JP7191669B2 - 液体吐出ヘッド用基板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液体吐出ヘッド用基板およびその製造方法に関する。
インクジェット記録装置等の液体吐出装置は、液体を吐出する液体吐出ヘッドを有する。液体吐出ヘッドは、一般的に、基板と、基板上の液体を吐出するエネルギーを発生する液体吐出素子と、オリフィスプレートとを有し、該オリフィスプレートには、液体を吐出する液体吐出口が形成される。また、液体吐出ヘッドには、液体吐出素子を駆動するための電気的な接続を行う外部接続電極（以下、「電極パッド」ともいう）が設けられており、リードやワイヤー等の実装部品を用いて電気接続を実施する。
特許文献１に開示されるように、基板上の電極パッドは、金で形成された形態が一般的である。また、単純に電極を形成するだけでなく、電気信頼性を高めるために、電極パッドを樹脂部材で保護した形態が提案されている。具体的に、特許文献１では、オリフィスプレートと基板との密着性を向上させる樹脂製の密着向上層をスピンコート塗布することにより、電極パッドを保護している。
インクジェット記録装置は、近年の高画質化により液体吐出の小滴化が益々進み、それに伴ってオリフィスプレートの高さが低くなり、要求される平坦性の精度も高くなっている。そのため、液体吐出装置は、基板の平坦化、オリフィスプレートの薄化、密着向上層を用いない製法に進化している。
オリフィスプレートの薄化が進むと、要求される平坦化精度の観点から、樹脂製の密着向上層のスピンコート塗布は極少量にせざるを得ず、特許文献１に開示されるような樹脂製の密着向上層による電極パッドの保護は困難になる。また、そもそも密着向上層を用いない製法においては、密着向上層を用いた電極パッドの保護は行うことはできない。
従来の電極パッドは、バリアメタル層の端部が露出しているため、密着向上層による保護が行えない場合、製造工程中のレジスト現像やレジスト剥離等の様々なウエット処理によるサイドエッチングに耐え得る工程の設定が必要である。そのため、製造工程中のウエット処理によるサイドエッチングに対応できる電極パッドが望まれている。
本発明は、電極パッド部のバリアメタル層のサイドエッチングを抑制し、電気信頼性を向上させた液体吐出ヘッド用基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題は、以下の本発明によって解決される。
すなわち本発明は、基板と、該基板上の液体吐出エネルギーを発生する液体吐出素子と、バリアメタル層および該バリアメタル層上のボンディング層を備え、前記液体吐出素子に電気的に接続された電極パッドと、を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、前記液体吐出素子に電力を供給する第１の配線層を形成する工程と、前記第１の配線層に接するように、前記第１の配線層上に前記バリアメタル層を形成する工程と、前記バリアメタル層の端部側面を、カーボンを含むシリコン系膜により被覆する工程と、を有し、前記被覆する工程を、前記バリアメタル層の形成後に、前記カーボンを含むシリコン系膜により少なくとも前記バリアメタル層を被覆するように行い、前記被覆したカーボンを含むシリコン系膜の一部を除去して、前記バリアメタル層の上面の一部を露出させる工程と、前記露出したバリアメタル層の上面に、前記バリアメタル層上の前記カーボンを含むシリコン系膜上に延在して前記ボンディング層を形成する工程と、をさらに有することを特徴とする、液体吐出ヘッド用基板の製造方法である。
本発明によれば、電極パッド部のバリアメタル層のサイドエッチングを抑制し、電気信頼性を向上させた液体吐出ヘッド用基板が得られる。
以下、液体吐出ヘッドの一例として、インクジェット記録ヘッドを例示して説明を行う。
図１は、本発明のインクジェット記録ヘッド用基板の斜視図である。図１では、液体吐出口００６を上向きに示している。なお、特に説明のない限り、本明細書における「上」とは、液体吐出口００６の側を称する。インクジェット記録ヘッド用基板は、液体吐出エネルギーを発生する液体吐出素子００３（本実施形態では電気熱変換素子（ヒータ））を備えた基板００１と、液体吐出口００６が形成されたオリフィスプレート００５とを有している。このインクジェット記録ヘッドにおいては、基板００１に形成された液体供給口００７から流路００４にインクが供給される。そして、液体吐出素子００３から発生したエネルギーによってインクが液体吐出口００６から吐出され、記録媒体にインクが着弾して印字が行われる。インクジェット記録ヘッド用基板には、液体吐出素子００３を駆動するために、液体吐出素子００３に電気的に接続された電極パッド００２が設けられており、該電極パッドにリード配線を実装することによって、インクジェット記録ヘッドが得られる。
図１は、本発明のインクジェット記録ヘッド用基板の斜視図である。図１では、液体吐出口００６を上向きに示している。なお、特に説明のない限り、本明細書における「上」とは、液体吐出口００６の側を称する。インクジェット記録ヘッド用基板は、液体吐出エネルギーを発生する液体吐出素子００３（本実施形態では電気熱変換素子（ヒータ））を備えた基板００１と、液体吐出口００６が形成されたオリフィスプレート００５とを有している。このインクジェット記録ヘッドにおいては、基板００１に形成された液体供給口００７から流路００４にインクが供給される。そして、液体吐出素子００３から発生したエネルギーによってインクが液体吐出口００６から吐出され、記録媒体にインクが着弾して印字が行われる。インクジェット記録ヘッド用基板には、液体吐出素子００３を駆動するために、液体吐出素子００３に電気的に接続された電極パッド００２が設けられており、該電極パッドにリード配線を実装することによって、インクジェット記録ヘッドが得られる。
以下、実施形態を掲げて本発明のインクジェット記録ヘッド用基板およびその製造方法を説明するが、本発明は、これらの実施形態のみに限定されるものではない。
［第１の実施形態］
以下、図２を参照して、本実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板およびその製造方法を説明する。なお、図２は、模式的な断面図であり、電極パッドと液体吐出素子との位置関係および方向を限定するものではない。図３～図５についても同様である。
以下、図２を参照して、本実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板およびその製造方法を説明する。なお、図２は、模式的な断面図であり、電極パッドと液体吐出素子との位置関係および方向を限定するものではない。図３～図５についても同様である。
まず、基板００１に設けた絶縁膜層１０上に、液体吐出素子００３の発熱部となる厚さ３０ｎｍ程度のヒータ層１２、ヒータ配線層３３（第１の配線層）となる２００ｎｍ厚のアルミニウム膜を成膜する。さらに、ヒータ層を保護するヒータ保護膜層２２となる２００ｎｍ厚のＳｉＮ膜を成膜する。基板００１としては、例えば、シリコン基板を用いることができる。絶縁膜層１０に用いる材料は、絶縁できる材料であれば特に限定されるものではなく、例えばＳｉＯ2やＳｉＮ等のシリコン系材料を用いることができる。ヒータ層１２に用いる材料としては、例えばハフニウムボライド、窒化タンタル、タンタル窒化シリコン等を挙げることができる。ヒータ配線層３３に用いる材料としては、例えばアルミニウム、Ａｌ－Ｓｉ、Ａｌ－Ｃｕ、銅等を挙げることができる。ヒータ保護膜層２２に用いる材料としては、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン等を挙げることができる。次いで、フォトリソグラフィーによりパターニングを実施して、図２（ａ）に示す形態となる。なお、ヒータ保護膜層２２はスルーホール２２ａを有しており、次層との電気的な接続を可能にしている。このように、本実施形態においては、発熱部となるヒータ層が第１の配線層の下層に延在してなり、該発熱部は、第１の配線層で覆われていない領域に形成される。すなわち、第１の配線層を介して液体吐出素子００３に電力が供給されて、ヒータである液体吐出素子００３が発熱する。また、発熱部のヒータ層上および第１の配線層上にヒータ保護膜層が形成される。
次に、配線層１３（第２の配線層）となる２００ｎｍ厚のアルミニウム膜と、バリアメタル層１４となる２００ｎｍ厚のチタンタングステン膜と、ボンディング層１５となる２００ｎｍ厚の金膜とを、連続でスパッタリング成膜する。すなわち、配線層１３は、積層方向におけるヒータ配線層３３とバリアメタル層１４との間に設けられ、ヒータ配線層３３とバリアメタル層１４とを電気的に接続する。配線層１３に用いる材料としては、例えばアルミニウム、Ａｌ－Ｓｉ、Ａｌ－Ｃｕ、銅等を挙げることができる。本実施形態において、ヒータ配線層３３と配線層１３とは、独立した層から構成されていれば、同一の材料を用いて構成されていても異なる材料を用いて構成されていてもよい。バリアメタル層１４を構成する材料は、チタン系金属またはタンタル系金属であることが好ましい。具体的には、チタンタングステン、窒化チタン、窒化タンタル等が挙げられる。ボンディング層１５を構成する材料としては、金、ニッケル、銅等を挙げることができるが、ボンディング性の観点から、金が好ましい。次いで、フォトリソグラフィーによるレジストワークを実施し、ＲＩＥ法によるボンディング層１５、バリアメタル層１４および配線層１３の連続エッチングによってパターニングを行う（図２（ｂ））。
ボンディング層の形成後、全面にカーボンを含むシリコン系膜層２１となる５００ｎｍ厚のＳｉＣＮ膜を、１５０℃の低温プラズマＣＶＤで成膜する。カーボンを含むシリコン系膜層を構成するカーボンを含むシリコン系膜は、耐アルカリ性を有するＳｉＣＮ膜またはＳｉＣ膜であることが好ましい。また、カーボンを含むシリコン系膜の成膜温度は、ボンディング層を構成する材料の粒界が成長する温度未満であることが好ましく、２００℃以下であることがより好ましく、１５０℃以下であることがさらに好ましい。なお、本実施形態において、カーボンを含むシリコン系膜層２１は、ボンディング層１５を十分に被覆して保護できる膜厚とする（図２（ｃ））。
次に、フォトリソグラフィーにより、前記被覆したカーボンを含むシリコン系膜の一部を除去して、ボンディング層の上面の一部を露出させる。これにより、カーボンを含むシリコン系膜層２１に開口部２１ａを形成して、第２の配線層１３とバリアメタル層１４とボンディング層１５とを備える電極パッド００２が完成する。該電極パッドにおいて、バリアメタル層の端部側面は、露出部を形成しないように、第２の配線層とボンディング層を含めてカーボンを含むシリコン系膜により被覆されている。このとき同時に、少なくとも液体吐出素子００３の発熱部上の不要なカーボンを含むシリコン系膜も除去される（図２（ｄ））。
本実施形態では、液体吐出口を高精度に形成するために、高精度に形成した薄膜ドライフィルムを基板００１上にテンティング接合する。そして、該薄膜ドライフィルムをフォトリソグラフィーによってパターニングすることにより、膜厚５μｍのオリフィスプレート（吐出口形成部材）および液体吐出口を形成する。このように、本実施形態では、従来は一般的であったスピンコート塗布による密着向上層を設けなくてもよい。
液体供給口に関しても、高精度に形成するため、基板をドライエッチングする方法を用いる。具体的には、基板００１に対して、エッチングガスとしてＳＦ6およびＣ4Ｆ8を用いて、エッチングと成膜を交互に行うＤｅｅｐ－ＲＩＥ法によりエッチングを行い、液体供給口を形成する。ドライエッチングの副生成物として得られるエッチング保護膜は、ヒドロキシアミンを含むポリマー除去液（レジスト剥離液）を用いて除去することができる。
以上によって、基板００１内に、液体供給口００７から液体吐出口００６に連通するインクの通り道が形成されたインクジェット記録ヘッド用基板が得られる。また、電極パッド００２からリード配線を実装することにより、インクジェット記録ヘッドの電気回路が完成する。
本実施形態において、基板表面（ヒータ保護膜層２２表面）から電極パッド部のボンディング層１５の端部上面の一部にかけては、カーボンを含むシリコン系膜であるＳｉＣＮ膜により被覆されている。そして、このＳｉＣＮ膜により、バリアメタル層１４の端部側面は露出部がない状態で保護されている。ＳｉＣＮ膜は、耐アルカリ性が高いことから、ヒドロキシアミンを含むポリマー除去液に対して耐性を有している。そのため、インクジェット記録ヘッド用基板の製造工程において、バリアメタル層を構成するチタンタングステン膜が、サイドエッチングにより溶解することを抑制することができる。また、バリアメタル層の端部が、耐アルカリ性の高いＳｉＣＮ膜に被覆され保護されている。そのため、製造工程中のサイドエッチングを抑えることに加え、インクジェット記録ヘッドの完成後において、記録に用いるインクに対しても耐性が向上し、インクジェット記録ヘッド全体の信頼性が向上する。
また、本実施形態では、カーボンを含むシリコン系膜層２１の成膜はボンディング層１５となる金膜の成膜後に実施しているものの、金膜の粒界が成長する２００℃前後未満の低温で成膜を行っている。そのため、ボンディング層のボンディング性が変化または低下することを抑制することができる。
本実施形態において、電極パッド００２を構成する膜層は、液体吐出素子００３を構成する膜層と層的に独立である。すなわち、電極パッド００２の配線層１３（第２の配線層）は、液体吐出素子００３のヒータ配線層３３（第１の配線層）とスルーホール２２ａを介して電気的に接続されているものの、同一層では接続されていない。仮に、液体吐出素子内部のヒータ層および配線層にインクが侵入し腐食が発生する場合、インク侵入による腐食は、最初に同一面上の膜層を伝わって広がりやすい。一方、スルーホール部は開口部の面積が小さく、上下に段差があることから、同一面内の膜層の腐食の進行より遅れて、スルーホール部から上下の配線層に腐食が広がっていく。このことから、同一面上の膜層よりも、層的に独立した構成（複数の配線層を積層する構成）の方が、腐食の進行に対して有利な構成となっている。したがって、本実施形態のように、電極パッド００２を構成する膜層と液体吐出素子００３を構成する膜層とを独立した層から構成することによって、インクジェット記録ヘッドの電極パッド部の信頼性をより高くできる効果が得られる。
［第２の実施形態］
以下、図３を参照して、本実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板およびその製造方法を説明する。なお、基板や、絶縁膜層、ヒータ層、配線層等の液体吐出ヘッド用基板を構成する層に用いる材料について、特に記載のない場合には、第１の実施形態において例示したものと同じ材料を用いることができる。
以下、図３を参照して、本実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板およびその製造方法を説明する。なお、基板や、絶縁膜層、ヒータ層、配線層等の液体吐出ヘッド用基板を構成する層に用いる材料について、特に記載のない場合には、第１の実施形態において例示したものと同じ材料を用いることができる。
まず、基板００１に設けた絶縁膜層１０上に、液体吐出素子００３の発熱部となる厚さ３０ｎｍ程度のヒータ層１２、液体吐出素子に電力を供給する配線層１３（第１の配線層）となる２００ｎｍ厚のアルミニウム膜を成膜する。さらに、ヒータ保護膜層２２となる２００ｎｍ厚のＳｉＮ膜を成膜する。次いで、フォトリソグラフィーによりパターニングを実施して、図３（ａ）に示す形態となる。なお、ヒータ保護膜層２２はスルーホール２２ａを有しており、次層との電気的な接続を可能にしている。このように、本実施形態においては、発熱部となるヒータ層が第１の配線層の下層に延在してなり、該発熱部は、第１の配線層で覆われていない領域に形成される。また、発熱部のヒータ層上および第１の配線層上にヒータ保護膜層が形成される。
次に、バリアメタル層１４となる２００ｎｍ厚のチタンタングステン膜と、ボンディング層１５となる２００ｎｍ厚の金膜とを、連続でスパッタリング成膜する。次いで、フォトリソグラフィーによるレジストワークを実施し、ＲＩＥ法によるボンディング層１５、バリアメタル層１４の連続エッチングによってパターニングを行う（図３（ｂ））。このように、本実施形態において、バリアメタル層１４は、配線層１３に接するように、配線層１３上に形成される。
ボンディング層の形成後、全面にカーボンを含むシリコン系膜層２４となる３００ｎｍ厚のＳｉＣ膜を、１００℃の低温プラズマＣＶＤで成膜する。カーボンを含むシリコン系膜層を構成するカーボンを含むシリコン系膜は、耐アルカリ性を有するＳｉＣＮ膜またはＳｉＣ膜であることが好ましい。また、カーボンを含むシリコン系膜の成膜温度は、ボンディング層を構成する材料の粒界が成長する温度未満であることが好ましく、２００℃以下であることがより好ましく、１５０℃以下であることがさらに好ましい。なお、本実施形態において、カーボンを含むシリコン系膜層２４は、ボンディング層１５を十分に被覆して保護できる膜厚とする。
次に、フォトリソグラフィーにより、前記被覆したカーボンを含むシリコン系膜の一部を除去して、ボンディング層の上面の一部を露出させる。これにより、カーボンを含むシリコン系膜層２４に開口部２４ａを形成して、配線層１３とバリアメタル層１４とボンディング層１５とを備える電極パッド００２が完成する。該電極パッドにおいて、バリアメタル層の端部側面は、露出部を形成しないように、ボンディング層を含めてカーボンを含むシリコン系膜により被覆されている。このとき同時に、少なくとも液体吐出素子００３の発熱部上の不要なカーボンを含むシリコン系膜も除去される（図３（ｃ））。
本実施形態では、液体吐出口を高精度に形成するために、高精度に形成した薄膜ドライフィルムを基板００１上にテンティング接合する。そして、該薄膜ドライフィルムをフォトリソグラフィーによってパターニングすることにより、膜厚５μｍのオリフィスプレートおよび液体吐出口を形成する。このように、本実施形態では、従来は一般的であったスピンコート塗布による密着向上層を設けなくてもよい。
液体供給口に関しても、高精度に形成するため、基板をドライエッチングする方法を用いる。具体的には、基板００１に対して、エッチングガスとしてＳＦ6およびＣ4Ｆ8を用いて、エッチングと成膜を交互に行うＤｅｅｐ－ＲＩＥ法によりエッチングを行い、液体供給口を形成する。ドライエッチングの副生成物として得られるエッチング保護膜は、ヒドロキシアミンを含むポリマー除去液（レジスト剥離液）を用いて除去することができる。
以上によって、基板００１内に、液体供給口００７から液体吐出口００６に連通するインクの通り道が形成されたインクジェット記録ヘッド用基板が得られる。また、電極パッド００２からリード配線を実装することにより、インクジェット記録ヘッドの電気回路が完成する。
本実施形態において、基板表面（ヒータ保護膜層２２表面）から電極パッド部のボンディング層１５の端部上面の一部にかけては、カーボンを含むシリコン系膜であるＳｉＣ膜により被覆されている。そして、このＳｉＣ膜により、バリアメタル層１４の端部側面は露出部がない状態で保護されている。ＳｉＣ膜は、耐アルカリ性が高いことから、ヒドロキシアミンを含むポリマー除去液に対して耐性を有している。そのため、インクジェット記録ヘッド用基板の製造工程において、バリアメタル層を構成するチタンタングステン膜が、サイドエッチングにより溶解することを抑制することができる。また、バリアメタル層の端部が、耐アルカリ性の高いＳｉＣ膜に被覆され保護されている。そのため、製造工程中のサイドエッチングを抑えることに加え、インクジェット記録ヘッドの完成後において、記録に用いるインクに対しても耐性が向上し、インクジェット記録ヘッド全体の信頼性が向上する。
また、本実施形態では、カーボンを含むシリコン系膜層２４の成膜はボンディング層１５となる金膜の成膜後に実施しているものの、金膜の粒界が成長する２００℃前後未満の低温で成膜を行っている。そのため、ボンディング層のボンディング性が変化または低下することを抑制することができる。
本実施形態において、配線層１３は、従来のヒータ保護膜２２により被覆され保護されているため、電気的な絶縁性とヒータ耐久保護性は既に確保されている。その上で、電極パッド部のバリアメタル層１４とボンディング層１５の保護のみを行うカーボンを含むシリコン系膜層２４を形成すればよい。したがって、絶縁性を考慮する必要がないため、ＳｉＣ膜の耐アルカリ性能に着目して、低温成膜ながらも耐アルカリ性能を高めた膜にすることが可能である。これによって、より薄い膜厚でもインクジェット記録ヘッドの電極パッド部の信頼性をより高くできる効果が得られる。
［第３の実施形態］
以下、図４を参照して、本実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板およびその製造方法を説明する。なお、基板や、絶縁膜層、ヒータ層、配線層等の液体吐出ヘッド用基板を構成する層に用いる材料について、特に記載のない場合には、第１の実施形態において例示したものと同じ材料を用いることができる。
以下、図４を参照して、本実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板およびその製造方法を説明する。なお、基板や、絶縁膜層、ヒータ層、配線層等の液体吐出ヘッド用基板を構成する層に用いる材料について、特に記載のない場合には、第１の実施形態において例示したものと同じ材料を用いることができる。
まず、基板００１に設けた絶縁膜層１０上に、液体吐出素子００３の発熱部となる厚さ３０ｎｍ程度のヒータ層１２、液体吐出素子に電力を供給する配線層１３（第１の配線層）となる２００ｎｍ厚のアルミニウム膜を成膜する。さらに、ヒータ保護膜層２２となる２００ｎｍ厚のＳｉＮ膜を成膜する。次いで、フォトリソグラフィーによりパターニングを実施して、図４（ａ）に示す形態となる。なお、ヒータ保護膜層２２はスルーホール２２ａを有しており、次層との電気的な接続を可能にしている。このように、本実施形態においては、発熱部となるヒータ層が第１の配線層の下層に延在してなり、該発熱部は、第１の配線層で覆われていない領域に形成される。また、発熱部のヒータ層上および第１の配線層上にヒータ保護膜層が形成される。
次に、配線層１３に接するように、配線層１３上にバリアメタル層１４となる２００ｎｍ厚のチタンタングステン膜をスパッタリング成膜し、パターニングを行う（図４（ｂ））。
バリアメタル層の形成後、全面にカーボンを含むシリコン系膜層２３となる１５０ｎｍ厚のＳｉＣ膜を、２５０℃の高温プラズマＣＶＤで成膜する。カーボンを含むシリコン系膜層を構成するカーボンを含むシリコン系膜は、耐アルカリ性を有するＳｉＣＮ膜またはＳｉＣ膜であることが好ましい。本実施形態において、カーボンを含むシリコン系膜の成膜温度は特に限定されない。ただし、カーボンを含むシリコン系膜の耐久性の観点から、２５０℃以上であることが好ましい。なお、本実施形態において、カーボンを含むシリコン系膜層２３は、バリアメタル層１４を十分に被覆して保護できる膜厚とする。
次に、フォトリソグラフィーにより、前記被覆したカーボンを含むシリコン系膜の一部を除去して、バリアメタル層の上面の一部を露出させる。これにより、電極パッド００２となるカーボンを含むシリコン系膜層２３の開口部２３ａを形成する。このとき同時に、少なくとも液体吐出素子００３の発熱部上の不要なカーボンを含むシリコン系膜も除去される（図４（ｃ））。
その後、前記露出したバリアメタル層の上面に、バリアメタル層上のカーボンを含むシリコン系膜上に延在してボンディング層１５となる２００ｎｍ厚の金膜をスパッタリング成膜し、パターニングを行う。これにより、配線層１３とバリアメタル層１４とボンディング層１５とを備える電極パッド００２が完成する（図４（ｄ））。該電極パッドにおいて、バリアメタル層の端部側面は、露出部を形成しないように、カーボンを含むシリコン系膜により被覆されている。
本実施形態では、液体吐出口を高精度に形成するために、高精度に形成した薄膜ドライフィルムを基板００１上にテンティング接合する。そして、該薄膜ドライフィルムをフォトリソグラフィーによってパターニングすることにより、膜厚５μｍのオリフィスプレートおよび液体吐出口を形成する。このように、本実施形態では、従来は一般的であったスピンコート塗布による密着向上層を設けなくてもよい。
液体供給口に関しても、高精度に形成するため、基板をドライエッチングする方法を用いる。具体的には、基板００１に対して、エッチングガスとしてＳＦ6およびＣ4Ｆ8を用いて、エッチングと成膜を交互に行うＤｅｅｐ－ＲＩＥ法によりエッチングを行い、液体供給口を形成する。ドライエッチングの副生成物として得られるエッチング保護膜は、ヒドロキシアミンを含むポリマー除去液（レジスト剥離液）を用いて除去することができる。
以上によって、基板００１内に、液体供給口００７から液体吐出口００６に連通するインクの通り道が形成されたインクジェット記録ヘッド用基板が得られる。また、電極パッド００２からリード配線を実装することにより、インクジェット記録ヘッドの電気回路が完成する。
本実施形態において、基板表面（ヒータ保護膜層２２表面）から電極パッド部のバリアメタル層１４の端部上面の一部にかけては、カーボンを含むシリコン系膜であるＳｉＣ膜により被覆されている。そして、このＳｉＣ膜により、バリアメタル層１４の端部側面は露出部がない状態で保護されている。ＳｉＣ膜は、耐アルカリ性が高いことから、ヒドロキシアミンを含むポリマー除去液に対して耐性を有している。そのため、インクジェット記録ヘッド用基板の製造工程において、バリアメタル層を構成するチタンタングステン膜がサイドエッチングにより溶解することを抑制することができる。また、バリアメタル層の端部が、耐アルカリ性が高いＳｉＣ膜に被覆され保護されている。そのため、製造工程中のサイドエッチングを抑えることに加え、インクジェット記録ヘッドの完成後において、記録に用いるインクに対しても耐性が向上し、インクジェット記録ヘッド全体の信頼性が向上する。
本実施形態では、カーボンを含むシリコン系膜層２３の成膜は、ボンディング層１５となる金膜の成膜前に実施している。したがって、金膜の粒界が成長する２００℃前後以上の高温で成膜を行っても、ボンディング層のボンディング性が変化または低下することはない。
本実施形態において、配線層１３は、従来のヒータ保護膜２２により被覆され保護されているため、電気的な絶縁性とヒータ耐久保護性は既に確保されている。その上で、電極パッド部のバリアメタル層１４の保護のみを行うカーボンを含むシリコン系膜層２３を形成すればよい。したがって、絶縁性を考慮する必要がないため、ＳｉＣ膜の耐アルカリ性能に着目して、成膜温度の制約なしに耐アルカリ性能を高めた膜にすることが可能である。これによって、より薄い膜厚でもインクジェット記録ヘッドの電極パッド部の信頼性をより高くできる効果が得られる。
［第４の実施形態］
以下、図５を参照して、本実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板およびその製造方法を説明する。なお、基板や、絶縁膜層、ヒータ層、配線層等の液体吐出ヘッド用基板を構成する層に用いる材料について、特に記載のない場合には、第１の実施形態において例示したものと同じ材料を用いることができる。
以下、図５を参照して、本実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板およびその製造方法を説明する。なお、基板や、絶縁膜層、ヒータ層、配線層等の液体吐出ヘッド用基板を構成する層に用いる材料について、特に記載のない場合には、第１の実施形態において例示したものと同じ材料を用いることができる。
まず、基板００１に設けた絶縁膜層１０上に、以下の層を連続でスパッタリング成膜する（図５（ａ））。すなわち、液体吐出素子００３の発熱部となる厚さ３０ｎｍ程度のヒータ層１２と、配線層１３（第１の配線層）となる２００ｎｍ厚のアルミニウム膜と、バリアメタル層１４となる２００ｎｍ厚のチタンタングステン膜とを、成膜する。このように、本実施形態において、バリアメタル層１４は、液体吐出素子に電力を供給する配線層１３に接するように、配線層１３上に形成される。
次いで、ＲＩＥ法により、ヒータ層１２、配線層１３、およびバリアメタル層１４の連続エッチングを行い、配線パターンを形成する（図５（ｂ））。
次に、過酸化水素を用いたウエットエッチングにより、電極パッド００２となるバリアメタル層１４のパターンを形成する（図５（ｃ））。
続いて、リン酸・硝酸・酢酸混合液を用いたウエットエッチングにより、液体吐出素子００３となる領域の配線層１３を除去し、ヒータ層１２を露出させる（図５（ｄ））。このように、本実施形態においては、発熱部となるヒータ層が第１の配線層の下層に延在してなり、該発熱部は、第１の配線層で覆われていない領域に形成される。
バリアメタル層の形成後、全面にカーボンを含むシリコン系膜層２０となる３００ｎｍ厚のＳｉＣＮ膜を、３００℃の高温プラズマＣＶＤで成膜する。なお、本実施形態において、該ＳｉＣＮ膜は、発熱部のヒータ層に接してヒータ層を被覆する。すなわち、該ＳｉＣＮ膜は、液体吐出素子００３となる領域でヒータ層１２上にも形成されており、液体吐出素子を被覆して保護するヒータ保護膜を兼ねている。カーボンを含むシリコン系膜層を構成するカーボンを含むシリコン系膜は、耐アルカリ性を有するＳｉＣＮ膜またはＳｉＣ膜であることが好ましい。本実施形態において、カーボンを含むシリコン系膜の成膜温度は特に限定されない。ただし、ヒータ保護膜（カーボンを含むシリコン系膜）の耐久性の観点から、２５０℃以上であることがより好ましい。また、液体吐出素子の駆動によるカーボンを含むシリコン系膜表面の到達温度以上であることがさらに好ましく、３００℃以上であることが特に好ましい。なお、カーボンを含むシリコン系膜層２０は、バリアメタル層１４を十分に被覆し保護できる膜厚とする。次いで、フォトリソグラフィーにより、前記被覆したカーボンを含むシリコン系膜の一部を除去して、バリアメタル層の上面の一部を露出させ、電極パッド００２となるカーボンを含むシリコン系膜層２０の開口部２０ａを形成する（図５（ｅ））。この際、ヒータ層に接して被覆されたカーボンを含むシリコン系膜は、ヒータ保護膜層として残る。
その後、前記露出したバリアメタル層の上面に、バリアメタル層上のカーボンを含むシリコン系膜上に延在してボンディング層１５となる２００ｎｍ厚の金膜をスパッタリング成膜し、パターニングを行う。これにより、配線層１３とバリアメタル層１４とボンディング層１５とを備える電極パッド００２が完成する（図５（ｆ））。該電極パッドにおいて、バリアメタル層の端部側面は、露出部を形成しないように、配線層を含めてカーボンを含むシリコン系膜により被覆されている。
本実施形態では、液体吐出口を高精度に形成するために、高精度に形成した薄膜ドライフィルムを基板００１上にテンティング接合する。そして、該薄膜ドライフィルムをフォトリソグラフィーによってパターニングすることにより、膜厚５μｍのオリフィスプレートおよび液体吐出口を形成する。このように、本実施形態では、従来は一般的であったスピンコート塗布によるノズル密着向上層を設けなくてもよい。
液体供給口に関しても、高精度に形成するため、基板をドライエッチングする方法を用いる。具体的には、基板００１に対して、エッチングガスとしてＳＦ6およびＣ4Ｆ8を用いて、エッチングと成膜を交互に行うＤｅｅｐ－ＲＩＥ法によりエッチングを行い、液体供給口を形成する。ドライエッチングの副生成物として得られるエッチング保護膜は、ヒドロキシアミンを含むポリマー除去液（レジスト剥離液）を用いて除去することができる。
以上によって、基板００１内に、液体供給口００７から液体吐出口００６に連通するインクの通り道が形成されたインクジェット記録ヘッド用基板が得られる。また、電極パッド００２からリード配線を実装することにより、インクジェット記録ヘッドの電気回路が完成する。
本実施形態において、基板表面から電極パッド部のバリアメタル層１４の端部上面の一部にかけては、カーボンを含むシリコン系膜であるＳｉＣＮ膜により被覆され、バリアメタル層１４の端部側面は、露出部がない状態で保護されている。ＳｉＣＮ膜は、耐アルカリ性が高いことから、ヒドロキシアミンを含むポリマー除去液に対して耐性を有している。そのため、インクジェット記録ヘッド用基板の製造工程において、バリアメタル層を構成するチタンタングステン膜がサイドエッチングにより溶解することを抑制することができる。また、バリアメタル層の端部が、耐アルカリ性が高いＳｉＣＮ膜に被覆されて保護されている。そのため、製造工程中のサイドエッチングを抑えることに加え、インクジェット記録ヘッドの完成後において、記録に用いるインクに対しても耐性が向上し、インクジェット記録ヘッド全体の信頼性が向上する。
本実施形態では、カーボンを含むシリコン系膜層２０の成膜は、ボンディング層１５となる金膜の成膜前に実施している。したがって、金膜の粒界が成長する２００℃前後以上の高温で成膜を行っても、ボンディング層のボンディング性が変化または低下することはない。そのため、本実施形態では、成膜温度の制約なしにカーボンを含むシリコン系膜層２０となるＳｉＣＮ膜を成膜することが可能である。これにより、両立の難しい、電気的な絶縁性とヒータ耐久保護性とバリアメタル層の保護性とを兼ねることが可能になる。特に、液体吐出素子００３は、瞬間的に３００℃以上の高温になることから、３００℃以上の高温でカーボンを含むシリコン系膜を成膜することが、ヒータ保護膜の耐久性の観点から特に好ましい。
本実施形態において、カーボンを含むシリコン系膜は、ヒータ層の露出する上面を保護するヒータ保護膜を兼ねている。すなわち、ヒータ部と電極パッド部を同一のカーボンを含むシリコン系膜により保護することができる。そのため、本実施形態では、製造工程を簡素化し、安価にインクジェット記録ヘッドの電極パッド部の信頼性をより高めることができる効果が得られる。
００１ 基板
００２ 電極パッド
００３ 液体吐出素子
００４ 流路
００５ オリフィスプレート（吐出口形成部材）
００６ 液体吐出口
００７ 液体供給口
１０ 絶縁膜層
１２ ヒータ層
１３ 配線層
１４ バリアメタル（拡散防止）層
１５ ボンディング層
２０ カーボンを含むシリコン系膜層（高温ＳｉＣＮ膜）
２１ カーボンを含むシリコン系膜層（低温ＳｉＣＮ膜）
２２ ヒータ保護膜層
２３ カーボンを含むシリコン系膜層（高温ＳｉＣ膜）
２４ カーボンを含むシリコン系膜層（低温ＳｉＣ膜）
３３ ヒータ配線層
００２ 電極パッド
００３ 液体吐出素子
００４ 流路
００５ オリフィスプレート（吐出口形成部材）
００６ 液体吐出口
００７ 液体供給口
１０ 絶縁膜層
１２ ヒータ層
１３ 配線層
１４ バリアメタル（拡散防止）層
１５ ボンディング層
２０ カーボンを含むシリコン系膜層（高温ＳｉＣＮ膜）
２１ カーボンを含むシリコン系膜層（低温ＳｉＣＮ膜）
２２ ヒータ保護膜層
２３ カーボンを含むシリコン系膜層（高温ＳｉＣ膜）
２４ カーボンを含むシリコン系膜層（低温ＳｉＣ膜）
３３ ヒータ配線層
Claims (5)
- 基板と、該基板上の液体吐出エネルギーを発生する液体吐出素子と、バリアメタル層および該バリアメタル層上のボンディング層を備え、前記液体吐出素子に電気的に接続された電極パッドと、を有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
前記液体吐出素子に電力を供給する第１の配線層を形成する工程と、
前記第１の配線層に接するように、前記第１の配線層上に前記バリアメタル層を形成する工程と、
前記バリアメタル層の端部側面を、カーボンを含むシリコン系膜により被覆する工程と、を有し、
前記被覆する工程を、前記バリアメタル層の形成後に、前記カーボンを含むシリコン系膜により少なくとも前記バリアメタル層を被覆するように行い、
前記被覆したカーボンを含むシリコン系膜の一部を除去して、前記バリアメタル層の上面の一部を露出させる工程と、
前記露出したバリアメタル層の上面に、前記バリアメタル層上の前記カーボンを含むシリコン系膜上に延在して前記ボンディング層を形成する工程と、
をさらに有することを特徴とする、液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 - 前記液体吐出素子は電気熱変換素子であり、
前記被覆する工程では、前記カーボンを含むシリコン系膜の一部により前記電気熱変換素子を被覆する保護膜を形成する、請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 - 前記被覆する工程では、前記カーボンを含むシリコン系膜を２５０℃以上で成膜する、請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
- 前記被覆する工程では、前記カーボンを含むシリコン系膜を、前記液体吐出素子の駆動によるカーボンを含むシリコン系膜表面の到達温度以上で成膜する、請求項２に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
- 前記被覆する工程では、前記カーボンを含むシリコン系膜を３００℃以上で成膜する、請求項２に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
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