JP2022078883A - 液体吐出ヘッド用基板、及び液体吐出ヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】信頼性の低下が抑制され、より長寿命な液体吐出ヘッド用基板及びこれを備えた液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】基材と、液体を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子と、前記発熱抵抗素子と電気的に接続される電気配線層と、前記電気配線層を絶縁するための絶縁膜と、を有する液体吐出ヘッド用基板であって、前記絶縁膜が、第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上の第２の絶縁膜と、を有し、前記第１の絶縁膜が第１のＳｉＯＣＮ膜であり、前記第２の絶縁膜が、前記第１のＳｉＯＣＮ膜よりＣを多く含む第２のＳｉＯＣＮ膜、又は前記第１のＳｉＯＣＮ膜より密度の小さい低密度絶縁膜である、液体吐出ヘッド用基板。
【選択図】図１
【解決手段】基材と、液体を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子と、前記発熱抵抗素子と電気的に接続される電気配線層と、前記電気配線層を絶縁するための絶縁膜と、を有する液体吐出ヘッド用基板であって、前記絶縁膜が、第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上の第２の絶縁膜と、を有し、前記第１の絶縁膜が第１のＳｉＯＣＮ膜であり、前記第２の絶縁膜が、前記第１のＳｉＯＣＮ膜よりＣを多く含む第２のＳｉＯＣＮ膜、又は前記第１のＳｉＯＣＮ膜より密度の小さい低密度絶縁膜である、液体吐出ヘッド用基板。
【選択図】図１
Description
本発明は、液体吐出ヘッド用基板、及び液体吐出ヘッドに関する。
液体吐出ヘッドとして代表的なインクジェットヘッドを用いた記録方式の一つに、発熱素子によってインクを加熱して発泡させ、この気泡を利用してインクを吐出する方式がある。
特許文献１には、インクジェットヘッドにおいて、複数の電気配線層や、電気配線層と発熱抵抗素子との間を電気的に絶縁する層間絶縁膜として、ＳｉＯなどの絶縁体を使用することが記載されている。
特許文献１に開示されるＳｉＯを層間絶縁膜に適用したインクジェットヘッドにおいては、偶発的な損傷等によりインクが液体吐出ヘッド用基板の内部に侵入した状態で長期間使用すると、インクによって層間絶縁膜が溶解することがある。層間絶縁膜の溶解により複数の素子に共通する電気配線層にまでインクが到達すると、電気的に接続された隣接する素子のいずれもインクの吐出ができなくなってしまう。このように、層間絶縁膜の溶解によってインクジェットヘッドの信頼性が低下するため、信頼性の低下を抑えることが課題となる。
本発明は、以上の背景を鑑み、信頼性の低下が抑制され、より長寿命な液体吐出ヘッド基板、及びこれを備えた液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、基材と、液体を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子と、前記発熱抵抗素子と電気的に接続される電気配線層と、前記電気配線層を絶縁するための絶縁膜と、を有する液体吐出ヘッド用基板であって、前記絶縁膜が、第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の上の第２の絶縁膜と、を有し、前記第１の絶縁膜が第１のＳｉＯＣＮ膜であり、前記第２の絶縁膜が、前記第１のＳｉＯＣＮ膜よりＣを多く含む第２のＳｉＯＣＮ膜、又は前記第１のＳｉＯＣＮ膜より密度の小さい低密度絶縁膜である、液体吐出ヘッド用基板が提供される。
本発明の他の態様によれば、上記の液体吐出ヘッド用基板を備えた液体吐出ヘッドが提供される。
本発明によれば、信頼性の低下が抑制され、より長寿命な液体吐出ヘッド用基板、及びこれを備えた液体吐出ヘッドを提供することができる。
液体吐出ヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの情報出力装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、この液体吐出ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなどの種々の被記録媒体に記録を行うことができる。
本明細書内で用いられる「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味する。
また本明細書内で用いられる「液体」とは、広く解釈されるべきものであり、記録動作に用いるインクのみならず、次の液体も含むものとする。すなわち「液体」は、被記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、被記録媒体の加工、或いはインクまたは被記録媒体の処理に供される液体も含む。ここで、インクまたは被記録媒体の処理とは、例えば、被記録媒体に付与されるインクの中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上のための処理のことを言う。さらに、本発明の液体吐出ヘッドに用いられる「液体」は、一般的に電解質を多く含むものであり、導電性を有している。
また本明細書内で用いられる「液体」とは、広く解釈されるべきものであり、記録動作に用いるインクのみならず、次の液体も含むものとする。すなわち「液体」は、被記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、被記録媒体の加工、或いはインクまたは被記録媒体の処理に供される液体も含む。ここで、インクまたは被記録媒体の処理とは、例えば、被記録媒体に付与されるインクの中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上のための処理のことを言う。さらに、本発明の液体吐出ヘッドに用いられる「液体」は、一般的に電解質を多く含むものであり、導電性を有している。
以下、図面を参照して本発明の実施形態の液体吐出ヘッド用基板および液体吐出ヘッドを説明する。なお以下の説明では、同一の機能を有する構成には図面中、同一の番号を付与する。
液体吐出ヘッド用基板の素子基板１００（図４）は、図１（ｂ）に示されように基板１１４と、吐出口形成部材１０８を有している。
基板１１４は、Ｓｉにより形成される基材１１３と、基材１１３上に形成される層間絶縁膜１０４を含んでいる。この基板１１４上には、液体を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子１０１、保護膜１０５、及び耐キャビテーション膜１０６が設けられている。基板１１４には、発熱抵抗素子１０１の下方に層間絶縁膜を介して温度検知素子１１５を設けることができる。温度検知素子１１５は、Ａｌ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｔａ等の薄膜抵抗体で形成することができる。保護膜１０５及び耐キャビテーション膜１０６上には、発熱抵抗素子１０１を覆わないように密着向上膜１０７が形成されている。この密着向上膜１０７により、基板１１４の上面側の部材と流路形成部材８との間の密着性を向上することができる。
基板１１４は、Ｓｉにより形成される基材１１３と、基材１１３上に形成される層間絶縁膜１０４を含んでいる。この基板１１４上には、液体を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子１０１、保護膜１０５、及び耐キャビテーション膜１０６が設けられている。基板１１４には、発熱抵抗素子１０１の下方に層間絶縁膜を介して温度検知素子１１５を設けることができる。温度検知素子１１５は、Ａｌ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｔａ等の薄膜抵抗体で形成することができる。保護膜１０５及び耐キャビテーション膜１０６上には、発熱抵抗素子１０１を覆わないように密着向上膜１０７が形成されている。この密着向上膜１０７により、基板１１４の上面側の部材と流路形成部材８との間の密着性を向上することができる。
層間絶縁膜１０４は、発熱抵抗素子１０１と温度検知素子１１５の間に位置する第１の層間絶縁膜１０４ｆ、温度検知素子１１５とグランド配線層である第１の電気配線層１０３ｄの間に位置する第２の層間絶縁膜１０４ｅを有している。さらに、第１の電気配線層１０３ｄと電源配線層である第２の電気配線層１０３ｃの間に位置する第３の層間絶縁膜１０４ｄを有している。さらに、第２の電気配線層１０３ｃとロジック電源配線層である第３の電気配線層１０３ｂの間に位置する第４の層間絶縁膜１０４ｃを有している。さらに、第３の電気配線層１０３ｂと信号配線層である第４の電気配線層１０３ａの間に位置する第５の層間絶縁膜１０４ｂを有している。さらに、第４の電気配線層１０３ａの下部に位置する第６の層間絶縁膜１０４ａを有している。
第１の層間絶縁膜１０４ｆ、第２の層間絶縁膜１０４ｅ、第３の層間絶縁膜１０４ｄのうち、少なくとも一つの層間絶縁膜はＳｉＯＣＮで表わされる材料を含む絶縁体で形成されたＳｉＯＣＮ膜（シリコン酸炭窒化膜）を含む。第１の層間絶縁膜１０４ｆ、第２の層間絶縁膜１０４ｅ、第３の層間絶縁膜１０４ｄは、配線層への付き周り性を向上するため、ＳｉＯＣＮ膜だけでなく、一部に高密度プラズマＣＶＤで成膜したＳｉＯ膜（シリコン酸化膜）などの絶縁膜を含んでいても良い。これらの層間絶縁膜の一部または全てをＳｉＯＣＮ膜にすることで、インクに対する耐溶解性を向上することができる。また、層間絶縁膜のうち、ＳｉＯＣＮ膜の上にＳｉＯ膜を形成する構成にすると、平坦化を行う膜がＳｉＯ膜のみとなり、工程の複雑化を避けることができる。
ところで上記の構造において、ＳｉＯＣＮ膜の上にＳｉＯ膜を形成する構成にした場合、次のような問題が生じることがある。偶発的な損傷等によりインクが液体吐出ヘッド用基板の内部に侵入すると、インクに易溶のＳｉＯ膜が溶解し、インクに難溶のＳｉＯＣＮ膜が残存する。このようにＳｉＯＣＮ膜が最表層に露出した状態で液体吐出ヘッド用基板が外力によって変形すると、条件によってはＳｉＯＣＮ膜に亀裂が生じることがある。ＳｉＯＣＮ膜が単一層の場合、一度亀裂が発生すると、亀裂進行の抑止力がないため、膜の深部まで亀裂が進行してしまう。その結果、ＳｉＯＣＮ膜自身は溶解せずに存在するものの、亀裂部を通してインクが侵入し、電気配線層を溶解させてしまうことが発生しうる。このような状態を図２に示す。図２（ａ）は、インク浸食によりＳｉＯ膜１０４ｈが溶解する前の積層構成を示す。図２（ｂ）は、インク浸食によりＳｉＯ膜１０４ｈが溶解し、またＳｉＯＣＮ膜１０４ｇにクラック（亀裂）Ｃが発生し、膜の深部まで進行した状態を示す。図２（ｃ）は、クラック部を通してインクが侵入し、電気配線層（ＡＬ配線）１０３が溶解し、溶解部Ｓが形成された状態を示す。
このような事象による電気配線層の溶解を防止するには、電気配線層を絶縁するための絶縁膜が、第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の上の第２の絶縁膜と、を有した、以下の第１の構成または第２の構成が有効である。
前記第１及び第２の絶縁膜を有する前記絶縁膜は、前記グランド配線層の上の絶縁膜および前記電源配線層の上の絶縁膜の少なくとも一方であることが好ましい。
前記第１及び第２の絶縁膜を有する前記絶縁膜は、前記グランド配線層の上の絶縁膜および前記電源配線層の上の絶縁膜の少なくとも一方であることが好ましい。
第１の構成は、前記第１の絶縁膜が第１のＳｉＯＣＮ膜であり、前記第２の絶縁膜が、前記第１のＳｉＯＣＮ膜よりＣを多く含む第２のＳｉＯＣＮ膜である。すなわち、第１のＳｉＯＣＮ膜の上に、第１のＳｉＯＣＮ膜よりもＣを多く含む第２のＳｉＯＣＮ膜を形成する構成が有効である。Ｃを多く含むＳｉＯＣＮ膜の方が硬く、亀裂が発生しやすいため、外力による変形に伴う亀裂の発生は第２のＳｉＯＣＮ膜に集中する。第２のＳｉＯＣＮ膜に亀裂が発生することで応力開放することに加え、第１のＳｉＯＣＮ膜は亀裂が入りにくいため、亀裂は第１のＳｉＯＣＮ膜にはほぼ発生しない。その結果、第１のＳｉＯＣＮ膜には亀裂がほぼ発生せず、溶解せずに存在するため、インクが深部に侵入することはなく、配線が溶解することはない。このような状態を図３に示す。図３（ａ）は、インク浸食によりＳｉＯ膜１０４ｈが溶解する前の積層構成を示す。図３（ｂ）は、インク浸食によりＳｉＯ膜１０４ｈが溶解した状態を示す。この状態において、外力により基板が変形すると、割れやすい第２のＳｉＯＮ膜１０４ｇ２（犠牲層）に亀裂Ｃが入るが、割れにくい第１のＳｉＯＮ膜１０４ｇ１の手前で亀裂の進行が止まる。結果、下層側の第１のＳｉＯＮ膜１０４ｇ１には亀裂が発生せず、インクの侵入経路は形成されないため、電気配線層（ＡＬ配線）１０３の溶解が防止できる。
このような効果をより十分に得る点から、第１のＳｉＯＣＮ膜と第２のＳｉＯＣＮ膜におけるＣ組成比（Ｃの含有率）の差は４ａｔ．％以上が好ましく、５ａｔ．％以上であることがより好ましい。第２のＳｉＯＣＮ膜の厚みは８０ｎｍ以上が好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましい。
このような効果をより十分に得る点から、第１のＳｉＯＣＮ膜と第２のＳｉＯＣＮ膜におけるＣ組成比（Ｃの含有率）の差は４ａｔ．％以上が好ましく、５ａｔ．％以上であることがより好ましい。第２のＳｉＯＣＮ膜の厚みは８０ｎｍ以上が好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましい。
第１のＳｉＯＣＮ膜および第２のＳｉＯＣＮ膜は、製造容易性、電気的絶縁性、低応力、インクに対する耐浸食性の観点から、以下の組成範囲とすることが好ましい。すなわち、ＳｉｗＯｘＣｙＮｚ（ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００（ａｔ％），３７≦ｗ≦６０（ａｔ．％），３０≦ｘ≦５３（ａｔ．％），６≦ｙ≦２９（ａｔ．％），４≦ｚ≦９（ａｔ．％））で表わされる材料で形成することが好ましい。
膜の組成は、ＴＥＭ－ＥＤＳ（透過電子顕微鏡－エネルギー分散型X線分光法）、ＴＥＭ－ＥＥＬＳ（透過電子顕微鏡－電子エネルギー損失分光法）、ＸＰＳ（Ｘ線光電分光法）の深さ方向分析で測定できる。
膜の組成は、ＴＥＭ－ＥＤＳ（透過電子顕微鏡－エネルギー分散型X線分光法）、ＴＥＭ－ＥＥＬＳ（透過電子顕微鏡－電子エネルギー損失分光法）、ＸＰＳ（Ｘ線光電分光法）の深さ方向分析で測定できる。
また、電気配線層の溶解を防止するための前記第２の構成は、前記第１の絶縁膜がＳｉＯＣＮ膜であり、前記第２の絶縁膜が、前記ＳｉＯＣＮ膜より密度の小さい低密度絶縁膜である。すなわち、亀裂対策として、ＳｉＯＣＮ膜の上にインクに難溶でＳｉＯＣＮ膜よりも密度の小さい低密度絶縁膜（低密度層間膜）を設けることも有効である。このような構成にすれば、密度が小さく脆い膜に優先的に亀裂を生じさせ、ＳｉＯＣＮ膜に亀裂を伝播させないことにより、深部へのインク侵入を防ぐことができる。
このような効果をより十分に得る点から、ＳｉＯＣＮ膜と低密度絶縁膜（低密度層間膜）の密度の差は０．４ｇ／ｃｍ３以上が好ましく、０．５ｇ／ｃｍ３以上であることがより好ましい。低密度絶縁膜としてはＳｉＯＣ膜（シリコン酸炭化膜）が好ましい。低密度絶縁膜の厚みは８０ｎｍ以上が好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましい。
膜の密度は、ＸＲＲ（Ｘ線反射率法）、ＲＢＳ（ラザフォード後方散乱分析）で測定できる。
このような効果をより十分に得る点から、ＳｉＯＣＮ膜と低密度絶縁膜（低密度層間膜）の密度の差は０．４ｇ／ｃｍ３以上が好ましく、０．５ｇ／ｃｍ３以上であることがより好ましい。低密度絶縁膜としてはＳｉＯＣ膜（シリコン酸炭化膜）が好ましい。低密度絶縁膜の厚みは８０ｎｍ以上が好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましい。
膜の密度は、ＸＲＲ（Ｘ線反射率法）、ＲＢＳ（ラザフォード後方散乱分析）で測定できる。
第１のＳｉＯＣＮ膜の厚みは、第２のＳｉＯＣＮ膜や低密度絶縁膜に亀裂が生じた場合でも、より十分に亀裂の発生を抑えインクの侵入を防ぐ点から、１５０ｎｍ以上であることが好ましい。第１のＳｉＯＣＮ膜の厚みは、電気配線層の上面に形成されている部分の厚みとする。
図４に示すように、液体吐出ヘッド用基板の素子基板１００の中央部には長手方向（本実施形態では図１のＹ方向に一致する）に延びるインク供給口２０２が設けられ、インク供給口２０２の両側に複数の発熱抵抗素子１０１がそれぞれ列状に配列されている。発熱抵抗素子１０１はＴａＳｉＮなどのＴａ化合物から形成されている。発熱抵抗素子１０１の膜厚（図１のＺ方向寸法）は０．０１～０．０５μｍ程度であり、後述する図１に示す電気配線層１０３の膜厚と比べてはるかに小さい。
図１に示すように、基板１１４の発熱抵抗素子１０１が形成された面側に吐出口形成部材１０８が設けられている。吐出口形成部材１０８は、各発熱抵抗素子１０１に対応した吐出口１０９を有し、基板１１４とともに吐出口１０９毎の圧力室１２３を形成している。圧力室１２３は、インク供給口２０２（図４）と連通しており、インク供給口２０２から供給されるインクが圧力室１２３に導入される。
図４に示すように、素子基板１００のインク供給口２０２を挟んだ両側には、発熱抵抗素子１０１を駆動するための駆動回路２０３が設けられている。駆動回路２０３は、素子基板１００の長手方向Ｙにおける両端に設けられた電極パッド２０１に接続されている。電極パッド２０１を介して液体吐出ヘッドの外部から供給される記録信号に応じて発熱抵抗素子１０１の駆動電流を生成する。
図１に示すように、基材１１３上に設けられた層間絶縁膜１０４内には、発熱抵抗素子１０１に電流を供給するための電気配線層１０３が設けられている。電気配線層１０３は層間絶縁膜１０４に埋め込まれるように設けられている。電気配線層１０３は後述の接続部材１０２を介して、駆動回路２０３と発熱抵抗素子１０１とを電気的に接続している。電気配線層１０３はアルミニウムからなり、膜厚（Ｚ方向寸法）は０．６～１．２μｍ程度である。
電気配線層１０３を経由して供給された電流によって発熱抵抗素子１０１が発熱し、高温となった発熱抵抗素子１０１は圧力室１２３内のインクを加熱して気泡を発生させる。この気泡によって吐出口１０９の近傍のインクが吐出口１０９から吐出し、記録が行われる。この際の温度変化を温度検知素子１１５で読み取ることで、正常に吐出されているかどうかを判定することができる。
図１（ｂ）に示すように、発熱抵抗素子１０１は保護膜１０５で覆われている。保護膜１０５はＳｉＮからなり、膜厚は０．１５～０．３μｍ程度である。保護膜１０５はＳｉＯまたはＳｉＣで形成してもよい。保護膜１０５は、耐キャビテーション膜１０６で覆われている。耐キャビテーション膜１０６はＴａからなり、膜厚は０．２～０．３μｍ程度である。
図１（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１０４内には、電気配線層１０３と発熱抵抗素子１０１とを接続するための複数の接続部材１０２が設けられている。接続部材１０２は、膜厚方向（Ｚ方向）に延在し、層間絶縁膜を貫通して層間絶縁膜の上側の発熱抵抗素子１０１と下方にある電気配線層１０３とを接続する。複数の接続部材１０２は、図１（ａ）に示すように、第１の方向Ｘに垂直な第２の方向Ｙに沿って互いに間隔をおいて位置している。発熱抵抗素子１０１に接続する接続部材１０２は、発熱抵抗素子１０１が設けられる面に垂直な方向からみて、発熱抵抗素子１０１に覆われている。接続部材１０２は、発熱抵抗素子１０１のＸ方向における両側端部の近傍で、電気配線層１０３と発熱抵抗素子１０１とを接続している。従って、電流は発熱抵抗素子１０１をＸ方向に沿って流れる。
発熱抵抗素子１０１のＸ方向における両側端部の近傍には、それぞれ複数の接続部材１０２が設けられている。発熱抵抗素子１０１はその一端側と他端側とのそれぞれに、複数の接続部材１０２が接続される接続領域１１０を有している。
接続部材１０２は、電気配線層１０３からＺ方向に延びるプラグである。接続部材１０２は本実施形態では概ね正方形の断面を有しているが、角部が丸められていてもよく、正方形に限らず長方形、円形、楕円形など他の形状をとることもできる。接続部材１０２はタングステンで形成されているが、チタン、白金、コバルト、ニッケル、モリブデン、タンタル、ケイ素のいずれか、またはこれらの化合物で形成することができる。接続部材１０２は電気配線層１０３と一体に形成されてもよい。すなわち、電気配線層１０３の一部を厚さ方向に切り欠くことで電気配線層１０３と一体化された接続部材１０２を形成してもよい。
接続領域１１０は、全ての接続部材１０２を含みかつその四辺がいずれかの接続部材１０２に外接する最小の長方形の領域である。図１（ａ）では接続領域１１０は第１の方向Ｘと直交する第２の方向Ｙに沿って延びているが、第２の方向Ｙは第１の方向Ｘと直交していなくてもよい。すなわち、接続領域１１０は、第１の方向Ｘと斜め方向に交差する第２の方向に沿って延びていてもよい。
発熱抵抗素子１０１において実際にインクの発泡に寄与する領域、すなわちインクが発泡する領域を発泡領域１１１と呼ぶ。発泡領域１１１は発熱抵抗素子１０１の外周よりも内側にあり、発泡領域１１１と発熱抵抗素子１０１の外周との間の領域はインクの発泡に寄与しない領域１１２（以下「額縁領域」という）となっている。額縁領域１１２においても通電により発熱はするが周囲への放熱量が多く、インクが発泡しない。発泡領域１１１のＸ方向及びＹ方向の寸法は発熱抵抗素子１０１の周囲の構造や発熱抵抗素子１０１の熱伝導率等によって決まる。
接続領域１１０は、額縁領域１１２を挟んで、第１の方向Ｘにおいて発泡領域１１１と隣接しており、第２の方向Ｙにおいて発泡領域１１１の全長を含む範囲にわたって延びている。すなわち第１の方向Ｘに見たときに接続領域１１０のＹ方向における両側の端部１１０ａ，１１０ｂは、発泡領域１１１のＹ方向における両側の周縁部１１１ａ，１１１ｂよりも発熱抵抗素子１０１のＹ方向における両側周縁部１０１ａ，１０１ｂに近接している。このため、発泡領域１１１の全域において電流密度が均一化される。
発熱抵抗素子１０１において実際にインクの発泡に寄与する領域、すなわちインクが発泡する領域を発泡領域１１１と呼ぶ。発泡領域１１１は発熱抵抗素子１０１の外周よりも内側にあり、発泡領域１１１と発熱抵抗素子１０１の外周との間の領域はインクの発泡に寄与しない領域１１２（以下「額縁領域」という）となっている。額縁領域１１２においても通電により発熱はするが周囲への放熱量が多く、インクが発泡しない。発泡領域１１１のＸ方向及びＹ方向の寸法は発熱抵抗素子１０１の周囲の構造や発熱抵抗素子１０１の熱伝導率等によって決まる。
接続領域１１０は、額縁領域１１２を挟んで、第１の方向Ｘにおいて発泡領域１１１と隣接しており、第２の方向Ｙにおいて発泡領域１１１の全長を含む範囲にわたって延びている。すなわち第１の方向Ｘに見たときに接続領域１１０のＹ方向における両側の端部１１０ａ，１１０ｂは、発泡領域１１１のＹ方向における両側の周縁部１１１ａ，１１１ｂよりも発熱抵抗素子１０１のＹ方向における両側周縁部１０１ａ，１０１ｂに近接している。このため、発泡領域１１１の全域において電流密度が均一化される。
各層の電気配線層１０３および発熱抵抗素子１０１の下地部はＣＭＰ（化学的機械的研磨）等の平坦化処理により平坦化している。それにより、図１に示すように、接続部材１０２の発熱抵抗素子１０１との当接面と、層間絶縁膜１０４の発熱抵抗素子１０１との当接面とは同一平面に設けられている。
本実施形態においては、図１に示すように、Ｓｉにより形成される基材１１３と層間絶縁膜１０４との界面領域において、基材１１３上に駆動回路２０３およびフィールド酸化膜１３２が形成されている。
図１に示す実施形態では、電気配線層１０３は発熱抵抗層１０１からの距離が互いに異なる４層の構成になっている。
下層側の電気配線層１０３ａ、１０３ｂを、発熱抵抗素子１０１を駆動するための信号配線層やロジック電源配線層に割り当てている。本実施形態においては、電気配線層１０３ａを信号配線層（第４の電気配線層１０３ａ）、電気配線層１０３ｂをロジック電源配線層（第３の電気配線層１０３ｂ）としている。
一方、上層側（発熱抵抗素子１０１側）の電気配線層１０３ｃ、１０３ｄを、発熱抵抗素子１０１に電流を供給するための電気配線層に割り当てている。本実施形態においては、電気配線層１０３ｄをグランド（ＧＮＤＨ）配線層（第１の電気配線層１０３ｄ）、電気配線層１０３ｃを電源（ＶＨ）配線層（第２の電気配線層１０３ｃ）とし、電気配線層１０３ｃ、１０３ｄともに所謂ベタ配線としている。
下層側の電気配線層１０３ａ、１０３ｂを、発熱抵抗素子１０１を駆動するための信号配線層やロジック電源配線層に割り当てている。本実施形態においては、電気配線層１０３ａを信号配線層（第４の電気配線層１０３ａ）、電気配線層１０３ｂをロジック電源配線層（第３の電気配線層１０３ｂ）としている。
一方、上層側（発熱抵抗素子１０１側）の電気配線層１０３ｃ、１０３ｄを、発熱抵抗素子１０１に電流を供給するための電気配線層に割り当てている。本実施形態においては、電気配線層１０３ｄをグランド（ＧＮＤＨ）配線層（第１の電気配線層１０３ｄ）、電気配線層１０３ｃを電源（ＶＨ）配線層（第２の電気配線層１０３ｃ）とし、電気配線層１０３ｃ、１０３ｄともに所謂ベタ配線としている。
本実施形態では、層間絶縁膜１０４中に、発熱抵抗素子１０１に電流を流すための電気配線層１０３ｃ、１０３ｄと、発熱抵抗素子を駆動するための信号配線層やロジック電源配線層としての電気配線層１０３ａ、１０３ｂの４層の電気配線層を備えている。電気配線層１０３ｃ、１０３ｄは、電気配線層１０３ａ、１０３ｂに対して発熱抵抗素子１０１に近い側に配置され、電気配線層１０３ｃ、１０３ｄの膜厚は相対的に厚い方が効率を考慮すると好ましい。逆に、電気配線層１０３ａ、１０３ｂは、電気配線層１０３ｃ、１０３ｄに対して駆動回路２０３に近い側に配置され、電気配線層１０３ａ、１０３ｂの膜厚は相対的に薄い方が好ましい。
図１（ｂ）に示すように発熱抵抗素子１０１は、各々が、図１（ａ）に示す接続領域１１０を含む２つの電極領域１２１と、２つの電極領域１２１の間に位置する中央領域１２２とに、第１の方向Ｘに区画されている。２つの電極領域１２１と中央領域１２２は第２の方向Ｙに関し同一の寸法を有している。すなわち、発熱抵抗素子１０１は、図１（ａ）に示すように、Ｘ－Ｙ面内で長方形の平面形状を有している。本実施形態では、接続部材１０２の幅ａ、間隔ｂ、発熱抵抗素子１０１のオーバーラップ幅ｃはこのような発熱抵抗素子１０１の形状を前提に最適化される。ここで、接続部材１０２の幅ａは接続部材１０２のＹ方向の幅、接続部材１０２の間隔ｂは隣接する接続部材１０２のＹ方向の間隔、オーバーラップ幅ｃは両端の接続部材１０２と発熱抵抗素子１０１の周縁部１０１ａ，１０１ｂとの間の距離である。
上記のＳｉＯＣＮ膜はプラズマＣＶＤ法を用いて成膜することができる。
図５は、ＳｉＯＣＮ膜の成膜に使用したプラズマＣＶＤ装置の成膜室を模式的に示す断面図である。図５を用いて、ＳｉＯＣＮ膜の成膜方法の概略を以下に説明する。
図５は、ＳｉＯＣＮ膜の成膜に使用したプラズマＣＶＤ装置の成膜室を模式的に示す断面図である。図５を用いて、ＳｉＯＣＮ膜の成膜方法の概略を以下に説明する。
まず、プラズマ放電の際の上部電極として機能するシャワーヘッド３０３と、下部電極として機能するサンプルステージ３０２の間の距離（ＧＡＰ）を、サンプルステージ３０２の高さを調整することで決定する。また、サンプルステージ３０２の温度をヒータ３０４によって加熱することで調整する。
次に、シャワーヘッド３０３を介して使用する各種ガスを成膜室３１０に流入する。その際、各種ガスは各々に対応する配管３００にそれぞれ取り付けられたマスフローコントローラー３０１によって流量が制御される。その後、使用するガスの導入バルブ３０７ａを開放することでガスは配管内で混合され、シャワーヘッド３０３に向けて供給される。続いて、真空ポンプ（不図示）に繋がる排気口３０５に取り付けられた排気バルブ３０７ｂを調整し、排気量を制御することで成膜室３１０内の圧力を一定に保つ。その後、２周波のＲＦ電源３０８ａおよび３０８ｂによってシャワーヘッド３０３とサンプルステージ３０２との間にプラズマを放電する。そのプラズマ中で解離した原子がウエハ３０６上に堆積されていくことで成膜が行われる。
本発明の実施形態におけるＳｉＯＣＮ膜の成膜条件は、以下の中から適宜選択することが好ましい。
ＳｉＨ４ガス流量：２０～３００ｓｃｃｍ
Ｎ２Ｏガス流量：０．１～３ｓｌｐｍ
ＣＨ４ガス流量：０．１～５ｓｌｍ
ＨＲＦ電力：１００～９００Ｗ
ＬＲＦ電力：８～５００Ｗ
圧力：１００～７００Ｐａ
温度：３００～４５０℃
ＳｉＨ４ガス流量：２０～３００ｓｃｃｍ
Ｎ２Ｏガス流量：０．１～３ｓｌｐｍ
ＣＨ４ガス流量：０．１～５ｓｌｍ
ＨＲＦ電力：１００～９００Ｗ
ＬＲＦ電力：８～５００Ｗ
圧力：１００～７００Ｐａ
温度：３００～４５０℃
これらの条件を調整し、ＳｉＨ４，Ｎ２Ｏ，ＣＨ４の各プロセスガスの流量比を変更することで、組成比の異なるＳｉＯＣＮ膜を得ることができる。なお、本明細書ではＳｉＯＣＮ膜の各元素の含有割合を原子百分率（ａｔ．％）で示している。
また、本発明の実施形態において成膜されるＳｉＯＣＮ膜においては、上述したＣＶＤ法の原料ガス由来の水素が含有されるが、水素含有量は考慮していない。ただし、上述の原料ガスを用いて成膜された膜には、一般的に１５～３０ａｔ．％程度の水素が含まれており、その範囲を大きく逸脱するものでなければ水素が含まれても差し支えなく、３０ａｔ．％以下であることが好ましい。
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
本実施例では、ＳｉＯＣＮ膜をＣ組成比が異なる２層構成にすることで、亀裂に対する耐性が向上することを説明する。
本実施例では、層間絶縁膜１０４ｅ（グランド配線層１０３ｄ上の絶縁膜）を以下の積層膜とした。
まずグランド配線層１０３ｄ上にプラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化し、前記プラズマＳｉＯ膜を平坦化した面上に第１のＳｉＯＣＮ膜を形成した。次いで第２のＳｉＯＣＮ膜を形成し、さらにプラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化し、積層膜を得た。
その際、第２のＳｉＯＣＮ膜は、第１のＳｉＯＣＮ膜よりもＣ組成比が大きい３種の組成の材料（Ｃ組成比の差が２ａｔ．％、５ａｔ．％、７ａｔ．％）を選択した。また第１のＳｉＯＣＮ膜の膜厚を１５０ｎｍで固定し、第２のＳｉＯＣＮ膜の膜厚を５０～２００ｎｍの間で変化させた。なお、膜の組成の測定は、ＸＰＳ（Ｘ線光電分光法）の深さ方向分析により行った。
層間絶縁膜１０４ｅ以外の層間絶縁膜はプラズマＳｉＯ膜を用いて形成し、図１及び図４を用いて説明した構成を有する液体吐出ヘッド用基板を作製した。
本実施例では、ＳｉＯＣＮ膜をＣ組成比が異なる２層構成にすることで、亀裂に対する耐性が向上することを説明する。
本実施例では、層間絶縁膜１０４ｅ（グランド配線層１０３ｄ上の絶縁膜）を以下の積層膜とした。
まずグランド配線層１０３ｄ上にプラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化し、前記プラズマＳｉＯ膜を平坦化した面上に第１のＳｉＯＣＮ膜を形成した。次いで第２のＳｉＯＣＮ膜を形成し、さらにプラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化し、積層膜を得た。
その際、第２のＳｉＯＣＮ膜は、第１のＳｉＯＣＮ膜よりもＣ組成比が大きい３種の組成の材料（Ｃ組成比の差が２ａｔ．％、５ａｔ．％、７ａｔ．％）を選択した。また第１のＳｉＯＣＮ膜の膜厚を１５０ｎｍで固定し、第２のＳｉＯＣＮ膜の膜厚を５０～２００ｎｍの間で変化させた。なお、膜の組成の測定は、ＸＰＳ（Ｘ線光電分光法）の深さ方向分析により行った。
層間絶縁膜１０４ｅ以外の層間絶縁膜はプラズマＳｉＯ膜を用いて形成し、図１及び図４を用いて説明した構成を有する液体吐出ヘッド用基板を作製した。
以上の工程を経て作製した液体吐出ヘッド用基板を使用して液体吐出ヘッドを作製して駆動し、損傷した箇所の断面観察を行った。液体吐出ヘッドの駆動においては、ｐＨ９程度の顔料インクを用い、駆動条件は、液体吐出ヘッドを６０℃に保持し、７２時間吐出させた。
結果を表１に示す。表において、第１のＳｉＯＣＮ膜に亀裂が無い場合を○、第１のＳｉＯＣＮ膜に亀裂は多少あるが第１のＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜の溶解までには至っていない場合を△、第１のＳｉＯＣＮ膜に亀裂が生じＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜が溶解している場合を×で示す。
表１に示すように、第２のＳｉＯＣＮ膜のＣ組成比が第１のＳｉＯＣＮ膜のものよりも５ａｔ．％以上大きく、かつ第２のＳｉＯＣＮ膜の膜厚が１００ｎｍ以上の場合、第１のＳｉＯＣＮ膜に亀裂が無い。この場合、第２のＳｉＯＣＮ膜に生じた亀裂が第１のＳｉＯＣＮ膜に伝播することがなく、インクが第１のＳｉＯＣＮ膜を通過することはないことが分かる。また、第１のＳｉＯＣＮ膜上に第２のＳｉＯＣＮ膜を設けることで、亀裂の発生を抑制できることが分かる。
なお、第１のＳｉＯＣＮ膜の膜厚を変化させた場合も実施したところ、第１のＳｉＯＣＮ膜の膜厚が１５０ｎｍ以上あれば、液体吐出記録ヘッドに偶発的な損傷が生じた後も、断線が広範囲に広がることはなかった。
結果を表１に示す。表において、第１のＳｉＯＣＮ膜に亀裂が無い場合を○、第１のＳｉＯＣＮ膜に亀裂は多少あるが第１のＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜の溶解までには至っていない場合を△、第１のＳｉＯＣＮ膜に亀裂が生じＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜が溶解している場合を×で示す。
表１に示すように、第２のＳｉＯＣＮ膜のＣ組成比が第１のＳｉＯＣＮ膜のものよりも５ａｔ．％以上大きく、かつ第２のＳｉＯＣＮ膜の膜厚が１００ｎｍ以上の場合、第１のＳｉＯＣＮ膜に亀裂が無い。この場合、第２のＳｉＯＣＮ膜に生じた亀裂が第１のＳｉＯＣＮ膜に伝播することがなく、インクが第１のＳｉＯＣＮ膜を通過することはないことが分かる。また、第１のＳｉＯＣＮ膜上に第２のＳｉＯＣＮ膜を設けることで、亀裂の発生を抑制できることが分かる。
なお、第１のＳｉＯＣＮ膜の膜厚を変化させた場合も実施したところ、第１のＳｉＯＣＮ膜の膜厚が１５０ｎｍ以上あれば、液体吐出記録ヘッドに偶発的な損傷が生じた後も、断線が広範囲に広がることはなかった。
（実施例２）
本実施例では、実施例１とは異なる層構成において、ＳｉＯＣＮ膜をＣ組成比が異なる２層構成にすることで、亀裂に対する耐性が向上することを説明する。
本実施例では、層間絶縁膜１０４ｅ（グランド配線層１０３ｄ上の絶縁膜）を以下の積層膜とした。
まずグランド配線層１０３ｄ上にプラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化することなく、前記プラズマＳｉＯ膜上に第１のＳｉＯＣＮ膜を形成した。次いで第２のＳｉＯＣＮ膜を形成し、さらにプラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化し、積層膜を得た。
その際、第２のＳｉＯＣＮ膜は、第１のＳｉＯＣＮ膜よりもＣ組成比が大きい３種の組成の材料を選択した（Ｃ組成比の差が２ａｔ．％、５ａｔ．％、７ａｔ．％）。また第１のＳｉＯＣＮ膜の膜厚を１５０ｎｍで固定し、第２のＳｉＯＣＮ膜の膜厚を５０～２００ｎｍの間で変化させた。なお、膜の組成の測定は、ＸＰＳ（Ｘ線光電分光法）の深さ方向分析により行った。
層間絶縁膜１０４ｅ以外の層間絶縁膜はプラズマＳｉＯ膜を用いて形成し、図１及び図４を用いて説明した構成を有する液体吐出用ヘッド用基板を作製した。
本実施例では、実施例１とは異なる層構成において、ＳｉＯＣＮ膜をＣ組成比が異なる２層構成にすることで、亀裂に対する耐性が向上することを説明する。
本実施例では、層間絶縁膜１０４ｅ（グランド配線層１０３ｄ上の絶縁膜）を以下の積層膜とした。
まずグランド配線層１０３ｄ上にプラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化することなく、前記プラズマＳｉＯ膜上に第１のＳｉＯＣＮ膜を形成した。次いで第２のＳｉＯＣＮ膜を形成し、さらにプラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化し、積層膜を得た。
その際、第２のＳｉＯＣＮ膜は、第１のＳｉＯＣＮ膜よりもＣ組成比が大きい３種の組成の材料を選択した（Ｃ組成比の差が２ａｔ．％、５ａｔ．％、７ａｔ．％）。また第１のＳｉＯＣＮ膜の膜厚を１５０ｎｍで固定し、第２のＳｉＯＣＮ膜の膜厚を５０～２００ｎｍの間で変化させた。なお、膜の組成の測定は、ＸＰＳ（Ｘ線光電分光法）の深さ方向分析により行った。
層間絶縁膜１０４ｅ以外の層間絶縁膜はプラズマＳｉＯ膜を用いて形成し、図１及び図４を用いて説明した構成を有する液体吐出用ヘッド用基板を作製した。
以上の工程を経て作製した液体吐出ヘッド用基板を使用して液体吐出ヘッドを作製して駆動し、損傷した箇所の断面観察を行った。液体吐出ヘッドの駆動においては、実施例１と同様に、ｐＨ９程度の顔料インクを用い、駆動条件は、液体吐出ヘッドを６０℃に保持し、７２時間吐出させた。
結果を表２に示す。表において、第１のＳｉＯＣＮ膜に亀裂が無い場合を○、第１のＳｉＯＣＮ膜に亀裂は多少あるが第１のＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜の溶解までには至っていない場合を△、第１のＳｉＯＣＮ膜に亀裂が生じＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜が溶解している場合を×で示す。
表２に示すように、第２のＳｉＯＣＮ膜のＣ組成比が第１のＳｉＯＣＮ膜のものよりも５ａｔ．％以上大きく、かつ第２のＳｉＯＣＮ膜の膜厚が１００ｎｍ以上の場合、第１のＳｉＯＣＮ膜に亀裂が無い。この場合、第２のＳｉＯＣＮ膜に生じた亀裂が第１のＳｉＯＣＮ膜に伝播することがなく、インクが第１のＳｉＯＣＮ膜を通過することはないことが分かる。また、第１のＳｉＯＣＮ膜上に第２のＳｉＯＣＮ膜を設けることで、亀裂の発生を抑制できることが分かる。
なお、第１のＳｉＯＣＮ膜の膜厚を変化させた場合も実施したところ、第１のＳｉＯＣＮ膜の膜厚が１５０ｎｍ以上あれば、液体吐出記録ヘッドに偶発的な損傷が生じた後も、断線が広範囲に広がることはなかった。
結果を表２に示す。表において、第１のＳｉＯＣＮ膜に亀裂が無い場合を○、第１のＳｉＯＣＮ膜に亀裂は多少あるが第１のＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜の溶解までには至っていない場合を△、第１のＳｉＯＣＮ膜に亀裂が生じＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜が溶解している場合を×で示す。
表２に示すように、第２のＳｉＯＣＮ膜のＣ組成比が第１のＳｉＯＣＮ膜のものよりも５ａｔ．％以上大きく、かつ第２のＳｉＯＣＮ膜の膜厚が１００ｎｍ以上の場合、第１のＳｉＯＣＮ膜に亀裂が無い。この場合、第２のＳｉＯＣＮ膜に生じた亀裂が第１のＳｉＯＣＮ膜に伝播することがなく、インクが第１のＳｉＯＣＮ膜を通過することはないことが分かる。また、第１のＳｉＯＣＮ膜上に第２のＳｉＯＣＮ膜を設けることで、亀裂の発生を抑制できることが分かる。
なお、第１のＳｉＯＣＮ膜の膜厚を変化させた場合も実施したところ、第１のＳｉＯＣＮ膜の膜厚が１５０ｎｍ以上あれば、液体吐出記録ヘッドに偶発的な損傷が生じた後も、断線が広範囲に広がることはなかった。
（実施例３）
本実施例では、ＳｉＯＣＮ膜の上に密度が小さい低密度絶縁膜（低密度層間膜）を設けることで、亀裂に対する耐性が向上することを説明する。
本実施例では、層間絶縁膜１０４ｅ（グランド配線層１０３ｄ上の絶縁膜）を以下の積層膜とした。
まずグランド配線層１０３ｄ上にプラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化し、前記プラズマＳｉＯ膜を平坦化した面上にＳｉＯＣＮ膜を形成した。次いで、このＳｉＯＣＮ膜上にＳｉＯＣＮ膜よりも密度が小さいＳｉＯＣ膜を形成した。続いて、このＳｉＯＣ膜の上にさらにプラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化し、積層膜を得た。
その際、ＳｉＯＣ膜は、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）と酸素（Ｏ２）を原料に用いたプラズマＣＶＤ法で形成し、成膜条件を調整することで異なる密度を持つ３種のＳｉＯＣ膜を作り分けた。ＳｉＯＣ膜とＳｉＯＣＮ膜との密度差を０．３ｇ／ｃｍ３、０．５ｇ／ｃｍ３、０．７ｇ／ｃｍ３とした。またＳｉＯＣＮ膜の膜厚を１５０ｎｍで固定し、ＳｉＯＣ膜の膜厚を５０～２００ｎｍの間で変化させた。なお、膜の密度の測定はＸＲＲ（Ｘ線反射率法）により行った。
層間絶縁膜１０４ｅ以外の層間絶縁膜はプラズマＳｉＯ膜を用いて形成し、図１及び図４を用いて説明した構成を有する液体吐出用ヘッドを作製した。
本実施例では、ＳｉＯＣＮ膜の上に密度が小さい低密度絶縁膜（低密度層間膜）を設けることで、亀裂に対する耐性が向上することを説明する。
本実施例では、層間絶縁膜１０４ｅ（グランド配線層１０３ｄ上の絶縁膜）を以下の積層膜とした。
まずグランド配線層１０３ｄ上にプラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化し、前記プラズマＳｉＯ膜を平坦化した面上にＳｉＯＣＮ膜を形成した。次いで、このＳｉＯＣＮ膜上にＳｉＯＣＮ膜よりも密度が小さいＳｉＯＣ膜を形成した。続いて、このＳｉＯＣ膜の上にさらにプラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化し、積層膜を得た。
その際、ＳｉＯＣ膜は、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）と酸素（Ｏ２）を原料に用いたプラズマＣＶＤ法で形成し、成膜条件を調整することで異なる密度を持つ３種のＳｉＯＣ膜を作り分けた。ＳｉＯＣ膜とＳｉＯＣＮ膜との密度差を０．３ｇ／ｃｍ３、０．５ｇ／ｃｍ３、０．７ｇ／ｃｍ３とした。またＳｉＯＣＮ膜の膜厚を１５０ｎｍで固定し、ＳｉＯＣ膜の膜厚を５０～２００ｎｍの間で変化させた。なお、膜の密度の測定はＸＲＲ（Ｘ線反射率法）により行った。
層間絶縁膜１０４ｅ以外の層間絶縁膜はプラズマＳｉＯ膜を用いて形成し、図１及び図４を用いて説明した構成を有する液体吐出用ヘッドを作製した。
以上の工程を経て作製した液体吐出ヘッド用基板を使用して液体吐出ヘッドを作製して駆動し、損傷した箇所の断面観察を行った。液体吐出ヘッドの駆動においては、実施例１と同様に、ｐＨ９程度の顔料インクを用い、駆動条件は、液体吐出ヘッドを６０℃に保持し、７２時間吐出させた。
結果を表３に示す。表において、ＳｉＯＣＮ膜に亀裂が無い場合を○、ＳｉＯＣＮ膜に亀裂は多少あるがＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜の溶解までには至っていない場合を△、ＳｉＯＣＮ膜に亀裂が生じＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜が溶解している場合を×で示す。
表３に示す結果から、ＳｉＯＣＮ膜とＳｉＯＣ膜の密度の差が０．５ｇ／ｃｍ３以上で、かつＳｉＯＣ膜の膜厚が１００ｎｍ以上の場合、ＳｉＯＣ膜に生じた亀裂がＳｉＯＣＮ膜に伝播することがなく、インクがＳｉＯＣＮ膜を通過することはないことが分かる。また、ＳｉＯＣＮ膜上に低密度絶縁膜を設けることで、亀裂の発生を抑制できることが分かる。
なお、ＳｉＯＣＮ膜の膜厚を変化させた場合も実施したところ、ＳｉＯＣＮ膜の膜厚が１５０ｎｍ以上あれば、液体吐出記録ヘッドに偶発的な損傷が生じた後も、断線が広範囲に広がることはなかった。
結果を表３に示す。表において、ＳｉＯＣＮ膜に亀裂が無い場合を○、ＳｉＯＣＮ膜に亀裂は多少あるがＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜の溶解までには至っていない場合を△、ＳｉＯＣＮ膜に亀裂が生じＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜が溶解している場合を×で示す。
表３に示す結果から、ＳｉＯＣＮ膜とＳｉＯＣ膜の密度の差が０．５ｇ／ｃｍ３以上で、かつＳｉＯＣ膜の膜厚が１００ｎｍ以上の場合、ＳｉＯＣ膜に生じた亀裂がＳｉＯＣＮ膜に伝播することがなく、インクがＳｉＯＣＮ膜を通過することはないことが分かる。また、ＳｉＯＣＮ膜上に低密度絶縁膜を設けることで、亀裂の発生を抑制できることが分かる。
なお、ＳｉＯＣＮ膜の膜厚を変化させた場合も実施したところ、ＳｉＯＣＮ膜の膜厚が１５０ｎｍ以上あれば、液体吐出記録ヘッドに偶発的な損傷が生じた後も、断線が広範囲に広がることはなかった。
（実施例４）
本実施例では、実施例３とは異なる層構成において、ＳｉＯＣＮ膜の上に密度が小さい低密度絶縁膜（低密度層間膜）を設けることで、亀裂に対する耐性が向上することを説明する。
本実施例では、層間絶縁膜１０４ｅ（グランド配線層１０３ｄ上の絶縁膜）を以下の積層膜とした。
まずグランド配線層１０３ｄ上にプラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化することなく、前記プラズマＳｉＯ膜上にＳｉＯＣＮ膜を形成した。次いで、このＳｉＯＣＮ膜上にＳｉＯＣＮ膜よりも密度が小さいＳｉＯＣ膜を形成した。続いて、このＳｉＯＣ膜の上にさらにプラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化し、積層膜を得た。
その際、ＳｉＯＣ膜は、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）と酸素（Ｏ２）を原料に用いたプラズマＣＶＤ法で形成し、成膜条件を調整することで異なる密度を持つ３種のＳｉＯＣ膜を作り分けた。ＳｉＯＣ膜とＳｉＯＣＮ膜との密度差を０．３ｇ／ｃｍ３、０．５ｇ／ｃｍ３、０．７ｇ／ｃｍ３とした。またＳｉＯＣＮ膜の膜厚を１５０ｎｍで固定し、ＳｉＯＣ膜の膜厚を５０～２００ｎｍの間で変化させた。なお、膜の密度の測定はＸＲＲ（Ｘ線反射率法）により行った。
層間絶縁膜１０４ｅ以外の層間絶縁膜はプラズマＳｉＯ膜を用いて形成し、図１及び図４を用いて説明した構成を有する液体吐出用ヘッドを作製した。
本実施例では、実施例３とは異なる層構成において、ＳｉＯＣＮ膜の上に密度が小さい低密度絶縁膜（低密度層間膜）を設けることで、亀裂に対する耐性が向上することを説明する。
本実施例では、層間絶縁膜１０４ｅ（グランド配線層１０３ｄ上の絶縁膜）を以下の積層膜とした。
まずグランド配線層１０３ｄ上にプラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化することなく、前記プラズマＳｉＯ膜上にＳｉＯＣＮ膜を形成した。次いで、このＳｉＯＣＮ膜上にＳｉＯＣＮ膜よりも密度が小さいＳｉＯＣ膜を形成した。続いて、このＳｉＯＣ膜の上にさらにプラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化し、積層膜を得た。
その際、ＳｉＯＣ膜は、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）と酸素（Ｏ２）を原料に用いたプラズマＣＶＤ法で形成し、成膜条件を調整することで異なる密度を持つ３種のＳｉＯＣ膜を作り分けた。ＳｉＯＣ膜とＳｉＯＣＮ膜との密度差を０．３ｇ／ｃｍ３、０．５ｇ／ｃｍ３、０．７ｇ／ｃｍ３とした。またＳｉＯＣＮ膜の膜厚を１５０ｎｍで固定し、ＳｉＯＣ膜の膜厚を５０～２００ｎｍの間で変化させた。なお、膜の密度の測定はＸＲＲ（Ｘ線反射率法）により行った。
層間絶縁膜１０４ｅ以外の層間絶縁膜はプラズマＳｉＯ膜を用いて形成し、図１及び図４を用いて説明した構成を有する液体吐出用ヘッドを作製した。
以上の工程を経て作製した液体吐出ヘッド用基板を使用して液体吐出ヘッドを作製して駆動し、損傷した箇所の断面観察を行った。液体吐出ヘッドの駆動においては、実施例１と同様に、ｐＨ９程度の顔料インクを用い、駆動条件は、液体吐出ヘッドを６０℃に保持し、７２時間吐出させた。
結果を表４に示す。表において、ＳｉＯＣＮ膜に亀裂が無い場合を○、ＳｉＯＣＮ膜に亀裂は多少あるがＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜の溶解までには至っていない場合を△、ＳｉＯＣＮ膜に亀裂が生じＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜が溶解している場合を×で示す。
表４に示す結果から、ＳｉＯＣＮ膜とＳｉＯＣ膜の密度の差が０．５ｇ／ｃｍ３以上で、かつＳｉＯＣ膜の膜厚が１００ｎｍ以上の場合、ＳｉＯＣ膜に生じた亀裂がＳｉＯＣＮ膜に伝播することがなく、インクがＳｉＯＣＮ膜を通過することはないことが分かる。また、ＳｉＯＣＮ膜上に低密度絶縁膜を設けることで、亀裂の発生を抑制できることが分かる。
なお、ＳｉＯＣＮ膜の膜厚を変化させた場合も実施したところ、ＳｉＯＣＮ膜の膜厚が１５０ｎｍ以上あれば、ヘッドに偶発的な損傷が生じた後も、断線が広範囲に広がることはなかった。
結果を表４に示す。表において、ＳｉＯＣＮ膜に亀裂が無い場合を○、ＳｉＯＣＮ膜に亀裂は多少あるがＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜の溶解までには至っていない場合を△、ＳｉＯＣＮ膜に亀裂が生じＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜が溶解している場合を×で示す。
表４に示す結果から、ＳｉＯＣＮ膜とＳｉＯＣ膜の密度の差が０．５ｇ／ｃｍ３以上で、かつＳｉＯＣ膜の膜厚が１００ｎｍ以上の場合、ＳｉＯＣ膜に生じた亀裂がＳｉＯＣＮ膜に伝播することがなく、インクがＳｉＯＣＮ膜を通過することはないことが分かる。また、ＳｉＯＣＮ膜上に低密度絶縁膜を設けることで、亀裂の発生を抑制できることが分かる。
なお、ＳｉＯＣＮ膜の膜厚を変化させた場合も実施したところ、ＳｉＯＣＮ膜の膜厚が１５０ｎｍ以上あれば、ヘッドに偶発的な損傷が生じた後も、断線が広範囲に広がることはなかった。
（比較例１）
本比較例では、実施例１の構成における第１及び第２のＳｉＯＣＮ膜（又は実施例３のＳｉＯＣＮ膜および低密度絶縁膜）に代えて、単層のＳｉＯＣＮ膜とした場合の試験結果を説明する。
本比較例では、実施例１における第１のＳｉＯＣＮ膜（又は実施例３におけるＳｉＯＣＮ膜）を単層のＳｉＯＣＮ膜として形成した。その後、実施例１における第２のＳｉＯＣＮ膜を形成せず（又は実施例３における低密度絶縁膜を形成せず）、前記単層のＳｉＯＣＮ膜の上に直接プラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化し、積層膜を得た。このようにして積層膜を形成した以外は、実施例１（又は実施例３）と同様にして、液体吐出ヘッド用基板を作製した。
本比較例では、実施例１の構成における第１及び第２のＳｉＯＣＮ膜（又は実施例３のＳｉＯＣＮ膜および低密度絶縁膜）に代えて、単層のＳｉＯＣＮ膜とした場合の試験結果を説明する。
本比較例では、実施例１における第１のＳｉＯＣＮ膜（又は実施例３におけるＳｉＯＣＮ膜）を単層のＳｉＯＣＮ膜として形成した。その後、実施例１における第２のＳｉＯＣＮ膜を形成せず（又は実施例３における低密度絶縁膜を形成せず）、前記単層のＳｉＯＣＮ膜の上に直接プラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化し、積層膜を得た。このようにして積層膜を形成した以外は、実施例１（又は実施例３）と同様にして、液体吐出ヘッド用基板を作製した。
以上の工程を経て作製した液体吐出ヘッド用基板を使用して液体吐出ヘッドを作製して駆動し、損傷した箇所の断面観察を行った。液体吐出ヘッドの駆動においては、実施例１と同様に、ｐＨ９程度の顔料インクを用い、駆動条件は、液体吐出ヘッドを６０℃に保持し、７２時間吐出させた。
液体吐出ヘッドの駆動の結果、ＳｉＯＣＮ膜は溶解していなかったが、局所的にＳｉＯＣＮ膜に亀裂が生じ、インクが深部に到達し、ＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜からなる層間絶縁膜が広範囲にわたって溶解していた。
液体吐出ヘッドの駆動の結果、ＳｉＯＣＮ膜は溶解していなかったが、局所的にＳｉＯＣＮ膜に亀裂が生じ、インクが深部に到達し、ＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜からなる層間絶縁膜が広範囲にわたって溶解していた。
（比較例２）
本比較例では、実施例２の構成における第１及び第２のＳｉＯＣＮ膜（又は実施例４のＳｉＯＣＮ膜および低密度絶縁膜）に代えて単層のＳｉＯＣＮ膜とした場合の試験結果を説明する。
本比較例では、実施例２における第１のＳｉＯＣＮ膜（又は実施例４におけるＳｉＯＣＮ膜）を単層のＳｉＯＣＮ膜として形成した。その後、実施例２における第２のＳｉＯＣＮ膜を形成せず（又は実施例４における低密度絶縁膜を形成せず）、前記単層のＳｉＯＣＮ膜の上に直接プラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化し、積層膜を得た。このようにして積層膜を形成した以外は、実施例２（又は実施例４）と同様にして液体吐出ヘッド用基板を作製した。
本比較例では、実施例２の構成における第１及び第２のＳｉＯＣＮ膜（又は実施例４のＳｉＯＣＮ膜および低密度絶縁膜）に代えて単層のＳｉＯＣＮ膜とした場合の試験結果を説明する。
本比較例では、実施例２における第１のＳｉＯＣＮ膜（又は実施例４におけるＳｉＯＣＮ膜）を単層のＳｉＯＣＮ膜として形成した。その後、実施例２における第２のＳｉＯＣＮ膜を形成せず（又は実施例４における低密度絶縁膜を形成せず）、前記単層のＳｉＯＣＮ膜の上に直接プラズマＳｉＯ膜を形成し、これを平坦化し、積層膜を得た。このようにして積層膜を形成した以外は、実施例２（又は実施例４）と同様にして液体吐出ヘッド用基板を作製した。
以上の工程を経て作製した液体吐出ヘッド用基板を使用して液体吐出ヘッドを作製して駆動し、損傷した箇所の断面観察を行った。液体吐出ヘッドの駆動においては、実施例１と同様に、ｐＨ９程度の顔料インクを用い、駆動条件は、液体吐出ヘッドを６０℃に保持し、７２時間吐出させた。
液体吐出ヘッドの駆動の結果、ＳｉＯＣＮ膜は溶解していなかったが、局所的にＳｉＯＣＮ膜に亀裂が生じ、インクが深部に到達し、ＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜からなる層間絶縁膜が広範囲にわたって溶解していた。
液体吐出ヘッドの駆動の結果、ＳｉＯＣＮ膜は溶解していなかったが、局所的にＳｉＯＣＮ膜に亀裂が生じ、インクが深部に到達し、ＳｉＯＣＮ膜下のＳｉＯ膜からなる層間絶縁膜が広範囲にわたって溶解していた。
１０１ 発熱抵抗素子
１０３ 電気配線層
１０４ 層間絶縁膜
１０４ｇ ＳｉＯＣＮ膜
１０４ｇ１ 第１のＳｉＯＣＮ膜
１０４ｇ２ 第２のＳｉＯＣＮ膜
１０４ｈ ＳｉＯ膜
１１３ 基材
１１４ 基板
１０３ 電気配線層
１０４ 層間絶縁膜
１０４ｇ ＳｉＯＣＮ膜
１０４ｇ１ 第１のＳｉＯＣＮ膜
１０４ｇ２ 第２のＳｉＯＣＮ膜
１０４ｈ ＳｉＯ膜
１１３ 基材
１１４ 基板
Claims (12)
- 基材と、液体を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子と、前記発熱抵抗素子と電気的に接続される電気配線層と、前記電気配線層を絶縁するための絶縁膜と、を有する液体吐出ヘッド用基板であって、
前記絶縁膜が、第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の上の第２の絶縁膜と、を有し、
前記第１の絶縁膜が第１のＳｉＯＣＮ膜であり、
前記第２の絶縁膜が、
前記第１のＳｉＯＣＮ膜よりＣを多く含む第２のＳｉＯＣＮ膜、又は
前記第１のＳｉＯＣＮ膜より密度の小さい低密度絶縁膜である、液体吐出ヘッド用基板。 - 前記第１及び第２の絶縁膜を有する前記絶縁膜は、さらに第１及び第２のＳｉＯ膜を有し、
前記第１のＳｉＯ膜上に前記第１の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜の上に前記第２のＳｉＯ膜が形成されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板。 - 前記第１のＳｉＯ膜が平坦化されている、請求項２に記載の液体吐出ヘッド用基板。
- 前記第２の絶縁膜が前記第２のＳｉＯＣＮ膜である、請求項１から３のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
- 前記第１のＳｉＯＣＮ膜と前記第２のＳｉＯＣＮ膜のＣ組成比の差が５ａｔ．％以上である、請求項４に記載の液体吐出ヘッド用基板。
- 前記第２の絶縁膜が前記低密度絶縁膜である、請求項１から３のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
- 前記第１のＳｉＯＣＮ膜と前記低密度絶縁膜の密度の差が０．５ｇ／ｃｍ３以上である、請求項６に記載の液体吐出ヘッド用基板。
- 前記低密度絶縁膜がＳｉＯＣ膜である、請求項１から７のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
- 前記第２の絶縁膜の厚みが１００ｎｍ以上である、請求項１から８のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
- 前記第１の絶縁膜の厚みが１５０ｎｍ以上である、請求項１から９のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
- 前記液体吐出ヘッド用基板は、前記電気配線層としてグランド配線層および電源配線層を有し、
前記第１及び第２の絶縁膜を有する前記絶縁膜は、前記グランド配線層の上の絶縁膜および前記電源配線層の上の絶縁膜の少なくとも一方である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。 - 請求項１から１１のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板を備えた液体吐出ヘッド。
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