JP3503611B2 - プリンタヘッド、プリンタ及びプリンタヘッドの製造方法 - Google Patents
プリンタヘッド、プリンタ及びプリンタヘッドの製造方法Info
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Description
プリンタ及びプリンタヘッドの製造方法に関し、特にサ
ーマルヘッドによるプリンタに適用することができる。
本発明は、発熱素子のインク液室側面に、配線パターン
形成時のドライエッチングより発熱素子を保護する保護
層を形成することにより、エレクトロマイグレーション
耐性を強化した配線材料により配線パターンを作成する
場合でも、十分な信頼性を確保することができるように
する。
ードコピーのカラー化に対するニーズが高まっている。
このようなニーズに対して、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、
熱現像銀塩方式等のカラーハードコピー方式が提案され
ている。
は、記録ヘッドに設けられたノズルから記録液(イン
ク)の小滴を飛び出させ、記録対象に付着してドットを
形成するのもであり、簡単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、イ
ンクを飛び出させる方式の相違により、静電引力方式、
連続振動発生方式(ピエゾ方式)、サーマル方式等に分
類される。
クの局所的な加熱により気泡を発生させ、この気泡によ
り吐出口からインクを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。
ゆるプリンタヘッドを用いて構成され、このプリンタヘ
ッドには、インクを加熱する発熱素子、発熱素子を駆動
するロジック集積回路による駆動回路等が半導体製造技
術を利用して半導体基板上に形成されるようになされて
いる。
上にMOS型トランジスタ又はバイポーラトランジスタ
によるロジック集積回路、このロジック集積回路により
駆動される駆動用トランジスタが作成される。さらにス
パッタリング法によりTa、Ta2 N、TaAl等によ
る薄膜が作成され、この薄膜により発熱素子が作成され
る。さらにアルミニューム等の配線材料が堆積された
後、ウエットエッチングによりパターンニングされ、こ
れにより各トランジスタ、発熱素子が接続され、さらに
シリコン窒化膜等による保護層、Ta膜によるキャビテ
ーション防止層が形成される。さらにサーマルヘッド
は、各発熱素子に対応して、インクを保持するインク液
室、インク液室にインクを導くインク流路等が作成され
る。これによりサーマルヘッドは、ロジック駆動回路に
よる制御により駆動用トランジスタで発熱素子を駆動し
て、ノズルよりインク液滴を飛び出させることができる
ようになされている。
結果を得るために発熱素子を高密度で配置することが求
められ、600〔DPI〕相当のプリンターヘッドで
は、発熱抵抗素子を42.333〔μm〕間隔で配置す
るようになされている。
ジスタと対応する発熱素子との接続において、純粋なア
ルミニュームを配線材料として使用する場合、燐酸等を
主成分とした薬液を用いたウェットエッチングにより、
何ら発熱素子に影響を与えることなく、簡易かつ確実に
アルミニュームをパターンニングすることができる。
すと、電子がアルミニューム原子と衝突してアルミニュ
ーム原子が移動し、これにより配線の一部に欠損が発生
する場合があり、さらにこの欠損により断線する恐れが
ある(いわゆるエレクトロマイグレーション不良であ
る)。これにより半導体製造工程においては、純粋なア
ルミニュームに代えて、アルミニュームにシリコン、銅
等を添加することによりアルミニューム粒界をこれら添
加物で補強し、エレクトロマイグレーション耐性を強化
するようになされている。
レクトロマイグレーション耐性を強化してなる配線材料
を使用することにより、さらに一段と信頼性を向上でき
ると考えられる。すなわちこの場合、例えば図7(A)
に示すように、駆動用トランジスタ等を作成してなる半
導体基板1上に、絶縁層等を作成した後、発熱素子2、
Al−Si又はAl−Cu等の配線材料による配線層3
を順次作成し、この配線層をウエットエッチングにより
パターニングすることにより、エレクトロマイグレーシ
ョン耐性を強化することができると考えられる。
i、Cu等は、エッチングの薬剤に溶解しない欠点があ
り、この場合、図7(B)に示すように薬剤により配線
層を取り除いた部位に、Si、Cu等の残渣4が残るこ
とになる。これによりサーマルヘッドに適用した場合、
配線層を取り除いた部位が、半導体製造工程にて極めて
有害な発塵源となる。
エットエッチングに代えて、ハロゲン系ガスのプラズマ
を利用してAl−Si配線、Al−Cu配線をパターニ
ングする方法(すなわちドライエッチング法である)が
考えられる。しかしながらこのようなハロゲン系ガスに
よるドライエッチングにおいては、発熱素子材料である
Ta、Ta2 N、TaAlもエッチングしてしまう欠点
があり、これにより発熱素子の信頼性が著しく劣化す
る。
エレクトロマイグレーション耐性を強化した配線材料を
使用して、十分な信頼性を確保することが困難な問題が
あった。
で、エレクトロマイグレーション耐性を強化した配線材
料により配線パターンを形成する場合でも、十分な信頼
性を確保することができるプリンタヘッド、プリンタ及
びプリンタヘッドの製造方法を提案しようとするもので
ある。
め請求項1の発明においては、プリンタヘッドに適用し
て、金属あるいは金属化合物から成る発熱素子のインク
液室側の面に、配線パターン形成時のドライエッチング
より発熱素子を保護する保護層を形成する。
タに適用して、プリンタヘッドにおいて、金属あるいは
金属化合物から成る発熱素子のインク液室側の面に、配
線パターン形成時のドライエッチングより発熱素子を保
護する保護層を形成する。
タヘッドの製造方法に適用して、金属あるいは金属化合
物から成る発熱素子のインク液室側の面に、配線パター
ン形成時のドライエッチングより発熱素子を保護する保
護層を形成する保護層形成のステップを有するようにす
る。
ドに適用して、金属あるいは金属化合物から成る発熱素
子のインク液室側の面に、配線パターン形成時のドライ
エッチングより発熱素子を保護する保護層を形成するこ
とにより、この保護層によって配線パターン形成時のド
ライエッチングにより発熱素子が影響を受けないように
することができる。これによりエレクトロマイグレーシ
ョン耐性を強化した配線材料により配線パターンを形成
する場合でも、発熱素子の信頼性の低下を有効に回避す
ることができ、その分、十分な信頼性を確保することが
できる。
クトロマイグレーション耐性を強化した配線材料により
プリンタヘッドの配線パターンを形成する場合でも、十
分な信頼性を確保してなるプリンタを提供することがで
きる。
マイグレーション耐性を強化した配線材料により配線パ
ターンを形成する場合でも、十分な信頼性を確保してな
るプリンタヘッドを生成することができるプリンタヘッ
ドの製造方法を提供することができる。
発明の実施の形態を詳述する。
ドの製造工程の説明に供する断面図である。この製造工
程は(図1(A))、P型シリコン基板11を洗浄した
後、シリコン窒化膜を堆積する。この製造工程は、続い
て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11を処理し、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
化膜を取り除く。これらによりこの製造工程は、シリコ
ン基板11上のトランジスタを形成する領域にシリコン
窒化膜を形成する。
り、シリコン窒化膜が除去されている領域に熱シリコン
酸化膜を形成し、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:Loca
l oxidation of silicon)12を形成する。この製造工
程は、続いてシリコン基板11を洗浄した後、トランジ
スタ形成領域にタングステンシリサイド/ポリシリコン
/熱酸化膜構造のゲートを形成する。さらにソース・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11を処理し、MOS型によるス
イッチングトランジスタ14、15等を形成する。なお
ここでスイッチングトランジスタ14は、30〔V〕軽
度の耐圧を有するMOS型ドライバートランジスタであ
り、発熱素子の駆動に供するものである。これに対して
トランジスタ15は、このドライバートランジスタを制
御する集積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。この工程は、
続いてCVD(Chemical Vapor Deposition )法により
BPSG(BoroPhosepho Silicate Glass )膜16を堆
積し、層間絶縁膜を作成する。
工程、CFx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)上に接続孔(コンタクトホール)を作成する。さら
にシリコン基板11を希フッ酸により洗浄し、スパッタ
リング法にて順次、膜厚20〔nm〕のチタン膜、膜厚
50〔nm〕の窒化チタンバリアメタルを椎積する。さ
らにこの工程は、シリコンを1〔at%〕添加してなる
アルミニュームを600〔nm〕堆積する。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を
経、これにより1層目の配線パターン18を作成する。
これによりこの工程は、エレクトロマイグレーション耐
性を強化してなる配線材料による配線パターン18によ
り、駆動回路を構成するMOS型トランジスタ15を接
続してロジック集積回路を形成するようになされてい
る。
縁膜であるシリコン酸化膜(いわゆるTEOSである)
19を堆積し、CMP(Chemical Mechanical Polishin
g )工程により、またはレジストエッチバック法によ
り、このシリコン酸化膜19を平滑化する。
に、層間絶縁膜を形成した後、スパッタリング法により
所定膜厚でTa、Ta2 N、TaAl等による発熱抵抗
素子材料を堆積し、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余剰な発熱抵抗素子材料を除去す
ることにより、発熱素子20を作成する。
に、CVD法により所定膜厚でSiN又はSiCを堆積
し、これにより配線材料のドライエッチングから発熱素
子20を保護する保護層22を作成する。ここでこの保
護層22は、十分な膜厚(100〔nm〕以上)により
作成される。
に、リソグラフィー工程の後、CFx系ガスを主体とし
たプラズマによるドライエッチング工程によりこの保護
層22を処理し、配線パターンにより接続する部位を除
いて、保護層22が発熱素子20上に局所的に配置され
なるようにする。
に、フォトリソグラフィー工程、CFx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接続孔(コンタ
クトホール)を作成する。さらにシリコン基板11を希
フッ酸により洗浄し、スパッタリング法にて順次、膜厚
20〔nm〕のチタン膜、膜厚50〔nm〕の窒化チタ
ンバリアメタルを堆積する。さらにこの工程は、シリコ
ンを1〔at%〕添加してなるアルミニュームをスパッ
タリング法により所定膜厚だけ堆積する。これによりこ
の工程は、1層目の配線パターンとコンタクトホールに
より接続して、また発熱素子20が露出してなる部位で
発熱素子20と接続して、配線材料膜24を作成するよ
うになされている。
と、この工程は、図3(F)に示すように、フォトレジ
スト工程の後、塩素系ガス主体のプラズマを利用した異
方性ドライエッチングにより、2層目の配線パターン2
5を作成する。この工程はこの2層目の配線パターン2
5により、電源用の配線パターン、アース用の配線パタ
ーンを作成し、またドライブトランジスタ14を発熱素
子20に接続する。
膜24を十分にオーバーエッチングするように、エッチ
ングの時間が設定され、このオーバーエッチングによ
り、段差の部分に、配線材料が取り残されないように
し、このような配線材料が取り残されてなることによる
配線パターン間のショートを十分に防止するようになさ
れている。
に、インク保護層として機能するシリコン窒化膜27を
膜厚300〔nm〕により堆積する。続いて図4(H)
に示すように、スパッタ法により膜厚200〔nm〕の
タンタル膜を堆積し、このタンタル膜により耐キャビテ
ーション層28を形成する。続いてこの工程は、ドライ
フィルム29、ノズルシート30が順次積層される。こ
こでドライフィルム29は、例えば炭素系樹脂により構
成され、インク液室、インク流路の隔壁を所定の高さに
より構成するように、所定形状、所定膜厚により硬化し
て作成される。これに対してノズルシート30は、発熱
素子20の上に微小なインク吐出口であるノズル33を
形成するように、所定形状に加工されたシート材であ
り、ドライフィルム29上に接着により保持される。こ
れによりこの工程は、これらドライフィルム29、ノズ
ルシート30によりインク液室31、このインク液室3
1にインクを導く流路、ノズル33が形成されるように
なされている。
ッドの製造工程では、半導体基板11を処理してトラン
ジスタ14、15を配置してなる半導体基板11が作成
され(図1(A))、この半導体基板11に層間絶縁膜
19、配線パターン18、25、ドライフィルム29、
ノズルシート30等を順次積層してプリンタヘッドを製
造する(図1(B)〜図4(H))。
層材料を積層する際に、第1層目の配線パターン18
が、エレクトロマイグレーション耐性を強化してなるA
l−Siにより作成された後、絶縁層19を間に挟んで
発熱素子20が形成される。さらにこの発熱素子20の
上層に、ドライエッチングに対する保護層であるシリコ
ン窒化膜22が十分な膜厚により作成され、エレクトロ
マイグレーション耐性を強化してなるAl−Siによる
配線材料膜24が形成された後、この配線材料膜24が
ドライエッチングにより除去されて2層目の配線パター
ン25が作成される。
ンタヘッドにおいては、2層目の配線パターンをドライ
エッチングにより作成する際に、発熱素子20の部位が
ドライエッチングに係る塩素系プラズマに暴露されるこ
とになる。しかしながらこの実施の形態においては、こ
の暴露される部位に、ドライエッチングに対する保護層
である窒化シリコン(又は炭化シリコン)による保護層
22が十分な膜厚により作成されていることにより、塩
素系プラズマによる発熱素子20への直接の影響を防止
することができる。これによりこの実施の形態に係るプ
リンタヘッドにおいては、エレクトロマイグレーション
耐性を強化してなる配線材料による配線パターンを形成
するようにしても、発熱素子における信頼性の低下を有
効に回避することができ、その分十分な信頼性を確保す
ることができる。
2層目の配線パターンを作成するドライエッチングの処
理において、十分にオーバエッチングし、これにより段
差部等に配線残量が取り残されないようになされる。こ
れによりこのプリンタヘッドにおいては、このような配
線材料の取り残しによる配線パターン間のショートを有
効に回避することができ、これによっても信頼性を向上
することができる。
を配置すると、保護層22の厚み分、プリンタヘッドに
おいては、インク液室23から遠ざかった位置に発熱素
子20が配置されることになる。しかしながら保護層2
2を構成するSiN、SiCにおいては、シリコン酸化
膜(SiO2 )に比して熱伝導性が良く、これによりこ
のように保護層22を配置した場合であっても、十分に
効率良くインク液室のインクを加熱してインク液滴を飛
び出させることができる。
にして作成した保護層22の信頼性を確認するために実
施した試験結果である。これらは1辺18〔μm〕によ
る正方形形状に発熱素子を形成し、各電力によるパルス
を繰り返し印加した結果である。なお試験には、インク
バリア層としてのSiN層を300〔nm〕堆積し、さ
らにタンタル耐キャビテーション層を200〔nm〕堆
積させてヘッドチップを形成した。図5は、ドライエッ
チングにより最も膜厚が薄くなった部位で、保護層22
が30〔nm〕の膜厚により取り残されるように、保護
層22を作成した場合であり、0.8〔W〕のパルスを
繰り返し印加した場合、発熱素子の抵抗値が著しく上昇
し、107 回程度の印加により試料の1つが断線した。
これに対して図6の結果は、ドライエッチングにより最
も膜厚が薄くなった部位で、保護層22が100〔n
m〕の膜厚により取り残されるように、保護層22を作
成した場合であり、0.8〔W〕のパルスを繰り返し印
加した場合、さらには0.9〔W〕のパルスを繰り返し
印加した場合の双方において、抵抗率の変化を初期値の
5〔%〕程度に抑えることができた。
線パターン形成時のドライエッチングより発熱素子を保
護する保護層を形成することにより、エレクトロマイグ
レーション耐性を強化した配線材料により配線パターン
を作成する場合でも、十分な信頼性を確保することがで
きる。
ンにより形成することにより、このような保護層を介在
させてインク液室のインクを加熱する場合でも、効率良
くインクを加熱することができる。
態においては、窒化シリコン又は炭化シリコンにより保
護層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、実用上十分に効率よくインク液室のインクを加
熱することができる場合、例えば酸化シリコン等により
保護層を作成するようにしてもよい。
トロマイグレーション耐性を強化した配線材料により配
線パターン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、種々の配線材料を用いてドライエッチン
グにより配線パターンを作成する場合に広く適用するこ
とができる。
のインク液室側面に、配線パターン形成時のドライエッ
チングより発熱素子を保護する保護層を形成することに
より、エレクトロマイグレーション耐性を強化した配線
材料により配線パターンを作成する場合でも、十分な信
頼性を確保することができる。
造工程の説明に供する断面図である。
る。
抗値の変化を示す特性曲線図である。
説明に供する断面図である。
…発熱素子、22……保護層、24……配線材料層
Claims (12)
- 【請求項1】配線パターンを介して半導体基板上に形成
された発熱素子を駆動し、前記発熱素子の発熱によりイ
ンク液室のインクを加熱して所定のノズルよりインク液
滴を飛び出させるプリンタヘッドにおいて、前記発熱素子は、金属あるいは金属化合物から成り、 前記発熱素子の前記インク液室側の面に、前記配線パタ
ーン形成時のドライエッチングより前記発熱素子を保護
する保護層が形成されたことを特徴とするプリンタヘッ
ド。 - 【請求項2】前記保護層が、 窒化シリコン又は炭化シリコンにより形成されたことを
特徴とする請求項1に記載のプリンタヘッド。 - 【請求項3】前記保護層が、 前記発熱素子の前記インク液室側の面に、前記配線パタ
ーンと接続する部位を除いて局所的に形成されたことを
特徴とする請求項1に記載のプリンタヘッド。 - 【請求項4】プリンタヘッドより飛び出すインク液滴を
印刷対象に付着させて印刷物を形成するプリンタにおい
て、 前記プリンタヘッドは、 配線パターンを介して半導体基板上に形成された発熱素
子を駆動し、前記発熱素子の発熱によりインク液室のイ
ンクを加熱して所定のノズルよりインク液滴を飛び出さ
せ、前記発熱素子は、金属あるいは金属化合物から成り、 前記発熱素子の前記インク液室側の面に、前記配線パタ
ーン形成時のドライエッチングより前記発熱素子を保護
する保護層が形成されたことを特徴とするプリンタ。 - 【請求項5】配線パターンを介して半導体基板上に形成
された発熱素子を駆動し、前記発熱素子の発熱によりイ
ンク液室のインクを加熱して所定のノズルよりインク液
滴を飛び出させるプリンタヘッドの製造方法において、 前記半導体基板に、金属あるいは金属化合物から成る前
記発熱素子を形成する発熱素子作成のステップと、 前記発熱素子の前記インク液室側の面に、前記配線パタ
ーン形成時のドライエッチングより前記発熱素子を保護
する保護層を形成する保護層形成のステップと、 前記保護層の前記インク液室側に、前記配線パターンの
配線材料による配線材料膜を形成する配線膜形成のステ
ップと、 前記配線材料膜をドライエッチングによりパターニング
して前記配線パターンを作成するエッチングのステップ
とを有することを特徴とするプリンタヘッドの製造方
法。 - 【請求項6】前記金属あるいは金属化合物は、 タンタルあるいはタンタルを有する化合物であることを
特徴とする請求項1に記載のプリンタヘッド。 - 【請求項7】前記保護層の前記液室側の面に、前記液体
から前記発熱素子を保護する液体保護層が形成されたこ
とを特徴とする請求項1に記載のプリンタヘッド。 - 【請求項8】前記金属あるいは金属化合物は、 タンタルあるいはタンタルを有する化合物であることを
特徴とする請求項4に記載のプリンタ。 - 【請求項9】前記保護層が、 窒化シリコン又は炭化シリコンにより形成されたことを
特徴とする請求項4に記載のプリンタ。 - 【請求項10】前記保護層の前記液室側の面に、前記液
体から前記発熱素子を保護する液体保護層が形成された
ことを特徴とする請求項4に記載のプリンタ。 - 【請求項11】前記配線パターンを作成するエッチング
のステップの後に、前記保護層の前記液室側の面に、前
記液体から前記発熱素子を保護する液体保護層形成のス
テップを有することを特徴とする請求項5に記載のプリ
ンタヘッドの製造方法。 - 【請求項12】配線パターンを介して半導体基板上に形
成された発熱素子を駆動し、前記発熱素子の発熱により
液室のインクを加熱して所定のノズルより液滴を飛び出
せるプリンタヘッドにおいて、 前記発熱素子を駆動する為の駆動回路を接続する第1の
配線パターン層と、 前記発熱素子と前記第1の配線パターン層とを接続する
第2の配線パターン層とを有し、 前記発熱素子は、金属あるいは金属化合物からなり、 前記発熱素子の前記液室側の面に、前記第2の配線パタ
ーン層形成時のドライエッチングより前記発熱素子を保
護する保護層が形成されたことを特徴とするプリンタヘ
ッド。
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