JP3584752B2

JP3584752B2 - Liquid jet recording apparatus and manufacturing method thereof

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Publication number: JP3584752B2
Application number: JP28364398A
Authority: JP
Inventors: 敦福川; 道昭村田; 孝行竹内
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1998-10-06
Filing date: 1998-10-06
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2018-10-06
Also published as: JP2000108355A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体流路内に保持された液体に熱エネルギーを印加し、液体中に発生する気泡の成長時の圧力により液体を噴射して記録を行うサーマルタイプの液体噴射記録装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、サーマルタイプの液体噴射記録装置における液体噴射過程の一例の説明図である。図中、１は流路基板、２は液体流路、３はヒーター基板、４は個別電極、５は共通電極、６は発熱抵抗体、７は樹脂層、８はヒーターピット、９はノズル、１０は液体、１１は気泡、１２は液滴である。流路基板１には、液体流路２となる多数の溝が形成される。またヒーター基板３には、発熱抵抗体６と、その発熱抵抗体６に電気エネルギーを供給するための個別電極４および共通電極５が形成され、その上に樹脂層７が形成される。樹脂層７は、少なくとも発熱抵抗体６の上部が除去され、ヒーターピット８が形成される。そして流路基板１とヒーター基板３が位置合わせ後、接合されて液体噴射記録装置が形成されている。この接合によって液体流路２が形成され、その端部がノズル９となる。また、液体流路２には図示しない液体供給手段から液体１０が供給される。
【０００３】
図１１（Ａ）に示すように、液体流路２に液体１０が供給されている状態において、外部から与えられる画像信号に基づき、駆動すべき発熱抵抗体６に対して個別電極４および共通電極５により電気エネルギーを供給する。発熱抵抗体６は、与えられた電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、液体流路２中の液体１０を加温する。液体流路２内では、液体１０が急激に沸騰し、図１１（Ｂ）に示すよう気泡１１が発生する。発生した気泡１１は液体流路２内で急速に成長する。このときの気泡１１の成長時の圧力によって、液体流路２内の液体１０は両側に押しやられ、図１１（Ｃ）に示すように一方はノズル９から押し出される。
【０００４】
発熱抵抗体６による液体１０の加熱終了後、図１１（Ｄ）に示すように気泡１１は縮小し、液体流路２内の液体は発熱抵抗体６へと引かれる方向に力を受ける。しかし、ノズル９から押し出された液体１０は慣性力によってそのまま移動を続ける。そして一部が液体流路２内の液体１０からちぎれ、図１１（Ｅ）に示すように液滴１２として飛翔する。飛翔した液滴１２は、紙などの図示しない被記録媒体に付着し、被記録媒体上に記録画素を形成する。
【０００５】
図１２は、従来のサーマルタイプの液体噴射記録装置においてヒーター基板上に形成される発熱抵抗体を含む電気回路の概略を示す平面図である。図中、２１は駆動素子、２２は接地電極である。発熱抵抗体６は、ヒーター基板３上に多数配列されている。各発熱抵抗体６には、これらに対して個別に駆動エネルギーを伝達するための個別電極４と、通常、電源電極配線として機能する共通電極５が接続されている。
【０００６】
個別電極４は、それぞれの発熱抵抗体６を駆動制御するための駆動素子２１に接続されている。また駆動素子２１の端部にも共通の配線が接続され、通常、接地電極２２として機能する。また、駆動素子２１には図示しない信号線が接続されており、この信号線を介して画像情報に応じた駆動素子２１のＯＮ／ＯＦＦ信号が送られる。信号線を介してＯＮ信号が駆動素子２１に与えられると、駆動素子２１がＯＮ状態となり、このＯＮ状態になった駆動素子２１に接続されている発熱抵抗体６に電流が流れ、発熱抵抗体６が発熱することになる。
【０００７】
発熱抵抗体６の材料としてどのような材料を用いるかは、各種検討されている。その中で多結晶Ｓｉは、通常のＭＯＳＬＳＩプロセスのゲート電極材料として用いられるため、ＬＳＩロジック回路を搭載した液体噴射ヘッドにおいては、駆動素子２１などのＬＳＩのゲート電極と発熱抵抗体６の材料の共通化が可能である。そのため、製造工程を簡略化でき、ひいては低コストでヘッドを作製できるという利点があり、検討されてきた。例えば特公平７−６４０７２号公報などにも記載されている。また、多結晶Ｓｉの抵抗値はｎ型あるいはｐ型の不純物イオン（ドナーもしくはアクセプタ）の注入量で規定されるため、抵抗値の調整が容易でしかも制御性が高いという特長もある。
【０００８】
図１３、図１４は、発熱抵抗体の材料として多結晶Ｓｉを用いた場合の従来の液体噴射記録装置の製造工程の一例を示す断面図、図１５ないし図１７は、同じく平面図、図１８は、従来の液体噴射記録装置の一例を示す断面図である。図中、３１は発熱抵抗体部、３２は高抵抗多結晶Ｓｉ、３３は低抵抗多結晶Ｓｉ、３４はゲート電極、３５はソース／ドレイン拡散層、３６は層間絶縁膜、３７はコンタクトホール、３８は金属配線層、３９はボンディングパッド、４０は耐液体層、４１は表面保護膜、４２は樹脂層、４３はフィールド酸化膜、４４はロジック回路領域、４５は液体供給口である。
【０００９】
ヒーター基板３となるＳｉ基板上にフィールド酸化膜４３を形成し、発熱抵抗体部３１の蓄熱層を形成するとともに、駆動素子２１の領域、ロジック回路領域４４などを分離する。その後、図示しないゲート酸化膜を成膜し、その上に多結晶Ｓｉを成膜する。多結晶Ｓｉには、高抵抗多結晶Ｓｉ３２の部分を除き、不純物をドープして低抵抗化する。そしてパターニングし、高抵抗多結晶Ｓｉ３２および低抵抗多結晶Ｓｉ３３からなる発熱抵抗体部３１と、駆動素子２１およびロジック回路領域４４のゲート電極３４が形成される。駆動素子２１およびロジック回路領域４４には、さらに、ソース／ドレイン拡散層３５を形成する。このような工程を経た後、層間絶縁膜３６が形成され、図１３（Ａ）および図１５の状態となる。なお、駆動素子２１のゲート電極３４は、多結晶Ｓｉによってロジック回路領域４４のＬＳＩと接続している。
【００１０】
図１３（Ｂ）に示す工程において、層間絶縁膜３６にコンタクトホール３７を開口する。このコンタクトホール３７は、図１６に示すように発熱抵抗体部３１の両端に設けられた低抵抗多結晶Ｓｉ３３の部分や、駆動素子２１のソースおよびドレインなどに設けられる。
【００１１】
図１３（Ｃ）に示す工程において、各素子間を接続するための金属配線層３８を形成する。これにより、図１７に示すように、発熱抵抗体部３１の一端と駆動素子２１が個別電極４により接続されるとともに、発熱抵抗体部３１の他端には共通電極５が形成される。共通電極５は、チップの外周部分を利用して後部に引き回される。また、駆動素子２１の他端も共通化され、ロジック回路部４４を避けて後部に引き回される。これらの配線の端部は、ボンディングパッド３９となる。もちろん、ロジック回路部４４内の配線も形成されるとともに、ロジック回路部４４への電力および信号線も後部に引き出され、ボンディングパッド３９が形成される。
【００１２】
図１３（Ｄ）に示す工程において、発熱抵抗体部３１上のヒーターピット８となる部分の層間絶縁膜３６をウェットエッチング法にて除去する。そして図１４（Ａ）に示す工程において、液体から発熱抵抗体部３１を保護する耐液体層４０（例えばＳｉ窒化膜とＴａの２層膜）を形成する。さらに図１４（Ｂ）に示す工程において、デバイスの表面を保護するため、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法で形成した燐珪酸ガラスなどにより表面保護膜４１を形成する。最後に図１４（Ｃ）に示す工程において、液体からデバイスを保護するためのポリイミドなどによる樹脂層４２を形成し、ヒーター基板３が作製される。
【００１３】
これとは別に、発熱抵抗体部３１に対応して液体流路２となる多数の溝が形成されるとともに、液体供給口４５となる貫通孔などが流路基板１に形成される。そして、上述のようにして作製されたヒーター基板３と位置合わせし、接合することによって、図１８に示すような液体噴射記録装置となる。
【００１４】
このような液体噴射記録装置では、ヒーター基板３上に、多結晶Ｓｉからなる発熱抵抗体部３１と、その発熱抵抗体部３１に電流を供給する駆動素子２１と、画像情報の信号処理を行うロジック回路部４４をＬＳＩプロセスを用いて形成している。そのため、発熱抵抗体部３１を形成する工程を別に設ける必要がなく、工程が簡素化されて製造コストを低減することができる。
【００１５】
上述の構成では、発熱抵抗体部３１は高抵抗多結晶Ｓｉ３２と低抵抗多結晶Ｓｉ３３とからなる。高抵抗多結晶Ｓｉ３２の領域は主に発熱領域を規定する。一方、層間絶縁膜３６、表面保護膜４１や樹脂層４２の下に位置する多結晶Ｓｉは、たとえ抵抗が高く十分な発熱量があっても、液体に伝わる熱エネルギーは小さくなる。そのため、余分なエネルギーロスを小さくするという点から、層間絶縁膜３６、表面保護膜４１や樹脂層４２の下に位置する多結晶Ｓｉには、あらかじめ高濃度の不純物イオンを注入し、抵抗を十分に下げている。
【００１６】
このような従来の液体噴射記録装置においては、１層のみの金属配線層３８によって各部の配線を行っている。そのため、図１７にも示したように、共通電極５などの電源配線と他の配線を同じ層で形成するために、電源配線のために十分な配線面積を取ることができない。特に発熱抵抗体部３１よりもノズル側の長さは、液体の噴射効率の面からなるべく短くしたい。そのため、共通電極５の配線幅は制限されてしまう。
【００１７】
このように、共通電極５などの電源配線の幅が狭くなると、この配線抵抗が顕在化するという問題がある。この共通電極５の配線抵抗による電圧降下によって、各発熱抵抗体部３１の位置によって供給される電圧が異なり、熱エネルギーの発生量がそれぞれ異なってしまう。このように熱エネルギーの発生量が異なると、各ノズル９から噴射される液滴の体積等にバラツキが生じ、一様な画質の画像を記録できないという問題があった。
【００１８】
このような問題に対し、各発熱抵抗体間で発生する熱エネルギーのバラツキを小さくする方法として、以下に示す提案がなされている。まず、特開昭５９−１８４６６５号公報では、配線抵抗を発熱抵抗体の０．５〜２．０倍にすることで、配線抵抗にバラツキがある場合でも発生する熱エネルギーのバラツキを小さくする提案がなされている。特開昭６０−２０４３７０号公報では、配線長の短い電極は迂回させたり配線幅を狭くし、配線抵抗を全ての電極に関して揃える提案がなされている。また、特開平１−９９８５４号公報では、配線抵抗を発熱体抵抗値の１／３以下にする提案がなされている。
【００１９】
しかし、発熱抵抗体の配列位置による配線抵抗のバラツキは、これらの従来の提案を用いても大幅に改善することは困難であった。また、上述の特開昭６４−９９８５４号公報に記載されている提案では、発熱抵抗体を高密度化した場合に電極の配線抵抗値が高くなり、エネルギー効率が悪化する等の問題点があった。
【００２０】
また、液滴をノズルから噴射する際の発熱抵抗体の温度は３００℃近傍まで上昇する。そのため、液滴を繰り返して噴射するのに伴い、金属製の耐液体層が液体と化学的相互作用により変質を起こす。これによって発熱抵抗体の熱効率が長期にわたって経時的に変化し、噴射した液滴の総数が増加するにつれて液滴の体積が次第に変化する。
【００２１】
上述のように配線抵抗に起因して各発熱抵抗体による熱エネルギーの発生量が異なると、発熱抵抗体の変質の度合いは、当然、各発熱抵抗体により異なるので、経時的な液滴の体積変化の割合は複数のノズル相互に関して異なったものとなる。このため、従来の液体噴射記録装置では、液滴の噴射総数が増加するにつれ、複数のノズル相互の液滴の体積の差が顕著となり、記録画像の画質は装置の稼働時間の増加に伴い徐々に悪化してしまう。
【００２２】
他の対策例として、例えば特開平８−１０８５３６号公報に記載されているように、発熱抵抗体のノズル側で共通に接続していた共通電極５を、各発熱抵抗体ごとに後部へ折り返し、また、電源配線と接地電極配線を２層目の金属配線で形成することにより配線幅を広くして抵抗を下げ、電圧降下による不具合を非常に小さくする技術が提案されている。この方式では、上述のような経時変化による不具合もなく、有効な方式である。しかし、この文献に記載されている液体噴射記録装置は、構造的に上述の各構成とは異なり、発熱抵抗体と各ＬＳＩは配線層を挟んで上下に存在している。そのため、例えば図１３〜図１８に示したように各ＬＳＩのゲート電極と発熱抵抗体を同時に形成することは不可能であり、例えば多結晶Ｓｉの着膜およびパターニングを２回行わなければならず、製造工程が複雑化してコストを押し上げるという問題があった。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、ＬＳＩのゲート電極材料と発熱抵抗体とを多結晶Ｓｉで同時に形成できるとともに、ＬＳＩデバイス特性を損なうことなく電源配線における電圧降下を抑制し、各発熱抵抗体において均一な液滴を飛翔させ、記録画像の画質の向上を図った液体噴射記録装置を提供することを目的とするものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液体噴射記録装置において、発熱抵抗体を駆動する駆動素子を形成する工程の中（特にゲート電極を形成する工程）で発熱抵抗体を形成して製造工程を簡素化するとともに、その上に第１の層間絶縁層、第１の金属配線層、第２の層間絶縁層、第２の金属配線層をこの順で積層する。このとき、第１の金属配線層はパターニングにより折り返し配線、個別電極、金属配線が形成され、第２の金属配線層はパターニングにより電源配線及び接地電極配線が形成される。そして、発熱抵抗体の一方の端に、第１の層間絶縁層に開口されたスルーホールを介して第１の金属配線層の折り返し配線と接続し、その第１の金属配線層の折り返し配線は隣接する発熱抵抗体の間を通して折り返し、第２の層間絶縁膜に開口したスルーホールを介して第２の金属配線層で形成された電源配線に接続する。また、発熱抵抗体の他端は第１の層間絶縁層に開口したスルーホールを介して第１の金属配線層の個別電極と接続し、第１の金属配線層の個別電極に、第１の層間絶縁層に開口されたスルーホールを介して駆動素子の一端を接続する。さらに駆動素子の他端は、第１の層間絶縁層に開口したスルーホールを介して第１の金属配線層の金属配線に接続し、さらに第２の層間絶縁層に開口したスルーホールを介して、第２の金属配線層で形成された接地電極配線に接続する。これによって、第２の金属配線層として形成する電源配線の配線抵抗を無視できる程度に低下させることができるとともに、この電源配線から各発熱抵抗体への配線距離を等しくして、各発熱抵抗体における発熱量を一定にすることができる。そのため、噴射される液滴の体積がそろい、高画質化を図ることができる。
【００２５】
また本発明は、液体噴射記録装置の製造方法において、上述のようにして、発熱抵抗体および駆動素子を形成し、その上に第１の層間絶縁層、第１の金属配線層、第２の層間絶縁層、第２の金属配線層を形成し、その後、ホトリソグラフィー法とドライエッチング法を用いて発熱抵抗体の上を開口することによりヒータ部を形成する。これによって、複数の層を１度に、しかも高精度に加工してヒーターピットを形成することができる。その後、耐液体層、第２の金属配線層の保護膜、樹脂膜を順次形成すればよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の液体噴射記録装置の実施の一形態を示す断面図、図２ないし図５は、同じく製造工程の一例を示す工程図、図６ないし図１０は、同じく製造工程の一例における平面レイアウト図である。図中、図１１ないし図１８と同様の部分には同じ符号を付してある。５１はゲート酸化膜、５２は多結晶Ｓｉ薄膜、５３，５４は導電性多結晶Ｓｉ膜、５５は第１の層間絶縁膜、５６は第１の金属配線層、５７は折り返し配線、５８は個別電極、５９は金属配線、６０は第２の層間絶縁膜、６１はＶＩＡ開口、６２は第２の金属配線層、６３は電源配線、６４は接地電極配線である。
【００２７】
まず図２（Ａ）に示すヒーター基板８となるＳｉ基板の表面に、図２（Ｂ）に示すように通常のＬＯＣＯＳ（ＬｏｃａｌＯｘｉｄａｔｉｏｎｏｆＳｉ）法を用いてフィールド酸化膜４３を形成し、トランジスタ領域を規定する。ここでは、後にロジック回路領域４４および駆動素子２１の領域等に相当する領域をフィールド酸化膜４３によってそれぞれ分離している。フィールド酸化膜４３は、例えば１０００℃の水素燃焼酸化で約１．５μｍ成長させて形成することができる。このフィールド酸化膜４３は、素子分離用としてだけでなく、後に発熱抵抗体である多結晶Ｓｉの下の蓄熱層としても機能させるので、できるだけ厚いことが望ましい。
【００２８】
続いて図２（Ｃ）に示す工程において、トランジスタのゲート酸化膜５１を形成する。このゲート酸化膜５１は、例えば、１０００℃の水素燃焼酸化で約１μｍ成長させて形成することができる。
【００２９】
続いて図２（Ｄ）に示す工程において、ＭＯＳトランジスタのゲート電極３４と発熱抵抗体部３１の材料となる多結晶Ｓｉ薄膜５２を着膜する。多結晶Ｓｉ薄膜５２は、例えばＣＶＤ（化学的気相成長）法で約０．４μｍ着膜させることができる。次に図２（Ｅ）に示す工程において、多結晶Ｓｉ薄膜５２にｎ型不純物であるリンをイオン注入法にて全面に導入する。この段階で多結晶Ｓｉ薄膜５２は、導電性多結晶Ｓｉ膜５３になる。この導電性多結晶Ｓｉ膜５３は、後に高抵抗多結晶Ｓｉ３２となるものである。さらに図３（Ａ）に示す工程において、高抵抗多結晶Ｓｉ３２となる領域をホトリソグラフィー法で形成したレジストで覆い、ｎ型不純物であるリンをイオン注入し、高抵抗多結晶Ｓｉ３２となる領域を除く領域を、さらに抵抗の低い導電性多結晶Ｓｉ膜５４にする。この抵抗の低い導電性多結晶Ｓｉ膜５４は、発熱抵抗体部３１の低抵抗多結晶Ｓｉ３３あるいはＭＯＳトランジスタのゲート電極３４となるものである。続いて図３（Ｂ）に示す工程において、ホトリソグラフィー法とフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いて、発熱抵抗体部３１と、ＭＯＳトランジスタのゲート電極３４をパターニング（加工）する。発熱抵抗体部３１は、高抵抗多結晶Ｓｉ３２および低抵抗多結晶Ｓｉ３３によって構成される。
【００３０】
その後、図３（Ｃ）に示す工程において、ＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン拡散層３５を、批素のイオン注入法とその後の熱処理にて形成する。続いて図３（Ｄ）に示す工程において、第１の層間絶縁膜５５を形成する。ここでは、第１の層間絶縁膜５５として、ＣＶＤ法で約６００ｎｍ着膜したＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅｇｌａｓｓ）膜に平坦化のための熱処理を施したものを用いる。この段階での平面レイアウトを図６に示す。各構成要素である発熱抵抗体３１、駆動素子２１、ロジック回路領域４４が個別に形成されている。また、駆動素子２１のゲート電極３４は、導電性多結晶Ｓｉ膜５４によってロジック回路領域４４に接続されている。
【００３１】
続いて図３（Ｅ）に示す工程において、ホトリソグラフィー法とフッ素系のガスを用いたドライエッチング法にて各素子の電気的接続口となるコンタクトホール３７を開口する。この段階での平面レイアウトを図７に示す。なお、駆動素子２１のゲート電極３４から延びる導電性多結晶Ｓｉ膜５４についても、ロジック回路領域４４内でロジック回路と接続するためのコンタクトホールが形成される。
【００３２】
続いて図４（Ａ）に示す工程において、第１の金属配線層５６を形成する。ここでは第１の金属配線層５６として、スパッタ法で約１μｍ着膜したＡｌ−１％Ｓｉ膜を用い、パターニングはホトリソグラフィー法と塩素系ガスを用いたドライエッチング法で実施した。ドライエッチング法を用いることによって微細な配線を形成することができ、ウェットエッチング法に比べ、高精細化が可能である。また図４（Ａ）以降では、このパターニング後の第１の金属配線層５６を、機能ごとに、折り返し配線５７，個別電極５８，金属配線５９として示している。この段階での平面レイアウトは、図８に示すようになる。折り返し配線５７は、図８に示すように発熱抵抗体部３１のノズル側の低抵抗多結晶Ｓｉ３３から、隣接する発熱抵抗体部３１の間を折り返して配線されている。また、個別電極５８は、発熱抵抗体部３１の他側の低抵抗多結晶Ｓｉ３３と駆動素子２１の一端を接続する。金属配線５９は、駆動素子２１の他端を電気的に接続している。
【００３３】
続いて図４（Ｂ）に示す工程において、第１の金属配線層５６と後述する第２の金属配線層６２の間を電気的に絶縁するための第２の層間絶縁膜６０を形成する。ここでは第２の層間絶縁膜６０として、シラン系のガスを用いたプラズマＣＶＤ法で形成した約７００ｎｍのＳｉ酸化膜を用いる。
【００３４】
続いて図４（Ｃ）に示す工程において、第１の金属配線層５６と第２の金属配線層６２の接続口となるいわゆるＶＩＡ開口６１をホトリソグラフィー法とフッ素系ガスを用いたドライエッチング法にて開口する。この段階での平面レイアウトを図９に示している。折り返し配線層５７の端部と、駆動素子２１の他端と接続されている金属配線５９の上に開口されている。
【００３５】
次に図４（Ｄ）に示す工程において、第２の金属配線層６２を形成する。ここでは第２の金属配線層６２として、スパッタ法で約１μｍ着膜したＡｌ−１％Ｓｉ膜を用い、パターニングはホトリソグラフィー法と塩素系ガスを用いたドライエッチング法で実施した。また、図４（Ｄ）以降では、この第２の金属配線層６２を、機能ごとに電源配線６３，接地電極配線６４として示している。この段階での平面レイアウトを図１０に示している。折り返し配線５７および駆動素子２１の金属配線５９は、ＶＩＡ開口６１を介してそれぞれ第２の金属配線層６２で形成される電源配線６３および接地電極配線６４に接続されている。図１０に示すように、電源配線６３および接地電極配線６４を幅広く形成できるため、これらの配線を十分に低抵抗化することができる。そのため、実用的な駆動条件において電源配線６３および接地電極配線６４における電圧降下はほとんど無視できるレベルまで抑制することができる。なお、第２の金属配線層６２は、ボンディングパッド３９の部分にも形成され、この部分の強度を増している。
【００３６】
続いて図５（Ａ）に示す工程において、発熱抵抗体部３１の上部の絶縁膜、すなわち第１の層間絶縁膜５５と第２の層間絶縁膜６０の２層の膜をホトリソグラフィー法とフッ素系ガスを用いたドライエッチング法にて除去してヒーターピット８を形成する。ここでは異種の２層構造の膜、すなわち第１の層間絶縁膜５５と第２の層間絶縁膜６０を除去するため、従来、ヒーターピットの加工に用いていたウェットエッチング法ではいわゆるアンダーカットが発生するため、両者のエッチングレートを高精度で合わせない限り、形状の制御が難しい。その点、ドライエッチング法による加工では膜種によらずほぼ垂直に加工できるため、２層構造の膜でも形状制御性よく加工できるという利点がある。
【００３７】
続いて図５（Ｂ）に示す工程において、耐液体層４０を形成する。耐液体層４０としては、Ｓｉ窒化膜とＴａ膜を用いることができる。Ｓｉ窒化膜は、アンモニア系ガスを用いたプラズマＣＶＤ法で着膜することができ、その上にＴａ膜をスパッタ法で着膜することができる。これら２層膜をホトリソグラフィー法とフッ素系ガスを用いたプラズマエッチング法でパターニングする。耐液体層４０は、ヒーターピット８の凹部を覆うように形成される。
【００３８】
続いて図５（Ｃ）に示す工程において、第２の金属配線層６２等が形成されたデバイス表面を保護する表面保護膜４１を形成する。表面保護膜４１としては、ＣＶＤ法で形成した燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）膜を用いることができ、パターニングはホトリソグラフィー法とフッ酸溶液を用いたウェットエッチング法により行うことができる。最後に図５（Ｄ）に示す工程において、液体からデバイスを保護するための樹脂層４２を形成する。ここでは樹脂層４２として感光性ポリイミドを用い、露光現像によりヒーターピット８の部分を開口した。このようにして、ヒーター基板３の作製を完了する。
【００３９】
一方、流路基板１については従来と同様であり、例えばＳｉ基板に、発熱抵抗体部３１に対応した液体流路となる溝と、液体リザーバおよび液体供給口４５となる貫通孔を形成する。そして、上述のようにして作製されたヒーター基板３と位置合わせ後、接合する。これによって、図１に示すような液体噴射記録装置が作製される。
【００４０】
このようにして作製された液体噴射記録装置では、上述のように電源配線６３および接地電極配線６４における電圧降下をほとんど無視できる程度にすることができるので、各発熱抵抗体部３１に均等に電気エネルギーを供給することができ、ほぼそろった液量の液滴を噴射し、記録を行うことができる。そのため、高画質の画像を得ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ＬＳＩのゲート電極材料として用いている多結晶Ｓｉを発熱抵抗体として用い、ＬＳＩのゲート電極とともに発熱抵抗体を形成することができるので、製造工程を簡素化し、低コスト化を実現することができる。また、このような構成においても、ＬＳＩデバイス特性を損なうことなく、２層目の金属配線で構成される電源配線と接地電極配線を幅広のパターンとして形成することが可能となり、電源配線等における電圧降下を抑制し、各発熱抵抗体の発熱によって噴射される液滴量を均一にして高画質化を図ることができる。さらに、折り返し電極配線とヒーターピットをドライエッチングなどのＲＩＥ法で加工しているため、その形状を正確に形成することができ、微細化が可能であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体噴射記録装置の実施の一形態を示す断面図である。
【図２】本発明の液体噴射記録装置の実施の一形態における製造工程の一例を示す工程図である。
【図３】本発明の液体噴射記録装置の実施の一形態における製造工程の一例を示す工程図（続き）である。
【図４】本発明の液体噴射記録装置の実施の一形態における製造工程の一例を示す工程図（続き）である。
【図５】本発明の液体噴射記録装置の実施の一形態における製造工程の一例を示す工程図（続き）である。
【図６】本発明の液体噴射記録装置の実施の一形態の製造工程の一例における多結晶Ｓｉの形成後の平面レイアウト図である。
【図７】本発明の液体噴射記録装置の実施の一形態の製造工程の一例におけるコンタクトホールを形成後の平面レイアウト図である。
【図８】本発明の液体噴射記録装置の実施の一形態の製造工程の一例における第１の金属配線層を形成後の平面レイアウト図である。
【図９】本発明の液体噴射記録装置の実施の一形態の製造工程の一例におけるＶＩＡ開口形成後の平面レイアウト図である。
【図１０】本発明の液体噴射記録装置の実施の一形態の製造工程の一例における第２の金属配線層を形成後の平面レイアウト図である。
【図１１】サーマルタイプの液体噴射記録装置における液体噴射過程の一例の説明図である。
【図１２】従来のサーマルタイプの液体噴射記録装置においてヒーター基板上に形成される発熱抵抗体を含む電気回路の概略を示す平面図である。
【図１３】発熱抵抗体の材料として多結晶Ｓｉを用いた場合の従来の液体噴射記録装置の製造工程の一例を示す断面図である。
【図１４】発熱抵抗体の材料として多結晶Ｓｉを用いた場合の従来の液体噴射記録装置の製造工程の一例を示す断面図（続き）である。
【図１５】発熱抵抗体の材料として多結晶Ｓｉを用いた場合の従来の液体噴射記録装置の製造工程の一例を示す多結晶Ｓｉ形成後の平面図である。
【図１６】発熱抵抗体の材料として多結晶Ｓｉを用いた場合の従来の液体噴射記録装置の製造工程の一例を示すコンタクトホール形成後の平面図である。
【図１７】発熱抵抗体の材料として多結晶Ｓｉを用いた場合の従来の液体噴射記録装置の製造工程の一例を示す金属配線層を形成後の平面図である。
【図１８】従来の液体噴射記録装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…流路基板、２…液体流路、３…ヒーター基板、４…個別電極、５…共通電極、６…発熱抵抗体、７…樹脂層、８…ヒーターピット、９…ノズル、１０…液体、１１…気泡、１２…液滴、２１…駆動素子、２２…接地電極、３１…発熱抵抗体部、３２…高抵抗多結晶Ｓｉ、３３…低抵抗多結晶Ｓｉ、３４…ゲート電極、３５…ソース／ドレイン拡散層、３６…層間絶縁膜、３７…コンタクトホール、３８…金属配線層、３９…ボンディングパッド、４０…耐液体層、４１…表面保護膜、４２…樹脂層、４３…フィールド酸化膜、４４…ロジック回路領域、４５…液体供給口、５１…ゲート酸化膜、５２…多結晶Ｓｉ薄膜、５３，５４…導電性多結晶Ｓｉ膜、５５…第１の層間絶縁膜、５６…第１の金属配線層、５７…折り返し配線、５８…個別電極、５９…金属配線、６０…第２の層間絶縁膜、６１…ＶＩＡ開口、６２…第２の金属配線層、６３…電源配線、６４…接地電極配線。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal-type liquid jet recording apparatus for applying heat energy to a liquid held in a liquid flow path and jetting the liquid by a pressure at the time of growth of bubbles generated in the liquid to perform recording, and manufacturing the same. It is about the method.
[0002]
[Prior art]
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a liquid ejection process in a thermal type liquid ejection recording apparatus. In the figure, 1 is a flow path substrate, 2 is a liquid flow path, 3 is a heater substrate, 4 is an individual electrode, 5 is a common electrode, 6 is a heating resistor, 7 is a resin layer, 8 is a heater pit, 9 is a nozzle, 10 is a liquid, 11 is a bubble, and 12 is a droplet. A large number of grooves serving as liquid flow paths 2 are formed in the flow path substrate 1. On the heater substrate 3, a heating resistor 6, an individual electrode 4 and a common electrode 5 for supplying electric energy to the heating resistor 6, are formed, and a resin layer 7 is formed thereon. At least the upper portion of the heat generating resistor 6 is removed from the resin layer 7 to form a heater pit 8. After the flow path substrate 1 and the heater substrate 3 are aligned, they are joined to form a liquid jet recording apparatus. The liquid channel 2 is formed by this joining, and the end becomes the nozzle 9. Further, the liquid 10 is supplied to the liquid flow path 2 from a liquid supply unit (not shown).
[0003]
As shown in FIG. 11A, in a state where the liquid 10 is supplied to the liquid flow path 2, the individual electrode 4 and the common electrode are applied to the heating resistor 6 to be driven based on an externally applied image signal. 5 supplies electrical energy. The heating resistor 6 converts the applied electric energy into heat energy, and heats the liquid 10 in the liquid flow path 2. In the liquid channel 2, the liquid 10 boils rapidly, and bubbles 11 are generated as shown in FIG. The generated air bubbles 11 grow rapidly in the liquid flow path 2. At this time, the liquid 10 in the liquid flow path 2 is pushed to both sides by the pressure at the time of the growth of the bubble 11, and one of them is pushed out from the nozzle 9 as shown in FIG.
[0004]
After the heating of the liquid 10 by the heating resistor 6 is completed, the bubbles 11 are reduced as shown in FIG. 11D, and the liquid in the liquid flow path 2 receives a force in a direction to be drawn toward the heating resistor 6. However, the liquid 10 extruded from the nozzle 9 continues to move as it is due to inertial force. Then, a part thereof is torn off from the liquid 10 in the liquid flow path 2 and flies as a droplet 12 as shown in FIG. The flying droplets 12 adhere to a recording medium (not shown) such as paper and form recording pixels on the recording medium.
[0005]
FIG. 12 is a plan view schematically showing an electric circuit including a heating resistor formed on a heater substrate in a conventional thermal type liquid jet recording apparatus. In the figure, 21 is a driving element, and 22 is a ground electrode. A large number of heating resistors 6 are arranged on the heater substrate 3. Each heating resistor 6 is connected to an individual electrode 4 for individually transmitting driving energy to the heating resistor 6, and a common electrode 5 which usually functions as a power supply electrode wiring.
[0006]
The individual electrodes 4 are connected to driving elements 21 for controlling the driving of the respective heating resistors 6. A common wiring is also connected to an end of the driving element 21, and usually functions as a ground electrode 22. Further, a signal line (not shown) is connected to the driving element 21, and an ON / OFF signal of the driving element 21 according to the image information is transmitted through the signal line. When an ON signal is given to the driving element 21 via the signal line, the driving element 21 is turned on, and a current flows through the heating resistor 6 connected to the driving element 21 that has been turned on, and the heating resistor 21 is turned on. 6 will generate heat.
[0007]
Various studies have been made on what kind of material is used as the material of the heating resistor 6. Among them, polycrystalline Si is used as a gate electrode material in a normal MOS LSI process. Therefore, in a liquid ejecting head equipped with an LSI logic circuit, the material of the gate electrode of the LSI such as the drive element 21 and the material of the heating resistor 6 are used. Common use is possible. Therefore, there is an advantage that the manufacturing process can be simplified and the head can be manufactured at low cost. For example, it is described in Japanese Patent Publication No. 7-64072. In addition, since the resistance value of polycrystalline Si is determined by the amount of n-type or p-type impurity ions (donor or acceptor) implanted, the resistance value can be easily adjusted and the controllability is high.
[0008]
13 and 14 are cross-sectional views showing an example of a manufacturing process of a conventional liquid jet recording apparatus in the case where polycrystalline Si is used as a material of a heating resistor. FIGS. 15 to 17 are plan views of FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional liquid jet recording apparatus. In the figure, 31 is a heating resistor portion, 32 is high-resistance polycrystalline Si, 33 is low-resistance polycrystalline Si, 34 is a gate electrode, 35 is a source / drain diffusion layer, 36 is an interlayer insulating film, 37 is a contact hole, 38 is a metal wiring layer, 39 is a bonding pad, 40 is a liquid resistant layer, 41 is a surface protective film, 42 is a resin layer, 43 is a field oxide film, 44 is a logic circuit area, and 45 is a liquid supply port.
[0009]
A field oxide film 43 is formed on an Si substrate serving as the heater substrate 3 to form a heat storage layer of the heating resistor portion 31, and a region of the driving element 21 and a logic circuit region 44 are separated. Thereafter, a gate oxide film (not shown) is formed, and polycrystalline Si is formed thereon. Except for the high-resistance polycrystalline Si 32, the polycrystalline Si is doped with impurities to reduce the resistance. Then, patterning is performed to form the heating resistor portion 31 composed of the high-resistance polycrystalline Si32 and the low-resistance polycrystalline Si33, and the drive element 21 and the gate electrode 34 of the logic circuit region 44. Source / drain diffusion layers 35 are further formed in the drive element 21 and the logic circuit region 44. After these steps, the interlayer insulating film 36 is formed, and the state shown in FIGS. 13A and 15 is obtained. The gate electrode 34 of the driving element 21 is connected to the LSI in the logic circuit region 44 by polycrystalline Si.
[0010]
In the step shown in FIG. 13B, a contact hole 37 is opened in the interlayer insulating film 36. The contact holes 37 are provided in the low-resistance polycrystalline Si 33 provided at both ends of the heating resistor portion 31 as shown in FIG.
[0011]
In the step shown in FIG. 13C, a metal wiring layer 38 for connecting each element is formed. Thereby, as shown in FIG. 17, one end of the heating resistor portion 31 and the driving element 21 are connected by the individual electrode 4, and the common electrode 5 is formed on the other end of the heating resistor portion 31. The common electrode 5 is routed to the rear using the outer peripheral portion of the chip. Further, the other end of the driving element 21 is also shared, and is routed to the rear part avoiding the logic circuit part 44. The ends of these wirings become the bonding pads 39. Of course, the wiring in the logic circuit portion 44 is formed, and the power and signal lines to the logic circuit portion 44 are also drawn out to the rear, forming the bonding pads 39.
[0012]
In the step shown in FIG. 13D, the portion of the interlayer insulating film 36 to be the heater pit 8 on the heating resistor portion 31 is removed by wet etching. Then, in the step shown in FIG. 14A, a liquid-resistant layer 40 (for example, a two-layer film of a Si nitride film and Ta) for protecting the heating resistor portion 31 from a liquid is formed. Further, in the step shown in FIG. 14B, in order to protect the surface of the device, a surface protection film 41 is formed of, for example, phosphosilicate glass formed by a chemical vapor deposition (CVD) method. Finally, in the step shown in FIG. 14C, a resin layer 42 of polyimide or the like for protecting the device from liquid is formed, and the heater substrate 3 is manufactured.
[0013]
Separately, a large number of grooves serving as the liquid flow paths 2 are formed corresponding to the heat generating resistor portions 31, and through holes serving as the liquid supply ports 45 are formed in the flow path substrate 1. Then, by aligning and joining with the heater substrate 3 manufactured as described above, a liquid jet recording apparatus as shown in FIG. 18 is obtained.
[0014]
In such a liquid jet recording apparatus, a heating resistor portion 31 made of polycrystalline Si, a driving element 21 for supplying a current to the heating resistor portion 31, and signal processing of image information are performed on the heater substrate 3. The logic circuit section 44 is formed using an LSI process. Therefore, there is no need to separately provide a step of forming the heating resistor portion 31, and the step is simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
[0015]
In the above-described configuration, the heating resistor portion 31 is made of the high-resistance polycrystalline Si32 and the low-resistance polycrystalline Si33. The region of the high-resistance polycrystalline Si 32 mainly defines a heating region. On the other hand, the polycrystalline Si located below the interlayer insulating film 36, the surface protection film 41, and the resin layer 42 has a small resistance to heat energy even if it has a high resistance and a sufficient amount of heat generation. Therefore, in order to reduce excess energy loss, high-concentration impurity ions are implanted in advance into the polycrystalline Si located below the interlayer insulating film 36, the surface protective film 41, and the resin layer 42 to sufficiently reduce the resistance. Down to.
[0016]
In such a conventional liquid jet recording apparatus, wiring of each part is performed by only one metal wiring layer 38. For this reason, as shown in FIG. 17, since the power supply wiring such as the common electrode 5 and other wirings are formed in the same layer, a sufficient wiring area for the power supply wiring cannot be obtained. In particular, it is desirable to make the length of the nozzle side of the heating resistor portion 31 as short as possible from the viewpoint of the liquid ejection efficiency. Therefore, the wiring width of the common electrode 5 is limited.
[0017]
As described above, when the width of the power supply wiring such as the common electrode 5 is reduced, there is a problem that the wiring resistance becomes obvious. Due to the voltage drop due to the wiring resistance of the common electrode 5, the supplied voltage differs depending on the position of each heating resistor section 31, and the amount of generated heat energy differs. If the amount of generated thermal energy is different as described above, the volume or the like of the droplet ejected from each nozzle 9 varies, and there is a problem that an image of uniform quality cannot be recorded.
[0018]
In order to solve such a problem, the following proposals have been made as a method of reducing the variation of the thermal energy generated between the heating resistors. First, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 59-184665 proposes that the wiring resistance is made 0.5 to 2.0 times as large as that of the heating resistor to reduce the variation in thermal energy generated even when the wiring resistance varies. Has been made. Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-204370 proposes that an electrode having a short wiring length is detoured or a wiring width is narrowed so that wiring resistance is uniform for all electrodes. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-99854 proposes to reduce the wiring resistance to 1/3 or less of the heating element resistance value.
[0019]
However, it has been difficult to significantly reduce the variation in wiring resistance depending on the arrangement position of the heating resistors even by using these conventional proposals. Also, the proposal described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-99854 has a problem that when the heating resistor is made dense, the wiring resistance value of the electrode becomes high and the energy efficiency is deteriorated. Was.
[0020]
Further, the temperature of the heating resistor when the droplet is ejected from the nozzle rises to around 300 ° C. Therefore, as the droplets are repeatedly ejected, the liquid resistant layer made of metal undergoes alteration due to chemical interaction with the liquid. As a result, the thermal efficiency of the heating resistor changes over time over a long period of time, and the volume of the droplet gradually changes as the total number of ejected droplets increases.
[0021]
If the amount of heat energy generated by each heating resistor is different due to the wiring resistance as described above, the degree of deterioration of the heating resistor naturally depends on each heating resistor, so the volume of the droplet over time is The rate of change will be different for each of the nozzles. For this reason, in the conventional liquid ejection recording apparatus, as the total number of ejected droplets increases, the difference in the volume of the droplets among the plurality of nozzles becomes remarkable, and the image quality of the recorded image gradually increases as the operation time of the apparatus increases. Will be worse.
[0022]
As another countermeasure example, as described in, for example, JP-A-8-108536, the common electrode 5 commonly connected on the nozzle side of the heating resistor is folded back to the rear for each heating resistor. In addition, a technique has been proposed in which the power supply wiring and the ground electrode wiring are formed of the second-layer metal wiring to increase the wiring width, reduce the resistance, and extremely reduce the problem due to the voltage drop. This method is an effective method without the above-mentioned problems due to the temporal change. However, the liquid jet recording apparatus described in this document is structurally different from each of the above-described configurations, and the heating resistor and each of the LSIs are arranged vertically above and below the wiring layer. Therefore, for example, as shown in FIGS. 13 to 18, it is impossible to simultaneously form the gate electrode and the heating resistor of each LSI. For example, the deposition and patterning of polycrystalline Si must be performed twice. However, there is a problem that the manufacturing process is complicated and the cost is increased.
[0023]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and can simultaneously form a gate electrode material and a heating resistor of an LSI with polycrystalline Si and suppress a voltage drop in a power supply wiring without impairing LSI device characteristics. It is another object of the present invention to provide a liquid jet recording apparatus in which a uniform droplet is caused to fly in each heating resistor to improve the quality of a recorded image.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
The present invention simplifies the manufacturing process by forming a heating resistor in a step of forming a drive element for driving the heating resistor (particularly, a step of forming a gate electrode) in a liquid jet recording apparatus, and A first interlayer insulating layer, a first metal wiring layer, a second interlayer insulating layer, and a second metal wiring layer are laminated thereon in this order. At this time, the first metal wiring layer is formed with a folded wiring, an individual electrode, and a metal wiring by patterning, and the second metal wiring layer is formed with a power supply wiring and a ground electrode wiring by patterning. Then, one end of the heating resistor is connected to a return wiring of the first metal wiring layer through a through hole opened in the first interlayer insulating layer, and the return wiring of the first metal wiring layer is It is folded back between adjacent heating resistors and connected to a power supply wiring formed of a second metal wiring layer via a through hole opened in the second interlayer insulating film. The other end of the heating resistor is connected to an individual electrode of the first metal wiring layer through a through hole opened in the first interlayer insulating layer, and is connected to the individual electrode of the first metal wiring layer by the first electrode. One end of the driving element is connected through a through hole opened in the interlayer insulating layer. Further, the other end of the driving element is connected to the metal wiring of the first metal wiring layer through a through hole opened in the first interlayer insulating layer, and further connected through a through hole opened in the second interlayer insulating layer. Connected to the ground electrode wiring formed by the second metal wiring layer. Thus, the wiring resistance of the power supply wiring formed as the second metal wiring layer can be reduced to a negligible level, and the wiring distance from the power supply wiring to each heating resistor can be made equal to each other. Can be constant. Therefore, the volumes of the ejected droplets are uniform, and high image quality can be achieved.
[0025]
Further, according to the invention, in a method for manufacturing a liquid jet recording apparatus, a heating resistor and a driving element are formed as described above, and a first interlayer insulating layer, a first metal wiring layer, a second An interlayer insulating layer and a second metal wiring layer are formed, and thereafter, a heater is formed by opening the heating resistor using photolithography and dry etching. Thus, the heater pit can be formed by processing a plurality of layers at once and with high accuracy. Thereafter, a liquid-resistant layer, a protective film for the second metal wiring layer, and a resin film may be sequentially formed.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the liquid jet recording apparatus of the present invention, FIGS. 2 to 5 are process diagrams showing an example of the same manufacturing process, and FIGS. FIG. In the figure, the same parts as those in FIGS. 11 to 18 are denoted by the same reference numerals. 51 is a gate oxide film, 52 is a polycrystalline Si thin film, 53 and 54 are conductive polycrystalline Si films, 55 is a first interlayer insulating film, 56 is a first metal wiring layer, 57 is a folded wiring, and 58 is an individual wiring. An electrode, 59 is a metal wiring, 60 is a second interlayer insulating film, 61 is a VIA opening, 62 is a second metal wiring layer, 63 is a power supply wiring, and 64 is a ground electrode wiring.
[0027]
First, as shown in FIG. 2B, a field oxide film 43 is formed on the surface of a Si substrate serving as the heater substrate 8 shown in FIG. 2A by using a normal LOCOS (Local Oxidation of Si) method. Define the area. Here, regions corresponding to the logic circuit region 44 and the region of the driving element 21 and the like are separated by the field oxide film 43 later. The field oxide film 43 can be formed by, for example, growing by about 1.5 μm by hydrogen combustion oxidation at 1000 ° C. The field oxide film 43 is desirably as thick as possible because it functions not only for element isolation but also as a heat storage layer below polycrystalline Si which is a heating resistor.
[0028]
Subsequently, in a step shown in FIG. 2C, a gate oxide film 51 of the transistor is formed. The gate oxide film 51 can be formed by, for example, growing by about 1 μm by hydrogen combustion oxidation at 1000 ° C.
[0029]
Subsequently, in a step shown in FIG. 2D, a polycrystalline Si thin film 52 serving as a material of the gate electrode 34 of the MOS transistor and the heating resistor portion 31 is deposited. The polycrystalline Si thin film 52 can be deposited to a thickness of about 0.4 μm by, for example, a CVD (chemical vapor deposition) method. Next, in the step shown in FIG. 2E, phosphorus, which is an n-type impurity, is introduced into the entire surface of the polycrystalline Si thin film 52 by an ion implantation method. At this stage, the polycrystalline Si thin film 52 becomes a conductive polycrystalline Si film 53. This conductive polycrystalline Si film 53 is to become high-resistance polycrystalline Si32 later. Further, in the step shown in FIG. 3A, the region to be high-resistance polycrystalline Si32 is covered with a resist formed by photolithography, and phosphorus, which is an n-type impurity, is ion-implanted to form a region to become high-resistance polycrystalline Si32. The region to be removed is made a conductive polycrystalline Si film 54 having a lower resistance. The conductive polycrystalline Si film 54 having a low resistance serves as the low-resistance polycrystalline Si 33 of the heating resistor portion 31 or the gate electrode 34 of the MOS transistor. Subsequently, in the step shown in FIG. 3B, the heating resistor portion 31 and the gate electrode 34 of the MOS transistor are patterned (processed) by photolithography and dry etching using a fluorine-based gas. The heating resistor portion 31 is composed of high-resistance polycrystalline Si32 and low-resistance polycrystalline Si33.
[0030]
Thereafter, in the step shown in FIG. 3C, the source / drain diffusion layer 35 of the MOS transistor is formed by the ion implantation method of the criterion and the subsequent heat treatment. Subsequently, in a step shown in FIG. 3D, a first interlayer insulating film 55 is formed. Here, as the first interlayer insulating film 55, a film obtained by performing a heat treatment for planarization on a borophosphosilicate glass (BPSG) film deposited to a thickness of about 600 nm by a CVD method is used. FIG. 6 shows a planar layout at this stage. The heating resistor 31, the driving element 21, and the logic circuit area 44 as the respective components are individually formed. The gate electrode 34 of the driving element 21 is connected to the logic circuit region 44 by a conductive polycrystalline Si film 54.
[0031]
Subsequently, in a step shown in FIG. 3E, a contact hole 37 serving as an electrical connection port of each element is formed by a photolithography method and a dry etching method using a fluorine-based gas. FIG. 7 shows a planar layout at this stage. In the conductive polycrystalline Si film 54 extending from the gate electrode 34 of the driving element 21, a contact hole for connecting to a logic circuit is formed in the logic circuit region 44.
[0032]
Subsequently, in a step shown in FIG. 4A, a first metal wiring layer 56 is formed. Here, an Al-1% Si film having a thickness of about 1 μm deposited by a sputtering method is used as the first metal wiring layer 56, and patterning is performed by a photolithography method and a dry etching method using a chlorine-based gas. Fine wiring can be formed by using a dry etching method, and higher definition can be achieved as compared with a wet etching method. Further, in FIG. 4A and thereafter, the first metal wiring layer 56 after this patterning is shown as a folded wiring 57, an individual electrode 58, and a metal wiring 59 for each function. The plane layout at this stage is as shown in FIG. As shown in FIG. 8, the return wiring 57 is routed back from the low-resistance polycrystalline Si 33 on the nozzle side of the heating resistor section 31 to the space between the adjacent heating resistor sections 31. The individual electrode 58 connects the low-resistance polycrystalline Si 33 on the other side of the heating resistor section 31 to one end of the driving element 21. The metal wiring 59 electrically connects the other end of the driving element 21.
[0033]
Subsequently, in a step shown in FIG. 4B, a second interlayer insulating film 60 for electrically insulating between the first metal wiring layer 56 and a second metal wiring layer 62 described later is formed. Here, an approximately 700 nm Si oxide film formed by a plasma CVD method using a silane-based gas is used as the second interlayer insulating film 60.
[0034]
Subsequently, in a step shown in FIG. 4C, a so-called VIA opening 61 serving as a connection port between the first metal wiring layer 56 and the second metal wiring layer 62 is formed by photolithography and dry etching using a fluorine-based gas. Open at FIG. 9 shows a planar layout at this stage. An opening is provided above the metal wiring 59 connected to the end of the folded wiring layer 57 and the other end of the drive element 21.
[0035]
Next, in a step shown in FIG. 4D, a second metal wiring layer 62 is formed. Here, as the second metal wiring layer 62, an Al-1% Si film deposited by about 1 μm by a sputtering method was used, and patterning was performed by a photolithography method and a dry etching method using a chlorine-based gas. 4D and thereafter, the second metal wiring layer 62 is shown as a power supply wiring 63 and a ground electrode wiring 64 for each function. FIG. 10 shows a planar layout at this stage. The return wiring 57 and the metal wiring 59 of the driving element 21 are connected to the power supply wiring 63 and the ground electrode wiring 64 formed in the second metal wiring layer 62 via the VIA opening 61, respectively. As shown in FIG. 10, since the power supply wiring 63 and the ground electrode wiring 64 can be formed widely, the resistance of these wirings can be sufficiently reduced. Therefore, under practical driving conditions, the voltage drop in the power supply wiring 63 and the ground electrode wiring 64 can be suppressed to a level that can be almost ignored. Note that the second metal wiring layer 62 is also formed at the portion of the bonding pad 39, and the strength of this portion is increased.
[0036]
Subsequently, in a step shown in FIG. 5A, an insulating film on the heating resistor portion 31, that is, a two-layer film of a first interlayer insulating film 55 and a second interlayer insulating film 60 is formed by photolithography and fluorine. The heater pits 8 are formed by removal by a dry etching method using a system gas. Here, in order to remove a film having a different two-layer structure, that is, the first interlayer insulating film 55 and the second interlayer insulating film 60, a so-called undercut occurs in a wet etching method conventionally used for processing a heater pit. Therefore, it is difficult to control the shape unless both etching rates are adjusted with high accuracy. On the other hand, in the processing by the dry etching method, the processing can be performed almost vertically regardless of the film type, and therefore, there is an advantage that a film having a two-layer structure can be processed with good shape control.
[0037]
Subsequently, in a step shown in FIG. 5B, a liquid-resistant layer 40 is formed. As the liquid resistant layer 40, a Si nitride film and a Ta film can be used. The Si nitride film can be formed by a plasma CVD method using an ammonia-based gas, and a Ta film can be formed thereon by a sputtering method. These two-layer films are patterned by a photolithography method and a plasma etching method using a fluorine-based gas. The liquid-resistant layer 40 is formed so as to cover the concave portion of the heater pit 8.
[0038]
Subsequently, in a step shown in FIG. 5C, a surface protection film 41 for protecting the device surface on which the second metal wiring layer 62 and the like are formed is formed. As the surface protection film 41, a phosphosilicate glass (PSG) film formed by a CVD method can be used, and patterning can be performed by a photolithography method and a wet etching method using a hydrofluoric acid solution. Finally, in a step shown in FIG. 5D, a resin layer 42 for protecting the device from a liquid is formed. Here, photosensitive polyimide was used as the resin layer 42, and the heater pit 8 was opened by exposure and development. Thus, the manufacture of the heater substrate 3 is completed.
[0039]
On the other hand, the flow path substrate 1 is the same as in the related art. For example, a groove serving as a liquid flow path corresponding to the heating resistor portion 31 and a through hole serving as a liquid reservoir and a liquid supply port 45 are formed in a Si substrate. Then, after positioning with the heater substrate 3 manufactured as described above, the bonding is performed. Thus, a liquid jet recording apparatus as shown in FIG. 1 is manufactured.
[0040]
In the liquid jet recording apparatus manufactured as described above, the voltage drop in the power supply wiring 63 and the ground electrode wiring 64 can be made almost negligible as described above. Energy can be supplied, and droplets of almost the same amount can be ejected to perform recording. Therefore, a high-quality image can be obtained.
[0041]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, since the polycrystalline Si used as the gate electrode material of the LSI is used as the heat generating resistor, the heat generating resistor can be formed together with the gate electrode of the LSI. The manufacturing process can be simplified, and the cost can be reduced. In addition, even in such a configuration, the power supply wiring and the ground electrode wiring formed of the second-layer metal wiring can be formed as a wide pattern without deteriorating the LSI device characteristics. It is possible to suppress the descent and make the amount of the liquid droplet ejected by the heat generated by each heat generating resistor uniform, thereby achieving high image quality. Further, since the folded electrode wiring and the heater pit are processed by the RIE method such as the dry etching, the shapes can be formed accurately, and there is an effect that miniaturization is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a liquid jet recording apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a process diagram showing an example of a manufacturing process of the liquid jet recording apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a process diagram (continued) illustrating an example of a manufacturing process in the embodiment of the liquid jet recording apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a process diagram (continued) illustrating an example of a manufacturing process according to the embodiment of the liquid jet recording apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a process diagram (continued) illustrating an example of a manufacturing process in the embodiment of the liquid jet recording apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a plan layout diagram after forming polycrystalline Si in an example of a manufacturing process of the liquid jet recording apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan layout view after forming a contact hole in an example of a manufacturing process of the liquid jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a plan layout view after forming a first metal wiring layer in an example of a manufacturing process of the liquid jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan layout view after a VIA opening is formed in an example of a manufacturing process of the liquid jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a plan layout view after forming a second metal wiring layer in an example of a manufacturing process of the liquid jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram of an example of a liquid ejection process in a thermal type liquid ejection recording apparatus.
FIG. 12 is a plan view schematically showing an electric circuit including a heating resistor formed on a heater substrate in a conventional thermal type liquid jet recording apparatus.
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an example of a manufacturing process of a conventional liquid jet recording apparatus when polycrystalline Si is used as a material of a heating resistor.
FIG. 14 is a cross-sectional view (continued) illustrating an example of a manufacturing process of a conventional liquid jet recording apparatus in the case where polycrystalline Si is used as a material of a heating resistor.
FIG. 15 is a plan view showing an example of a manufacturing process of a conventional liquid jet recording apparatus in a case where polycrystalline Si is used as a material of a heating resistor, after forming polycrystalline Si.
FIG. 16 is a plan view after forming a contact hole, showing an example of a manufacturing process of a conventional liquid jet recording apparatus when polycrystalline Si is used as a material of a heating resistor.
FIG. 17 is a plan view after forming a metal wiring layer showing an example of a manufacturing process of a conventional liquid jet recording apparatus when polycrystalline Si is used as a material of a heating resistor.
FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional liquid jet recording apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flow path board, 2 ... Liquid flow path, 3 ... Heater board, 4 ... Individual electrode, 5 ... Common electrode, 6 ... Heating resistor, 7 ... Resin layer, 8 ... Heater pit, 9 ... Nozzle, 10 ... Liquid , 11 ... bubble, 12 ... droplet, 21 ... drive element, 22 ... ground electrode, 31 ... heating resistor part, 32 ... high resistance polycrystalline Si, 33 ... low resistance polycrystalline Si, 34 ... gate electrode, 35 ... Source / drain diffusion layers, 36 interlayer insulating films, 37 contact holes, 38 metal wiring layers, 39 bonding pads, 40 liquid resistant layers, 41 surface protective films, 42 resin layers, 43 field oxide films 44, a logic circuit region, 45, a liquid supply port, 51, a gate oxide film, 52, a polycrystalline Si thin film, 53, 54, a conductive polycrystalline Si film, 55, a first interlayer insulating film, 56, a first Metal wiring layer, 57 ... folded wiring, 58 ... Another electrode, 59 ... metal wiring, 60: second interlayer insulating film, 61 ... VIA opening, 62 ... second metal wiring layer, 63 ... power supply wiring, 64 ... ground electrode wiring.

Claims

A heating resistor is formed in a row on a substrate, and the heating resistor is formed in a step of forming a driving element for driving the heating resistor. Further, a first interlayer insulating layer, a first metal A wiring layer, a second interlayer insulating layer, and a second metal wiring layer are stacked in this order, and the first metal wiring layer is formed with a folded wiring, an individual electrode, and a metal wiring by patterning, and In the metal wiring layer, a power supply wiring and a ground electrode wiring are formed by patterning, and the first metal wiring is formed at one end of the heating resistor through a through hole opened in the first interlayer insulating layer. The first metal wiring layer is connected to the return wiring of the layer and the return wiring of the first metal wiring layer is turned back through the space between the adjacent heat generating resistors, and is passed through the through hole opened in the second interlayer insulating film. Second metal The other end of the heating resistor is connected to an individual electrode of the first metal wiring layer through a through hole opened in the first interlayer insulating layer. And one end of the drive element is connected to the individual electrode of the first metal wiring layer through a through hole opened in the first interlayer insulating layer, and the other end of the drive element is connected to the first interlayer. The metal wiring of the first metal wiring layer connected through a through hole opened in an insulating layer is formed in the second metal wiring layer through a through hole opened in the second interlayer insulating layer. A liquid jet recording apparatus connected to the ground electrode wiring.

2. The liquid jet recording apparatus according to claim 1, wherein the heating resistor is made of polycrystalline Si.

After forming the heating resistors in a row in a step of forming a driving device for driving the heating resistor on the substrate, a first interlayer insulating film is formed, and both ends of the heating resistor and the driving device are formed. A through hole serving as a connection port is formed at the connection end of the first interlayer insulating film, and is connected to one end of the heating resistor via a through hole opened in the first interlayer insulating layer. And the other end of the heating resistor, which is folded back through the adjacent heating resistor, is connected to the other end of the heating resistor via a through hole opened in the first interlayer insulating layer, and is connected to the first interlayer. An individual electrode connected to one end of the driving element via a through hole opened in an insulating layer, and a metal connected to the other end of the driving element via a through hole opened in the first interlayer insulating layer At least form wiring Forming a first metal wiring layer, subsequently forming a second interlayer insulating film, and connecting a second metal wiring layer on the end of the folded wiring of the first metal wiring layer and on the metal wiring; And a power supply wiring connected to an end of the folded wiring of the first metal wiring layer via a through hole opened in the second interlayer insulating film, and the first metal. Forming a second metal wiring layer including a ground electrode wiring connected to the metal wiring of the wiring layer via a through hole opened in the second interlayer insulating layer, and then using photolithography and dry etching; Forming a heater portion by opening the heating resistor, forming a liquid-resistant layer on the heater portion, and sequentially forming a protective film and a resin film of the second metal wiring layer. Liquid jet recording equipment The method of production.

The method according to claim 3, wherein polycrystalline Si is used as the heating resistor.