JP3237881B2 - サーマルジェットプリントモジュール製造方法 - Google Patents
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Description
ットプリンタが一般に周知であり、そのようなシステム
におけるサーマルプリントヘッドは比較的小さなインク
供給チャンバに連絡する1つ以上のインク充填チャネル
と、概してノズルとして知られるリニアアレイ状開口と
を具備する。複数のサーマル変換器、概して抵抗器がチ
ャネル内でノズルに対して所定の位置に配設されてい
る。
のアクティブドライバ装置を使用する必要がある。好ま
しくは、ドライバ回路は抵抗素子と同一のチップ上に形
成されねばならない。アクティブドライバ装置としてバ
イポーラ又はより安価なMOSタイプの回路を使用する
ことは概してよく知られている。バイポーラ(bipo
lar)タイプの回路を使用する代表的な装置がマツモ
トの米国特許第4,429,321号に開示されてい
る。
7,192号はサーマルインクジェットプリンタのため
のモノリシックシリコン集積回路チップを開示してお
り、MOSトランジスタと抵抗器が同一基板上に形成さ
れている。
において使用される改善されたモノリシックシリコン集
積回路チップ及びそのようなモノリシック装置の製造方
法に関する。より詳細には、本発明は重要となる製造工
程の数を減らすためにマスクと注入工程とを組み合わせ
ることによってそのような装置の全体的コストを減らす
方法に関する。特に、本発明は個々のヒ素(As)ソー
ス・ドレイン及びリンポリシリコンマスク及び注入工程
を単一のリンマスク注入工程で置き替える方法に関す
る。ソース・ドレインコンタクトのリンドーピングがガ
ラスリフロー中に5ミクロン(μm)ゲートの下方で横
方向拡散を起こしたので、従来そのような組合せは望ま
しくなかった。リンの横方向拡散はロジック装置の重大
な特性低下、又はショートさえも引き起こすのに十分だ
った。しかしながら、本発明は横方向拡散の問題を減少
させる技術を含む。
るキャリッジタイプのバブルインクジェットプリントシ
ステムの斜視図である。
トヘッドを拡大して示す斜視図である。
7,192号に開示された従来のシリコンロジック集積
回路の拡大断面斜視図である。
の拡大断面図である。
製造するためのプロセス工程の拡大断面図である。
プを製造するための他のプロセス工程の拡大断面図であ
る。
を使用するプリンタは固定用紙と可動プリントヘッドか
又は、固定されたページ巾のプリントと可動紙のいずれ
かを備えている。キャリッジタイプのバブルインクジェ
ットプリント装置10が図1に示されている。直線状ア
レイの小滴を生成するインクジェットチャネルが往復移
動するキャリッジアッセンブリ29のプリントヘッド1
1内に収納されている。小滴12は記録媒体13へと推
進される。記録媒体13はプリントヘッドが記録媒体を
矢印14の方向に沿って横断するたびにステッピングモ
ータ16によってあらかじめ定められた距離だけ移動す
る。用紙などの記録媒体は供給ロール17として蓄えら
れ良く知られた方法によってステッピングモータ16に
よってロール18から引き出される。
ール20など良く知られた方法によって往復移動される
支持基板19上に固定されている。プリントヘッド基板
は往復移動するキャリッジアッセンブリ29を含み、こ
のアッセンブリ29は記録媒体に平行な方向でかつ記録
媒体の移動方向に垂直に記録媒体を横切って前後に移動
する。プリントヘッドの往復移動はケーブル21と一対
の回転プーリ22によって得られる。一対のプーリのい
ずれかは逆転可能なモータ23によって駆動される。
てプリントヘッド11内に収納されアレイを形成する各
インクチャネル内の個々の気泡発生抵抗器に電流パルス
が供給される。インク小滴を生成する電流パルスは電極
26を介してコントローラによって受信されるデジタル
データ信号に応答して発生される。インクチャネルはプ
リンタの動作中、インク供給部28からホース27を介
して最大限に満たされる。
29の一部を拡大して示す断面斜視図である。図におい
てプリントヘッド11は3つの部分からなる。1つは基
板41であり、その点線で示された領域110Aにリー
ド線とモノリシックシリコン半導体集積回路チップ11
0とを含んでいる。他の2つの部分はインクチャネル4
9aとマニフォールド49bとを有するチャネルプレー
ト49を具備する。チャネルプレート49は2つの分離
片31、32で示されているが、一体化してもよい。イ
ンクチャネル49aとインクマニフォールド49bはマ
ニフォールド49bを接続する終端に対向する各インク
チャネルの終端にノズル33を有するチャネルプレート
片31内に形成されている。インク供給ホース27は点
線で示されたチャネルプレート片31内の通路34を介
してマニフォールド49bに接続されている。チャネル
プレート片32は、チャネル49aとインクマニフォー
ルド49bが適当に整合されてシリコン基板上に固定さ
れたとき、それらを包囲できるように平らな部材からな
る。プリントヘッドの他の構成例(図示せぬ)として、
ノズルをチャネルプレート片31から平らなチャネルプ
レート片32へと配置し、かつ、サーマル変換器又は抵
抗器の真上の位置に配置して、プリントヘッドが抵抗器
に対して直角な方向に小滴を放出するようにしてもよ
い。
る程度までは標準NMOSプロセス工程によって形成さ
れるが、ある点では、ホーキンス等の米国特許第4,9
47,192号に詳細に記載されているように改善可能
である。図3の従来のチップを製造するために要するプ
ロセス工程を理解するためには参照文献として添付され
たこのホーキンス特許を参照すればよい。図3は11個
のマスクを要する製造プロセスによって抵抗器と同一基
板上にモノリシックに集積されたMOSトランジスタス
イッチを有するアクティブアドレスチップ48を示す。
このチップは米国特許第4,947,192号のホーキ
ンス特許によって開示された技術によって製造される
が、この技術により動作が改善される。
路チップ110は改善NMOS製法を使用して形成され
る。以下に述べるように、この改善により、マスク工程
がより簡単になり、集積化された制御ロジツク、ドライ
バー、変換器を有する低コストのモノリシック集積回路
チップを得ることができる。このチップはさらに従来の
装置よりも制御ロジックに対して大きなブレークダウン
電圧を有する。図4において、集積回路チップ110は
4種類の電気素子に分割される。すなわち、ロジックエ
ンハンスメント素子112、ロジックデプリーション素
子114、ドライバ116そして、サーマル変換器11
8である。このチップは図3の構造を作るのに使用され
るテクニックを変更することによって製造できるので、
低コストでかつ高い歩留りで改善された動作をもつチッ
プを製造することが可能である。
7,192号に開示されているように、表面と裏面とを
有するP型シリコンウエーハ146は両面上に薄形Si
O2 層を形成すべく処理され、このSiO2 層の上に窒
化シリコンのマスク層が堆積される。第1フォトレジス
トマスク(図に示さず)が適用され、アクティブエンハ
ンスメント及びデプリーションモードの装置を形成する
領域112、114、116がパターニングされる。窒
化シリコン層(図示せず)をパターニングし、チャネル
ストップのボロン注入領域124をアクティブ装置領域
から分離するために第1フォトレジスト層が使用され
る。パターニングされた第1フォトレジスト層が除去さ
れ、パターニングされた窒化シリコン層をマスクとして
使用してSiO2 層がエッチングされる。
ロンチャネルストップ注入領域124が設定されてその
上のSiO2 層が除去された後、フィールド酸化層12
5が高温で成長される。本発明の第1面においては、フ
ィールド酸化層の厚さは少なくとも1ミクロン(μm)
であり、好ましくは1.5μmである。パターニングさ
れた窒化シリコン層とその下のSiO2 層が除去され
る。続いて、1000オングストロームの犠牲酸化層
(図示せず)が成長され、第2フォトレジストデプリー
ションマスク(図示せず)がウエーハ表面上でパターニ
ングされる。デプリーション領域114の犠牲酸化層が
エッチングにより除去される。デプリーションマスクは
デプリーション領域114のロジックデプリーションゲ
ート領域のみにAs+ イオン注入させてデプリーション
注入領域226を形成可能にする。次に、デプリーショ
ンマスクが除去され残りの犠牲酸化層が除去され、そし
てゲート酸化層126がチャネル領域上に成長される。
ゲート酸化層126の厚さは好ましくは約900オング
ストロームである。ボロン注入がゲート酸化層を介して
行われフィールド酸化層125によってしゃ断される。
ウエーハ146は現時点で図5に示すような状態にあ
り、デプリーション領域114内にデプリーション注入
領域226を有し、エンハンスメント領域112とドラ
イバ領域116の各々にエンハンスメントボロン注入領
域230を有する。続いて、厚さが4000オングスト
ローム以上、好ましくは約4500オングストロームの
単一ポリシリコン層228を堆積し、次いで、図5に示
すように、n型イオン、好ましくはリン(P+ )イオン
を注入して5Ω/□〜5KΩ/□、好ましくは約47Ω
/□のシート抵抗を有するn+ ポリシリコンを形成す
る。
り、堆積によってトランジスタゲート128と抵抗12
9を形成すべく図5に示すポリシリコン層228のパタ
ーニングとエッチング工程と、第3のフォトレジスト層
(図に示さず)のパターニング工程を含む。続いて、フ
ォトレジスト層が除去されn型ドリフト層229が低濃
度の自己整合されたP+ ドリフト注入(2×1016/c
m3 )によって形成され、500Ω/□〜20KΩ/
□、好ましくは約5KΩ/□のシート抵抗を有する層が
形成される。ドリフト注入時、ポリシリコンはそれぞれ
参照番号128、129で示されるように、ゲート及び
抵抗領域に適したn+ ポリシリコンとして残存する。n
- ドリフト層229をポリシリコンゲート128に対し
て自己整合することによって、ブレークダウン電圧を8
0〜90ボルトの範囲にまで拡大できる。ドリフト注入
の後、マスクされたリン(P+ )注入が図7に示すよう
に完了する。特にウエーハは、ゲート及び抵抗ポリシリ
コンの一部だけでなく、その下のソース・ドレインコン
タクト領域229をも保護すべく第4のフォトレジスト
層232によってパターニングされる。さらに、好まし
くは6つのうち1つのドライバソース・コンタクトがリ
ン注入から保護すべくマスクされる。これらのコンタク
トはウエーハ表面近くに分散される。これより、ウエー
ハの最上面を介してアースするためのP+ 基板コンタク
トを可能にし、概してウエーハ下面を介してアースした
場合の寄生バイポーラ効果をなくすことができる。フォ
トレジスト層232が適用されたとき、ウエーハに対し
て再びリン注入がなされ、ソース・ドレインコンタクト
が形成される。したがって、ポリシリコンのマスクされ
ない領域はリンイオンによってより高濃度でドーピング
される。図8において、真下のウエーハのマスクされな
い領域は高濃度のソース・ドレイン領域130となって
15Ω/□〜30Ω/□のシート抵抗を有し、第4マス
ク層232によって包囲されたウエーハ領域は低濃度の
ソース・ドレイン領域132となる。さらに、変換器素
子のポリシリコン領域のマスクされない領域は高濃度の
P+ イオンによってドーピングされ、これより、抵抗ポ
リシリコン層129の端部234、236は層238の
内部より高導電となる。これより、抵抗領域238の
“ホット”な部分は熱が効率よくインクへと放散される
部分に集中するのでより効率のよい抵抗素子が得られ
る。さらに、抵抗端部のコンタクト領域234、236
は低温となるのでコンタクトの寿命を長くすることが可
能である。
示すように、第4フォトレジスト層232が除去され、
ウエーハがクリーニングされる。ポリシリコン及びソー
ス・ドレイン領域上に保護酸化層(図示せず)を成長さ
せた後、ガラス層244が堆積されウエーハの全面がリ
フローされる。ガラスは好ましくは7.5%のリン・シ
リカガラス(PSG)であり、約1000℃の温度で9
0分間のリフローサイクル内に堆積される。
リカガラス(BPSG)でもよい。これはこのガラスが
低温かつ短時間でリフロー可能であり、コンタクト13
0内のリンがゲート下方のチャネル領域へと横方向に拡
散する問題をなくすことができるからである。さらに、
PSGはリフロー工程中に蒸発によってリン成分を失い
やすく、これよりリフロー層244の上面に沿ってリン
の含有量が低下してしまう。したがって、エッチング
中、リン含有量が少ない領域はより遅くエッチングされ
るのでエッチング形式された通路242を発生させ鋭利
な角部を有するようになる。しかしながら、BPSGは
リン成分が失われることがなく、より望ましい滑らかな
段階的に変化する傾斜面をもつ通路が形成される。
クト通路242のウエットエッチングを可能にすべくウ
エーハは第5のフォトレジスト層(図に示さず)によっ
て再びパターニングされる。ウエットエッチングは再度
エッチングがなされる変換器領域118内のポリシリコ
ン層129に対する悪影響を減らすために使用される。
ガラス及びソース・ドレイン酸化層をウエットエッチン
グした後、第5のフォトレジスト層が除去され、図8に
示すように、ガラス層244内に、ソース・ドレインコ
ンタクト及び/又はポリシリコン領域にアクセス可能な
通路242を有する構造が得られる。
6を露出する酸化層を介してエッチングされることによ
り、図9の工程に示されるように、続いて自己整合的に
行なわれるボロン注入に対するパターニング機構が形成
される。ボロン(B+ )注入の後、ウエーハはクリーニ
ングされ、ウエーハを約1000℃で30分間加熱する
ことによって注入を活性化する。この間、通路内のガラ
スのリフローが起こる。変換器構造、コンタクト回路、
保護層の形成を完成させる工程が図4に示されている。
図において、Ta層136に続いてSi3N4 層138
がウエーハ表面上に堆積される。その後、タンタル層が
第6フォトレジスト層(図に示さず)とエッチングによ
ってパターニングされ、変換器118の動作抵抗領域上
のみにタンタル層136が残される。続いて、第6フォ
トレジスト層が除去され、タンタル層をその下のSi3
N4 層138に対するマスクとして使用してSi3 N4
層がエッチングされる。クリーニング動作の後、アルミ
ニウムメタライゼーションが適用され第7フォトレジス
ト層(図に示さず)によってパターニングすることによ
って、それぞれ、ウエーハ上のロジック、ドライバ、変
換器素子に対する接続配線140、142、144が形
成される。その後、ウエーハはクリーニングされ、Si
O2 又は選択的にSi3 N4 の保護層が堆積され続い
て、サーマル変換器118と集積回路コンタクトパッド
(図に示さず)を露出するためのエッチングに先立っ
て、第8フォトレジスト層によってパターニングされ
る。続いて、厚膜ポリイミド層(図に示さず)がウエー
ハの全領域に渡って堆積され、第9フォトレジスト層に
よってパターニングされる。続いてエッチングにより、
変換器上のTa層136の中央部の輪郭が形成され、ピ
ット(図に示さず)及び集積回路コンタクトパッド内に
配置される。
ストパターン232を使用すればヒ素の注入工程を省略
できるので、フォトレスジトパターニングとエッチング
の1工程を省略できる。さらに、図9に示すように、ボ
ロン注入を自己整合的に行なうことにより、ボロン注入
パターニング動作を省略できる。上記の工程により、米
国特許第4,947,192号に開示されている11の
マスク工程から2つのパターニング動作を省略できる。
これらのパターニング動作は非常にコストがかかるもの
であり、2つのマスクレベルを省略することによって、
従来、サーマルインクジェットプリントヘッドチップの
プロセスに要するコストを約20パーセント節約するこ
とができる。
よるマスク及び注入工程を組み合わせて単一リンマスク
注入工程とすることによりボロン・リン・シリカガラス
(BPSG)によって可能とされた低温処理が使用で
き、これより自己整合のリンコンタクトをチップのロジ
ック部内で使用できる。
リフローの代わりにBPSGリフローを使用することに
よって可能となる図5から図9で示されたプロセス工程
を改善したものである。このプロセス工程は図6の工程
による上記の発明と同一である。図10において、フォ
トレジストマスク332は図8の低濃度ソース・ドレイ
ン領域をリンソース・ドレイン注入すべく図7のマスク
232を改善したものである。リン注入に続いて、ボロ
ン・リンガラス344は約950℃の温度で約30分間
ウエーハ表面上でリフローされる。低温かつ短時間なの
でチャネル領域226及び230内のリンの横方向拡散
を実質的に制限できる。次に、パターニングとエッチン
グ工程をBPSG層344に対して適用して、通路34
2を形成し、図11に示すように熱酸化層340を介し
てウエーハ表面を露出させる。したがって、通路342
によりソース・ドレインコンタクト領域130にアクセ
ス可能となる。より重要なことは、BPSGの使用及び
リフローサイクル時間の減少により、図7〜図9に示す
ように、ソース・ドレインコンタクト130及びn- ド
リフト層132のセットバックに対する要件をさらに減
少又は除去することができることである。したがって、
BPSGのみを使用することにより、従来技術において
達成された接合深さに匹敵する接合深さをもつ電気的コ
ンタクトの形成が可能になる。
に、ドライバソースコンタクトのいくつか、好ましくは
6つのうち1つはリン注入から保護すべくマスクされ
る。これらのコンタクトはウエーハの上面を介してアー
スするP+ 基板コンタクトを可能にすべくウエーハ面の
周りに分散され、これによって、ウエーハの下面を介し
てアースする場合に概して発生する寄生バイポーラ効果
をなくすことができる。ドライバ部の第6ソースコンタ
クトを含むグラウンドコンタクトは12に示すようにパ
ターニングされたBPSGをマスクとして使用して、ボ
ロン注入を自己整合的に行なって完成される。この工程
において、BPSGはボロン基板コンタクト注入に対す
るパターニング機構として作用する。続いて、ウエーハ
がクリーニングされ注入が約900℃で約30分間の付
加的加熱サイクルによって活性化される。注入活性化工
程に続いて、図4に示したように、窒化シリコンの変換
器絶縁素子とタンタル表面層を形成し、アルミニウムコ
ンタクト層を堆積してパターニングし、続いて、SiO
2 、Si3 N4 そしてポリイミドのパターン化層によっ
てウエーハの残りの部分を塗布することによって、ウエ
ーハが完成される。BPSGをリフローガラスとして使
用すれば個々のヒ素注入が不要となりフォトレジストパ
ターニングとエッチングの1工程を省略することができ
る。さらに、図12に示すように、自己整合のボロン注
入によりボロン注入パターニング動作を省略することが
できる。したがって、上記した改善された方法によれ
ば、従来の11のマスク工程から2つのパターニング動
作を省略することができる。
ムシリコン反応を抑制する能力があることで良く知られ
るヒ素を使用することによって、コンタクト領域におけ
る接合スパイクを大幅に減少することができる。
イバ素子が、減少したマスク/注入工程によって抵抗性
変換器素子と同時に製造可能であることを示している。
なアレイに対するインターフェースとして重要になる相
互接続をさらに減らすことが可能である。製造工程中に
デプリーションモードのフォトレジストマスク及び注入
工程を含めることによってNMOSロジック回路を付加
し、これによって、ノーマリオン及びノーマリオフ装置
がロジックゲートを形成するのに提供可能である。抵抗
素子及びドライバのゲートを形成するのに使用されるポ
リシリコンがロジック回路素子のゲートを形成するため
に同時に使用される。
モジュールのためのモノリシック集積回路を製造するの
に要するマスク工程の減少はモジュールのコストを減少
させる。より詳細には、11のマスク工程のうち2つを
省略することにより、集積回路において20パーセント
の範囲のコスト節約が達成される。したがって、本発明
においては、個々のヒ素(As)ソースドレイン及びリ
ンポリシリコンマスク及び注入工程が単一のリンマスク
注入工程に代わる。さらに、ボロンのソースドレイン注
入を自己整合的に行なうことによって、マスク工程がさ
らに省略でき、9つのマスク工程の効率が増大する。
ジタイプのバブルインクジェットプリントシステムの斜
視図である。
拡大して示す斜視図である。
等による)に開示された従来のシリコンロジック集積回
路の拡大断面斜視図である。
図である。
セス工程の拡大断面図である。
ある。
ある。
ある。
ある。
のプロセス工程の拡大断面図である。
図である。
図である。
ントヘッド,12 小滴,13 記録媒体,16 ステ
ッピングモータ,17 供給ロール,19 支持基板,
21 ケーブル,22 回転プーリ,23 モータ,2
4 接続部,25コントローラ,26電極,27 ホー
ス,28 インク供給部 29 キャリッジアッセンブ
リ,48 集積回路チップ,49 チャネルプレート,
110集積回路チップ,112 ロジックエンハンスメ
ント素子,114 ロジックデプリーション素子,11
6 ドライバ,118 サーマル変換器,124 ボロ
ンチャネルストップ注入領域,125 フィールド酸化
層,126 ゲート酸化層,146 ウエーハ,228
ポリシリコン層,229 n- ドリフト層,232
マスク,242 通路,244 ガラス層,332 フ
ォトレジストマスク,344 ボロン・リンガラス
Claims (2)
- 【請求項1】 ロジックとドライバと抵抗素子を含むモ
ノリシック集積回路を有するサーマルインクジェットプ
リントモジュールを共通シリコンウエーハ表面に形成す
る方法であって、 (a) ウエーハの表面に配設されたゲート酸化層上
に、ウエーハ内にゲートチャネルを規定するパターニン
グされたポリシリコンゲート領域を形成するステップ
と、 (b) 前記パターニングされたポリシリコンゲート領
域の形成時に前記ウエーハの表面に配設されたフィール
ド酸化層上にパターニングされたポリシリコン抵抗領域
を形成するステップと、 (c) 前記ポリシリコン抵抗領域をドープしながら、
パターニングされなかった全てのゲート酸化領域の下方
に、あらかじめ堆積された前記ポリシリコンゲート領域
によって規定される自己整合のnドリフト層を形成する
ステップと、 (d) n型ドーパントのゲートチャネルへの横方向の
拡散を防ぐnドリフト層として残すべき領域をマスクす
るステップと、 (e) n + コンタクト領域を全ての非マスク領域に形
成し、隣接するnドリフト層と組み合わされてゲートチ
ャネルに対する低抵抗路を提供するステップと、 (f) n + コンタクト領域と全てのポリシリコン抵抗
領域の端部を同時にドープし、抵抗素子に対するコンタ
クト領域として使用する電気的低抵抗率の局部領域を形
成するステップを有するサーマルジェットプリントモジ
ュールの形成方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の(f)のステップに続
いて、 (g) ウエーハの表面全体にガラス層をリフローする
ステップと、 (h) リフローガラスをエッチングしてソース・ドレ
インと抵抗コンタクト領域へ伸びる通路を形成するステ
ップと、 (i) ボロン注入によって、露出されたソース・ドレ
インと抵抗コンタクト領域をドープするステップと、 (j) 引き続いて、注入ボロンを活性化するステップ
を有する請求項1記載のサーマルジェットプリントモジ
ュールの形成方法。
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