このような液体吐出ヘッドでは、安定した液体吐出動作を行うためには、エネルギー発生素子を十分に発熱させることが必要になるが、その一方で、エネルギー発生素子の駆動電流（消費電力）の増加を抑え、省エネルギーを実現することも求められている。例えば、特許文献１には、エネルギー発生素子に接続される配線の電流容量を大きく確保することで、エネルギー効率を高め、消費電力を抑えるための構成が記載されている。図６は、そのような構成を備えた液体吐出ヘッドを示す概略断面図である。
図６を参照すると、シリコンからなる半導体基板１０１には、ｎ型不純物領域１０２が形成され、ｎ型不純物領域１０２上には、トランジスタ１２０が形成されている。半導体基板１０１のトランジスタ１２０が形成されていない領域の上には、第１の蓄熱層１０４および第２の蓄熱層１０５がこの順で形成されている。さらに、第２の蓄熱層１０５の上には、第１、第２、および第３の層間絶縁膜１０６，１０７ａ，１０７ｂがこの順で形成され、この上に、エネルギー発生素子１５０として用いられるヒーター層１０９が形成されている。第３の層間絶縁膜１０７ｂの上には、エネルギー発生素子１５０を覆うように保護層１１５が形成されている。保護層１１５上には、ドライフィルム１１４およびオリフィスプレート１１３がこの順で形成されている。ドライフィルム１１４には、エネルギー発生素子１５０に対応する位置に発泡室１６０および流路（図示せず）が形成され、オリフィスプレート１１３には、発泡室１６０に連通するように吐出口１１２が形成されている。
層間絶縁膜１０６，１０７ａ，１０７ｂには、互いに電気的に接続される、第１の配線層１０８ａ、第１のビア１１０ａ、第２の配線層１０８ｂ、第２のビア１１０ｂ、第３の配線層１０８ｃ、および第３のビア１１０ｃが形成されている。エネルギー発生素子１５０は、これら配線層１０８ａ〜１０８ｃおよびビア１１０ａ〜１１０ｃを介して、駆動素子であるトランジスタ１２０に電気的に接続されている。すなわち、エネルギー発生素子１５０は、第３のビア１１０ｃに接続され、第１の配線層１０８ａが、第２の蓄熱層１０５に形成された第４のビア１１０ｄを介して、トランジスタ１２０のソース・ドレイン領域であるｐ型不純物領域１０３に接続されている。また、電極１３０も同様に、配線層１０８ａ，１０８ｂおよびビア１１０ａ，１１０ｂを介して、トランジスタ１２０に電気的に接続されている。
このように、図６に示す液体吐出ヘッド１４０では、エネルギー発生素子１５０に接続される配線は、層間絶縁膜１０６，１０７ａ，１０７ｂに形成されたビア１１０ａ〜１１０ｃを含んでいる。これにより、エネルギー発生素子１５０に接続される配線の電流容量が大きく確保され、エネルギー効率が高められている。
層間絶縁膜１０６，１０７ａ，１０７ｂには、互いに電気的に接続される、第１の配線層１０８ａ、第１のビア１１０ａ、第２の配線層１０８ｂ、第２のビア１１０ｂ、第３の配線層１０８ｃ、および第３のビア１１０ｃが形成されている。エネルギー発生素子１５０は、これら配線層１０８ａ〜１０８ｃおよびビア１１０ａ〜１１０ｃを介して、駆動素子であるトランジスタ１２０に電気的に接続されている。すなわち、エネルギー発生素子１５０は、第３のビア１１０ｃに接続され、第１の配線層１０８ａが、第２の蓄熱層１０５に形成された第４のビア１１０ｄを介して、トランジスタ１２０のソース・ドレイン領域であるｐ型不純物領域１０３に接続されている。また、電極１３０も同様に、配線層１０８ａ，１０８ｂおよびビア１１０ａ，１１０ｂを介して、トランジスタ１２０に電気的に接続されている。
このように、図６に示す液体吐出ヘッド１４０では、エネルギー発生素子１５０に接続される配線は、層間絶縁膜１０６，１０７ａ，１０７ｂに形成されたビア１１０ａ〜１１０ｃを含んでいる。これにより、エネルギー発生素子１５０に接続される配線の電流容量が大きく確保され、エネルギー効率が高められている。
図６に示す液体吐出ヘッド１４０の製造工程では、層間絶縁膜１０６，１０７ａ，１０７ｂの形成に、化学機械研磨（ＣＭＰ）による平坦化技術が用いられている。このＣＭＰ加工による層間絶縁膜１０６，１０７ａ，１０７ｂの厚さの精度は、研磨時間、研磨圧力といった製造プロセス条件以外に、レイアウトの配線幅、密度に大きく影響を受ける。そのため、ＣＭＰによる加工は、加工精度の問題から、層間絶縁膜１０６，１０７ａ，１０７ｂの膜厚に大きなばらつきを生じさせることがある。
ところで、層間絶縁膜１０６，１０７ａ，１０７ｂは、エネルギー発生素子１５０で発生した熱を蓄積する蓄熱層としての機能も有している。そのため、層間絶縁膜１０６，１０７ａ，１０７ｂの膜厚に大きなばらつきが生じた場合、安定した液体吐出動作を行うためには、そのばらつきを考慮してエネルギー発生素子１５０にエネルギーを投入する必要がある。このことは、過剰なエネルギーの投入につながり、結果的に、エネルギー効率の低下につながる可能性がある。また、過剰なエネルギーの投入は、エネルギー発生素子１５０の断線など、信頼性を低下させる可能性もある。
そこで、本発明は、エネルギー効率が高く、安定した液体吐出動作が可能な信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
ところで、層間絶縁膜１０６，１０７ａ，１０７ｂは、エネルギー発生素子１５０で発生した熱を蓄積する蓄熱層としての機能も有している。そのため、層間絶縁膜１０６，１０７ａ，１０７ｂの膜厚に大きなばらつきが生じた場合、安定した液体吐出動作を行うためには、そのばらつきを考慮してエネルギー発生素子１５０にエネルギーを投入する必要がある。このことは、過剰なエネルギーの投入につながり、結果的に、エネルギー効率の低下につながる可能性がある。また、過剰なエネルギーの投入は、エネルギー発生素子１５０の断線など、信頼性を低下させる可能性もある。
そこで、本発明は、エネルギー効率が高く、安定した液体吐出動作が可能な信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
上述した目的を達成するために、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子が設けられた半導体基板と、半導体基板の厚み方向に積層された複数の絶縁層を含み、エネルギー発生素子に電気的に接続される配線が形成された積層体であって、配線が絶縁層に形成されたビアを含む、積層体と、を有し、エネルギー発生素子が、絶縁層の積層方向において、半導体基板と積層体との間に設けられている、ことを特徴とする。
本発明によれば、エネルギー効率が高く、安定した液体吐出動作が可能な信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの概略断面図である。
図１を参照すると、液体吐出ヘッド４０は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子５０が設けられた半導体基板１と、液体を吐出するための吐出口１２が形成された吐出口形成部材１３とを有している。また、液体吐出ヘッド４０は、半導体基板１と吐出口形成部材１３との間に設けられ、半導体基板１のエネルギー発生素子５０が設けられた面に積層された複数の絶縁層（層間絶縁膜）６，７ａ，７ｂを含む積層体１６を有している。
シリコンからなる半導体基板１には、複数のｎ型不純物領域２が形成され、そのうち１つのｎ型不純物領域２の上には、エネルギー発生素子５０を駆動するための駆動素子であるトランジスタ２０が形成されている。半導体基板１のトランジスタ２０が形成されていない領域の上には、第１の蓄熱層４および第２の蓄熱層５がこの順で形成されている。エネルギー発生素子５０は、この第１の蓄熱層４および第２の蓄熱層５を介して半導体基板１の上に設けられている。第１の蓄熱層４および第２の蓄熱層５は、エネルギー発生素子５０で発生した熱を蓄積して、エネルギー発生素子５０の温度上昇に要する時間を短縮し、液体吐出ヘッド４０の熱応答性を高める機能を有している。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの概略断面図である。
図１を参照すると、液体吐出ヘッド４０は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子５０が設けられた半導体基板１と、液体を吐出するための吐出口１２が形成された吐出口形成部材１３とを有している。また、液体吐出ヘッド４０は、半導体基板１と吐出口形成部材１３との間に設けられ、半導体基板１のエネルギー発生素子５０が設けられた面に積層された複数の絶縁層（層間絶縁膜）６，７ａ，７ｂを含む積層体１６を有している。
シリコンからなる半導体基板１には、複数のｎ型不純物領域２が形成され、そのうち１つのｎ型不純物領域２の上には、エネルギー発生素子５０を駆動するための駆動素子であるトランジスタ２０が形成されている。半導体基板１のトランジスタ２０が形成されていない領域の上には、第１の蓄熱層４および第２の蓄熱層５がこの順で形成されている。エネルギー発生素子５０は、この第１の蓄熱層４および第２の蓄熱層５を介して半導体基板１の上に設けられている。第１の蓄熱層４および第２の蓄熱層５は、エネルギー発生素子５０で発生した熱を蓄積して、エネルギー発生素子５０の温度上昇に要する時間を短縮し、液体吐出ヘッド４０の熱応答性を高める機能を有している。
第１の蓄熱層４および第２の蓄熱層５の上には、ヒーター層９を介して第１の層間絶縁膜６が形成されている。ヒーター層９は、第２の蓄熱層５と第１の層間絶縁膜６との間に所定のパターンで形成されている。また、ヒーター層９は、第１の蓄熱層４および第２の蓄熱層５を貫通し、ｎ型不純物領域２やトランジスタ２０のソース・ドレイン領域であるｐ型不純物領域３に接続するように設けられている。ヒーター層９のうち、両端でそれぞれ別のｎ型不純物領域２に接続している部分がエネルギー発生素子５０として用いられる。ヒーター層９の別の部分は、一端でエネルギー発生素子５０が接続されたｎ型不純物領域２に接続し、他端でｐ型不純物領域３に接続している。これにより、エネルギー発生素子５０とトランジスタ２０との電気的な接続が確保されている。
第１の層間絶縁膜６には、第１の配線層８ａおよび第１のビア１０ａが埋め込まれている。第１の配線層８ａは、ヒーター層９の上に形成され、第１のビア１０ａは、第１の配線層８ａの上に形成されている。なお、ヒーター層９のエネルギー発生素子５０として用いられる部分には、第１の配線層８ａは形成されていない。
第１の層間絶縁膜６には、第１の配線層８ａおよび第１のビア１０ａが埋め込まれている。第１の配線層８ａは、ヒーター層９の上に形成され、第１のビア１０ａは、第１の配線層８ａの上に形成されている。なお、ヒーター層９のエネルギー発生素子５０として用いられる部分には、第１の配線層８ａは形成されていない。
第１の層間絶縁膜６の上には、第２の層間絶縁膜７ａおよび第３の層間絶縁膜７ｂが形成されている。第２の層間絶縁膜７ａおよび第３の層間絶縁膜７ｂには、吐出口１２に連通する発泡室６０と、発泡室６０に連通し、発泡室６０を介して吐出口１２に液体を供給する流路（図示せず）とが形成されている。
第２の層間絶縁膜７ａには、耐キャビテーション層１１と同時に形成される層、第２の配線層８ｂ、および第２のビア１０ｂが埋め込まれている。耐キャビテーション層１１およびこれと同時に形成される層は、第１の層間絶縁膜６の上に所定のパターンで形成されている。耐キャビテーション層１１は、発泡室６０とエネルギー発生素子５０との間に設けられ、発泡室６０における気泡の発生および消滅の際のキャビテーションなどによる損傷からエネルギー発生素子５０を保護する機能を有している。第２の配線層８ｂは、耐キャビテーション層１１と同じ工程で形成される層の上に形成され、この層と第１のビア１０ａとを介して、第１の配線層８ａに電気的に接続されている。また、第２のビア１０ｂは、第２の配線層８ｂの上に形成されている。
第２の層間絶縁膜７ａには、耐キャビテーション層１１と同時に形成される層、第２の配線層８ｂ、および第２のビア１０ｂが埋め込まれている。耐キャビテーション層１１およびこれと同時に形成される層は、第１の層間絶縁膜６の上に所定のパターンで形成されている。耐キャビテーション層１１は、発泡室６０とエネルギー発生素子５０との間に設けられ、発泡室６０における気泡の発生および消滅の際のキャビテーションなどによる損傷からエネルギー発生素子５０を保護する機能を有している。第２の配線層８ｂは、耐キャビテーション層１１と同じ工程で形成される層の上に形成され、この層と第１のビア１０ａとを介して、第１の配線層８ａに電気的に接続されている。また、第２のビア１０ｂは、第２の配線層８ｂの上に形成されている。
第３の層間絶縁膜７ｂには、第３の配線層８ｃが埋め込まれている。第３の配線層８ｃは、第２のビア１０ｂに接続するように所定のパターンで形成されている。これにより、第３の配線層８ｃは、第２のビア１０ｂを介して、第２の配線層８ｂに電気的に接続されている。第３の配線層８ｃのうち、その上に第３の層間絶縁膜７ｂが設けられていないことで外部に露出している部分が電極３０として用いられる。電極３０は、第１、第２、および第３の配線層８ａ〜８ｃと第１および第２のビア１０ａ，１０ｂとを介してトランジスタ２０に接続され、これにより、エネルギー発生素子５０に電気的に接続されている。
第３の層間絶縁膜７ｂの上には、吐出口１２が形成された吐出口形成部材１３が設けられている。吐出口１２は、発泡室６０に連通し、エネルギー発生素子５０に対向する位置に配置されている。
第３の層間絶縁膜７ｂの上には、吐出口１２が形成された吐出口形成部材１３が設けられている。吐出口１２は、発泡室６０に連通し、エネルギー発生素子５０に対向する位置に配置されている。
本実施形態の構成では、エネルギー発生素子５０は、半導体基板１の厚み方向に積層された層間絶縁膜６，７ａ，７ｂの積層方向において、半導体基板１と層間絶縁膜６，７ａ，７ｂとの間に設けられている。換言すると、膜厚のばらつきが大きくなる可能性のある複数の層間絶縁膜６，７ａ，７ｂは、半導体基板１とエネルギー発生素子５０との間には介在していない。これにより、半導体基板１とエネルギー発生素子５０との間に、例えばシリコンの熱酸化膜など、膜厚のばらつきの小さい層を蓄熱層として形成することができる。その結果、最適なエネルギーでエネルギー発生素子５０を駆動することができ、省エネルギー化とともに、安定した液体吐出動作が可能になる。また、エネルギー発生素子５０に接続される配線として、層間絶縁膜６，７ａ，７ｂに形成されたビア１０ａ，１０ｂを含む配線が用いられている。これにより、配線の電流容量も十分に確保することができ、エネルギー効率を高めることが可能になる。
次に、図２から図４を参照しながら、本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法について具体的に説明する。図２から図４は、本実施形態の製造方法の各工程における液体吐出ヘッドの概略断面図である。
まず、半導体基板１として、シリコン基板を準備する。そして、半導体基板１を洗浄した後、リソグラフィー工程とイオン注入工程を行い、図２（ａ）に示すように、シリコンにｎ型不純物がドープされた複数のｎ型不純物領域２を形成する。
次に、図２（ｂ）に示すように、第１の蓄熱層４と、第２の蓄熱層５と、トランジスタ２０とを形成する。
具体的には、まず、半導体基板１上に、シリコン窒化膜（図示せず）を成膜し、リソグラフィー工程とエッチング工程を行い、トランジスタ２０を形成する領域以外のシリコン窒化膜を除去する。その後、シリコン窒化膜が除去された領域の半導体基板１の表面を熱酸化することにより、第１の蓄熱層４としてのシリコン酸化膜を形成し、上述のシリコン窒化膜を除去する。そして、熱酸化によるシリコン酸化膜（絶縁膜）と、ポリシリコン（場合によってはシリサイド）からなるゲートとを形成した後、イオン注入工程により、シリコンにｐ型不純物がドープされたｐ型不純物領域３（ソース・ドレイン領域）を形成する。こうして、トランジスタ２０を形成する。さらに、第２の蓄熱層５として、化学気相堆積（ＣＶＤ）法によるＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜またはＰ−ＳｉＯ（プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ）膜を成膜する。その後、リソグラフィー工程とエッチング工程を行い、シリコン酸化膜と、ＢＰＳＧ膜またはＰ−ＳｉＯ膜とを所定の形状にパターニングして、第１の蓄熱層４と第２の蓄熱層５とを形成する。
具体的には、まず、半導体基板１上に、シリコン窒化膜（図示せず）を成膜し、リソグラフィー工程とエッチング工程を行い、トランジスタ２０を形成する領域以外のシリコン窒化膜を除去する。その後、シリコン窒化膜が除去された領域の半導体基板１の表面を熱酸化することにより、第１の蓄熱層４としてのシリコン酸化膜を形成し、上述のシリコン窒化膜を除去する。そして、熱酸化によるシリコン酸化膜（絶縁膜）と、ポリシリコン（場合によってはシリサイド）からなるゲートとを形成した後、イオン注入工程により、シリコンにｐ型不純物がドープされたｐ型不純物領域３（ソース・ドレイン領域）を形成する。こうして、トランジスタ２０を形成する。さらに、第２の蓄熱層５として、化学気相堆積（ＣＶＤ）法によるＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜またはＰ−ＳｉＯ（プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ）膜を成膜する。その後、リソグラフィー工程とエッチング工程を行い、シリコン酸化膜と、ＢＰＳＧ膜またはＰ−ＳｉＯ膜とを所定の形状にパターニングして、第１の蓄熱層４と第２の蓄熱層５とを形成する。
次に、図３（ａ）に示すように、スパッタリング法により、ＴｉＮ膜などのバリア層（図示せず）とＴｉＳｉＮ膜などのヒーター層９とを形成した後、同じくスパッタリング法により、Ａｌ膜またはＡｌ合金膜からなる第１の配線層形成膜１８ａを成膜する。
そして、リソグラフィー工程とエッチング工程を行い、ヒーター層９と共に第１の配線層形成膜１８ａを所定の形状にパターニングして、図３（ｂ）に示すように、第１の配線層８ａを形成する。その後、さらにリソグラフィー工程とエッチング工程を行い、ヒーター層９の上に形成された第１の配線層形成膜１８ａを除去することで、この部分がエネルギー発生素子５０となる。
そして、リソグラフィー工程とエッチング工程を行い、ヒーター層９と共に第１の配線層形成膜１８ａを所定の形状にパターニングして、図３（ｂ）に示すように、第１の配線層８ａを形成する。その後、さらにリソグラフィー工程とエッチング工程を行い、ヒーター層９の上に形成された第１の配線層形成膜１８ａを除去することで、この部分がエネルギー発生素子５０となる。
次に、図３（ｃ）に示すように、第１の層間絶縁膜６を形成する。具体的には、ＣＶＤ法により、例えば、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ膜、ＳｉＯＣ膜、およびＳｉＣＮ膜のいずれかを、例えば１００〜５００ｎｍの厚さで成膜し、その表面を化学機械研磨（ＣＭＰ）により平坦化することで、第１の層間絶縁膜６を形成する。
次に、リソグラフィー工程とエッチング工程を行い、第１の層間絶縁膜６の一部を除去する。そして、スパッタリング法により、例えば１５〜２５ｎｍの厚さのＴｉ膜と、例えば２０〜７０ｎｍの厚さのＴｉＮ膜とを連続して成膜し、バリア層（図示せず）を形成する。さらに、ＣＶＤ法により、タングステンを成膜する。その後、ドライエッチングまたはＣＭＰを用いて、バリア層およびタングステンの一部を除去し、図３（ｄ）に示すように、第１の配線層８ａに接続する第１のビア１０ａを形成する。続いて、スパッタリング法により、第１の層間絶縁膜６上に、耐キャビテーション層形成膜２１と、第２の配線層形成膜１８ｂとをこの順で成膜する。具体的には、例えば２０〜３００ｎｍの厚さのＴａ膜、Ｉｒ膜、およびＲｕ膜のいずれかからなる耐キャビテーション層形成膜２１と、例えば１００〜１５０００ｎｍの厚さのＡｌ膜またはＡｌ合金膜からなる第２の配線層形成膜１８ｂとを成膜する。
そして、リソグラフィー工程とエッチング工程を行い、耐キャビテーション層形成膜２１と共に第２の配線層形成膜１８ｂを所定の形状にパターニングして、図４（ａ）に示すように、第１のビア１０ａに接続する第２の配線層８ｂを形成する。その後、さらにリソグラフィー工程とエッチング工程を行い、耐キャビテーション層形成膜２１の上に形成された第２の配線層形成膜１８ｂを除去することで、この部分が耐キャビテーション層１１となる。
次に、図４（ｂ）に示すように、第２の層間絶縁膜７ａと、第２のビア１０ｂと、第３の配線層８ｃと、第３の層間絶縁膜７ｃとを形成する。
具体的には、まず、ＣＶＤ法により、例えばＳｉＯ膜、ＳｉＯＣ膜、およびＳｉＣＮ膜のいずれかを、例えば５００〜５０００ｎｍの厚さで成膜し、その表面をＣＭＰにより平坦にすることで、第２の層間絶縁膜７ａを形成する。
次に、リソグラフィー工程とエッチング工程を行い、第２の層間絶縁膜７ａの一部を除去する。そして、スパッタリング法により、例えば１５〜２５ｎｍの厚さのＴｉ膜と、例えば２０〜７０ｎｍの厚さのＴｉＮ膜とを連続して成膜し、バリア層（図示せず）を形成する。さらに、ＣＶＤ法により、タングステンを成膜する。その後、ドライエッチングまたはＣＭＰを用いて、バリア層およびタングステンの一部を除去し、第２の配線層８ｂに接続する第２のビア１０ｂを形成する。
続いて、スパッタリング法により、例えば２０〜６０ｎｍの厚さのＴｉ膜およびＴｉＮ膜からなるバリア層（図示せず）を形成した後、第３の配線層８ｃとして、例えば１００〜１５０００ｎｍの厚さのＡｌ膜またはＡｌ合金膜を成膜する。そして、リソグラフィー工程とエッチング工程を行い、バリア層と共にＡｌ膜またはＡｌ合金膜を所定の形状にパターニングして、第２のビア１０ｂに接続する第３の配線層８ｃを形成する。
さらに、ＣＶＤ法により、例えばＳｉＯ膜、ＳｉＯＣ膜、およびＳｉＣＮ膜のいずれかを、例えば５００〜５０００ｎｍの厚さで成膜し、その表面をＣＭＰにより平坦にすることで、第３の層間絶縁膜７ｂを形成する。
具体的には、まず、ＣＶＤ法により、例えばＳｉＯ膜、ＳｉＯＣ膜、およびＳｉＣＮ膜のいずれかを、例えば５００〜５０００ｎｍの厚さで成膜し、その表面をＣＭＰにより平坦にすることで、第２の層間絶縁膜７ａを形成する。
次に、リソグラフィー工程とエッチング工程を行い、第２の層間絶縁膜７ａの一部を除去する。そして、スパッタリング法により、例えば１５〜２５ｎｍの厚さのＴｉ膜と、例えば２０〜７０ｎｍの厚さのＴｉＮ膜とを連続して成膜し、バリア層（図示せず）を形成する。さらに、ＣＶＤ法により、タングステンを成膜する。その後、ドライエッチングまたはＣＭＰを用いて、バリア層およびタングステンの一部を除去し、第２の配線層８ｂに接続する第２のビア１０ｂを形成する。
続いて、スパッタリング法により、例えば２０〜６０ｎｍの厚さのＴｉ膜およびＴｉＮ膜からなるバリア層（図示せず）を形成した後、第３の配線層８ｃとして、例えば１００〜１５０００ｎｍの厚さのＡｌ膜またはＡｌ合金膜を成膜する。そして、リソグラフィー工程とエッチング工程を行い、バリア層と共にＡｌ膜またはＡｌ合金膜を所定の形状にパターニングして、第２のビア１０ｂに接続する第３の配線層８ｃを形成する。
さらに、ＣＶＤ法により、例えばＳｉＯ膜、ＳｉＯＣ膜、およびＳｉＣＮ膜のいずれかを、例えば５００〜５０００ｎｍの厚さで成膜し、その表面をＣＭＰにより平坦にすることで、第３の層間絶縁膜７ｂを形成する。
次に、リソグラフィー工程とエッチング工程を行い、図４（ｃ）に示すように、第２および第３の層間絶縁膜７ａ，７ｂの一部を除去することで、発泡室６０を形成する。また、第３の配線層８ｃの一部が露出するように第３の層間絶縁膜７ｂを除去することで、この部分が電極３０となる。
最後に、ラミネート法を用い、エポキシ系樹脂などのドライフィルムにより、吐出口形成部材１３を形成し、そこに吐出口１２を形成することで、図１に示す液体吐出ヘッド４０が完成する。
最後に、ラミネート法を用い、エポキシ系樹脂などのドライフィルムにより、吐出口形成部材１３を形成し、そこに吐出口１２を形成することで、図１に示す液体吐出ヘッド４０が完成する。
このように製造された液体吐出ヘッド４０では、第１および第２の蓄熱層４，５は、いずれもＣＭＰを用いて加工されたものではない。したがって、これら蓄熱層４，５の膜厚のばらつき（（膜厚の変動幅／平均値）×（１／２）×１００）を、例えば、ＣＭＰを用いて加工した場合に比べて、１／２から１／６程度に軽減することができる。これにより、過剰なエネルギーの投入を抑制することができ、省エネルギーと安定した液体吐出動作を実現することができる。
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの概略断面図である。
本実施形態の液体吐出ヘッド４０には、発泡室６０や流路（図示せず）の内壁を覆うように、ＴｉＯ膜、ＴａＯ膜、およびＳｉＯＣ膜のいずれかからなる保護膜１５が形成されている。これにより、液体吐出ヘッド４０が液体としてインクを吐出する場合に、発泡室６０の耐インク性が向上することで、その形状が安定し、その結果、吐出量が安定した精密な吐出を行うことができる。
本実施形態の液体吐出ヘッド４０の製造方法では、図４（ｃ）に示す工程まで第１の実施形態と同様の工程を行った後、ＣＶＤ法や原子層堆積（ＡＬＤ）法により、例えば５〜１００ｎｍの厚さの保護膜１５を成膜する。その後、第１の実施形態と同様に、吐出口形成部材１３を積層して、図５に示す液体吐出ヘッド４０が完成する。
図５は、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの概略断面図である。
本実施形態の液体吐出ヘッド４０には、発泡室６０や流路（図示せず）の内壁を覆うように、ＴｉＯ膜、ＴａＯ膜、およびＳｉＯＣ膜のいずれかからなる保護膜１５が形成されている。これにより、液体吐出ヘッド４０が液体としてインクを吐出する場合に、発泡室６０の耐インク性が向上することで、その形状が安定し、その結果、吐出量が安定した精密な吐出を行うことができる。
本実施形態の液体吐出ヘッド４０の製造方法では、図４（ｃ）に示す工程まで第１の実施形態と同様の工程を行った後、ＣＶＤ法や原子層堆積（ＡＬＤ）法により、例えば５〜１００ｎｍの厚さの保護膜１５を成膜する。その後、第１の実施形態と同様に、吐出口形成部材１３を積層して、図５に示す液体吐出ヘッド４０が完成する。
１ 半導体基板
６，７ａ，７ｂ 層間絶縁膜
８ａ，８ｂ，８ｃ 配線層
１０ａ，１０ｂ ビア
１３ 吐出口形成部材
１６ 積層体
６，７ａ，７ｂ 層間絶縁膜
８ａ，８ｂ，８ｃ 配線層
１０ａ，１０ｂ ビア
１３ 吐出口形成部材
１６ 積層体
Claims (10)
- 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子が設けられた半導体基板と、
前記半導体基板の厚み方向に積層された複数の絶縁層を含み、前記エネルギー発生素子に電気的に接続される配線が形成された積層体であって、前記配線が前記絶縁層に形成されたビアを含む、積層体と、を有し、
前記エネルギー発生素子が、前記絶縁層の積層方向において、前記半導体基板と前記積層体との間に設けられている、
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子が設けられた半導体基板と、
前記半導体基板の前記エネルギー発生素子が設けられた面に対向して設けられ、液体を吐出するための吐出口を有する吐出口形成部材と、
前記半導体基板の前記エネルギー発生素子と前記吐出口形成部材との間に設けられ、前記エネルギー発生素子に電気的に接続される配線が形成された積層体であって、該積層体が、前記半導体基板の厚み方向に積層された複数の絶縁層を含み、前記配線が前記絶縁層に形成されたビアを含む、積層体と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記配線は、それぞれが前記絶縁層に埋め込まれ前記ビアによって互いに電気的に接続された複数の配線層を含む、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記配線が、前記半導体基板に形成された不純物領域を介して前記エネルギー発生素子に電気的に接続されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記半導体基板と前記エネルギー発生素子との間に、前記エネルギー発生素子で発生した熱を蓄積する蓄熱層が形成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記半導体基板がシリコンからなり、前記蓄熱層が前記シリコンの熱酸化膜を含む、請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記積層体が、吐出口に連通する発泡室と、前記発泡室に連通する流路とを有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記積層体が、前記発泡室および前記流路の内壁を覆う保護膜を有する、請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記保護膜が、ＴｉＯ膜、ＴａＯ膜、およびＳｉＯＣ膜のいずれかからなる、請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
- 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子が設けられた基板を準備する工程と、
前記基板の前記エネルギー発生素子が設けられた面に、複数の絶縁層を積層して積層体を形成する工程と、
前記積層体に、前記エネルギー発生素子に電気的に接続される配線を形成する工程と、を含み、
前記配線を形成する工程が、前記絶縁層にビアを形成することを含む、
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
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