JP7344669B2 - 素子基板、液体吐出ヘッド、及び記録装置 - Google Patents

Description

本発明は素子基板、液体吐出ヘッド、及び記録装置に関し、特に、例えば、インクによる溶解を抑制した素子基板を組み込んだ液体吐出ヘッドをインクジェット方式に従って記録を行うために記録ヘッドとして適用した記録装置に関する。

インクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）は、種々の方式により吐出するインク滴を形成するものが知られている。その中でも、インク吐出のためにヒータからの熱を利用する方式を用いた記録ヘッドは、高密度のマルチノズル化を比較的容易に実現でき、高解像度かつ高画質での高速な記録が可能である。

さて、記録を行うために複数のヒータを同時駆動する場合、同時駆動するヒータの数によって配線による電圧降下が異なり、ヒータに供給されるエネルギーが同時駆動数によって変動し吐出安定性が低下することが知られている。これを解決するため、特許文献１に記載の記録ヘッドは、電圧降下の原因となる配線の抵抗を下げることを目的に、ヒータに接続される配線層を厚くし、さらに幅をできるだけ太くした共通配線を用いている。

特開２０１６－１３７７０５号公報

記録ヘッドでは、ノイズなどの異常パルスの発生でヒータに過電流が流れ、素子基板のヒータの予期せぬ断線が発生することがある。素子基板のヒータ周辺はインクに露出しているため、ヒータ断線時にはヒータに接続される配線がインクに曝されるが、他の正常なヒータを駆動するためには共通配線に電圧を供給することとなる。その結果、ヒータが断線した部分を起点に、配線の電蝕が起こる。この状態が続くと電蝕が断線したヒータに隣接する他のヒータの配線にまで及び、断線したヒータを起点に集団的にヒータが機能しなくなる恐れがある。近年、断線したヒータを検知して他の正常なヒータで記録を補完する技術が導入されている記録ヘッドもあるが、配線素子の電蝕が素子基板内部で広がると、他の正常なヒータによる記録補完も困難になり、その結果、画質が低下する。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、ヒータに接続される配線の電蝕が広がることを抑えることが可能な素子基板、液体吐出ヘッド、及び記録装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の素子基板は次のような構成からなる。

即ち、複数のヒータが形成されるヒータ層と、該複数のヒータに外部から電圧を供給する第１の共通配線が形成される第１の配線層とを含む多層構造の素子基板であって、前記第１の配線層に形成され前記複数のヒータそれぞれを個別に接続する個別配線と、前記ヒータ層と前記第１の配線層との間に設けられ、前記第１の配線層を覆う第１の絶縁層を貫通する第１のスルーホールの内部を満たす第１の導電プラグと、前記第１の配線層の下層に形成され、前記第１の配線層と接続された複数の第２の配線層と、前記第１の配線層と前記第２の配線層との間に設けられ、前記第２の配線層を覆う第２の絶縁層を貫通する第２のスルーホールの内部を満たす第２の導電プラグとを有し、前記複数のヒータそれぞれは前記第１の導電プラグを介して前記個別配線に接続され、前記個別配線は前記第２の導電プラグと前記第２の配線層の配線とを経て前記第１の共通配線に接続され、前記第２のスルーホールのアスペクト比は前記第１のスルーホールのアスペクト比よりも小さいことを特徴とする。

また本発明を別の側面から見れば、上記構成の素子基板を用いた液体吐出ヘッドであって、液体を吐出する複数の吐出口を有することを特徴とする液体吐出ヘッドである。

さらに本発明を別の側面から見れば、前記液体をインクとし、該インクを吐出する記録ヘッドとして用い、記録媒体に記録を行う記録装置であって、前記複数のヒータは前記インクに接し、前記複数のヒータを駆動することで、吐出口よりインクを吐出することを特徴とする記録装置である。

本発明によれば、ヒータから共通配線への接続は各ヒータの個別配線を経てなされる。従って、仮にその個別配線が断線したとしても、その断線によって生じる共通配線への電蝕の拡がりを抑制することができる。

本発明の代表的な実施例である記録ヘッドを備えた記録装置の構成概略を示す斜視図である。 図１に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。 記録ヘッドに実装される素子基板（ヘッド基板）のレイアウト構成を示す図である。 図３に示した素子基板のＸ部の拡大図である。 １つのヒータを駆動する駆動回路の等価回路を示す図である。 比較例としての素子基板の多層構造を示す断面図である。 ２つのヒータの配線の様子を示す上面図である。 ３つのスルーホールの構造を示す断面図である。 ヒータが断線した状態を模式的に示す多層構造の素子基板の断面図である。 溶解の進行したスルーホール３４０の様子を模式的に示す図である。 溶解の進行したＶＨ共通配線の様子を模式的に示す上面図である。 実施例１に従う素子基板の多層構造を示す断面図である。 図１２に示した素子基板に実装される２つのヒータの配線の様子を示す上面図である。 スリット状に形成されたスルーホール３３０を示す上面図である。 図１２に示した素子基板の配線の断線によりプラグが溶解した様子を模式的に示す図である。 実施例２に従う素子基板の多層構造を示す断面図である。 実施例３に従う素子基板の多層構造を示す断面図である。

以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例について、さらに具体的かつ詳細に説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には、複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられても良い。さらに添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

なお、この明細書において、「記録」（「プリント」という場合もある）とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わない。また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。

また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。

さらに、「インク」（「液体」と言う場合もある）とは、上記「記録（プリント）」の定義と同様広く解釈されるべきものである。従って、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理（例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化）に供され得る液体を表すものとする。

またさらに、「ノズル」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。

以下に用いる記録ヘッド用の素子基板（ヘッド基板）とは、シリコン半導体からなる単なる基体を指し示すものではなく、各素子や配線等が設けられた構成を差し示すものである。

さらに、基板上とは、単に素子基板の上を指し示すだけでなく、素子基板の表面、表面近傍の素子基板内部側をも示すものである。また、本発明でいう「作り込み（built-in）」とは、別体の各素子を単に基体表面上に別体として配置することを指し示している言葉ではなく、各素子を半導体回路の製造工程等によって素子板上に一体的に形成、製造することを示すものである。

＜記録装置の概要説明（図１～図２）＞
図１は本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）を用いて記録を行なう記録装置の構成の概要を示す外観斜視図である。

図１に示すように、インクジェット記録装置（以下、記録装置）１はインクジェット方式に従ってインクを吐出して記録を行なうインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）３をキャリッジ２に搭載している。そして、キャリッジ２を矢印Ａ方向に往復移動させて記録を行う。記録紙などの記録媒体Ｐを、給紙機構５を介して給紙し、記録位置まで搬送し、その記録位置において記録ヘッド３から記録媒体Ｐにインクを吐出することで記録を行なう。

記録装置１のキャリッジ２には記録ヘッド３を搭載するのみならず、記録ヘッド３に供給するインクを貯留するインクタンク６を装着する。インクタンク６はキャリッジ２に対して着脱自在になっている。

図１に示した記録装置１はカラー記録が可能であり、そのためにキャリッジ２にはマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のインクを夫々、収容した４つのインクカートリッジを搭載している。これら４つのインクカートリッジは夫々独立に着脱可能である。

この実施例の記録ヘッド３は、熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェット方式を採用している。このため、電気熱変換素子（ヒータ）を備えている。この電気熱変換素子は各吐出口のそれぞれに対応して設けられ、記録信号に応じて対応する電気熱変換素子にパルス電圧を印加することによって対応する吐出口からインクを吐出する。なお、記録装置は、上述したシリアルタイプの記録装置に限定するものではなく、記録媒体の幅方向に吐出口を配列した記録ヘッド（ラインヘッド）を記録媒体の搬送方向に配置するいわゆるフルラインタイプの記録装置にも適用できる。

図２は図１に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。

図２に示すように、コントローラ６００は、ＭＰＵ６０１、ＲＯＭ６０２、特殊用途集積回路（ＡＳＩＣ）６０３、ＲＡＭ６０４、システムバス６０５、Ａ／Ｄ変換器６０６などで構成される。ここで、ＲＯＭ６０２は後述する制御シーケンスに対応したプログラム、所要のテーブル、その他の固定データを格納する。ＡＳＩＣ６０３は、キャリッジモータＭ１の制御、搬送モータＭ２の制御、及び、記録ヘッド３の制御のための制御信号を生成する。ＲＡＭ６０４は、画像データの展開領域やプログラム実行のための作業用領域等として用いられる。システムバス６０５は、ＭＰＵ６０１、ＡＳＩＣ６０３、ＲＡＭ６０４を相互に接続してデータの授受を行う。Ａ／Ｄ変換器６０６は以下に説明するセンサ群からのアナログ信号を入力してＡ／Ｄ変換し、デジタル信号をＭＰＵ６０１に供給する。

また、図２において、６１０は画像データの供給源となる図１に示したホストやＭＦＰに対応するホスト装置である。ホスト装置６１０と記録装置１との間ではインタフェース（Ｉ／Ｆ）６１１を介して画像データ、コマンド、ステータス等をパケット通信により送受信する。このパケット通信については後で説明する。なお、インタフェース６１１としてＵＳＢインタフェースをネットワークインタフェースとは別にさらに備え、ホストからシリアル転送されるビットデータやラスタデータを受信できるようにしても良い。

さらに、６２０はスイッチ群であり、電源スイッチ６２１、プリントスイッチ６２２、回復スイッチ６２３などから構成される。

６３０は装置状態を検出するためのセンサ群であり、位置センサ６３１、温度センサ６３２等から構成される。この実施例では、この他にもインク残量を検出するフォトセンサが設けられる。このフォトセンサの詳細について後述する。

さらに、６４０はキャリッジ２を矢印Ａ方向に往復走査させるためのキャリッジモータＭ１を駆動させるキャリッジモータドライバ、６４２は記録媒体Ｐを搬送するための搬送モータＭ２を駆動させる搬送モータドライバである。

ＡＳＩＣ６０３は、記録ヘッド３による記録走査の際に、ＲＡＭ６０４の記憶領域に直接アクセスしながら記録ヘッドに対して発熱素子（インク吐出用のヒータ）を駆動するためのデータを転送する。加えて、この記録装置には、ユーザインタフェースとしてＬＣＤやＬＥＤで構成される表示部が備えられている。

図３は記録ヘッド３に実装される素子基板７００のレイアウト構成を示した平面図である。

図３に示す素子基板７００の平面は矩形形状をしており、素子基板７００の矩形平面の長辺に沿って複数のパッド４５０が備えられ、それらのパッドを介して外部（記録装置の本体部）からデータや駆動電圧が供給される。そして、素子基板７００の長辺方向に複数のヒータ３５０、複数のインク供給口５５０、複数のスイッチング素子５１０が配列される。

図３に示す例では、４列のヒータ列、４列のインク供給口列、４列のスイッチング素子列が設けられており、４列がマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のインクを用いて記録を行うためにそれぞれ用いられる。

図４は図３に示したＸ部の拡大図である。

図４に示されているように、各ヒータ３５０に対応してインク液滴が吐出される吐出口４２０が設けられており、吐出口列の両側には各ヒータを駆動するインク供給口５５０が設けられている。

図５は１つのヒータを駆動する駆動回路の等価回路を示す図である。

図５に示すように、ヒータ（発熱抵抗体）３５０の片側の接続部３４１は電圧を供給するためのＶＨ共通配線１３１と電気的に接続される。さらに、ヒータ３５０のもう一方の接続部３４２はヒータ３５０の駆動オンオフを切り替えるためのスイッチング素子５１０（ドライバ）を介してＧＮＤ共通配線１４１に電気的に接続されている。スイッチング素子５１０は、この実施例ではＭＯＳＦＥＴであり、そのＭＯＳＦＥＴのゲートに外部からの駆動電圧を印加してオンオフを切り替え、ヒータ３５０を駆動する。

次に、以上の構成の記録装置の記録ヘッドに実装される素子基板の実施例について説明する。

ここでは、まず比較例としての従来の構成の素子基板について説明した後、この実施例に従う素子基板の特徴について説明する。

＜比較例とその課題＞
図６は比較例としての素子基板の多層構造を示す断面図である。この断面図は、図４に示したＢ－Ｂ’断面図となっている。

図６に示すように、Ｓｉ基板５３０上にＰｏｌｙ－Ｓｉ層１００、配線層１１０、１２０、１３０、１４０、ヒータ３５０、耐キャビテーション層３６０が成膜され、各配線層間は絶縁層２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０で絶縁されている。また、各配線を電気的に接続するために絶縁層を貫通するスルーホール３００、３１０、３２０、３３０、３４０が形成されている。ヒータ３５０の接続部３４１はスルーホール３４０、配線層１４０、スルーホール３３０を介して配線層１３０で形成されたＶＨ共通配線１３１に接続されている。ＶＨ共通配線１３１は、素子基板７００のパッド４５０の一部に電気的に接続されており、外部から電圧が供給される。一方、ＧＮＤ共通配線１４１は、ＶＨ共通配線１４１とは異なる配線層１４０に形成される。

従って、図５で示したようなＶＨ共通配線１３１をヒータ３５０の一端に接続し、さらにヒータ３５０の他端をスイッチング素子５１０に接続し、スイッチング素子をＧＮＤ共通配線に接続するためには、スルーホールを介して異なる層間の各要素を接続する。

なお、素子基板７００において、ヒータ３５０は複数、同じ層に形成され、複数のヒータが形成される層をヒータ層ということもある。また、スイッチング素子５１０も複数、ヒータ層とは別の同じ層に形成され、複数のスイッチング素子が形成される層をスイッチング層ということもある。

ヒータ３５０のもう一方の接続部３４２はスルーホール３４０、配線層１４０、スルーホール３３０、配線層１３０、スルーホール３２０、配線層１２０、スルーホール３１０、配線層１１０、スルーホール３００を介してスイッチング素子の一方に接続される。さらにスイッチング素子のもう一方は、スルーホール３００、配線層１１０、スルーホール３１０、配線層１２０、スルーホール３２０、配線層１３０、スルーホール３３０を介して配線層１４０で形成されるＧＮＤ共通配線１４１に接続されている。

ヒータ３５０の上部にはインク室４１０が設けられ、外部から供給されるデータによりスイッチング素子５１０がオンされるとヒータ３５０に電流が流れ、ヒータの発熱に伴いインクが発泡し素子基板の天板４００により形成される吐出口４２０から吐出される。

図６から明らかなように、素子基板の上層から下層に向かって、ヒータ層、絶縁層２４０、配線層１４０、絶縁層２３０、配線層１３０、絶縁層２２０、配線層１２０、絶縁層２１０、配線層１１０、絶縁層２００、スイッチング層の順で形成され配置される。

図７は２つのヒータの配線の様子を示す上面図である。

図７に示されるように、ＶＨ共通配線１３１は複数のヒータ３５０全てにスルーホールと配線を介して電気的に接続されている。また、複数のスルーホールが一列に並んで配列されている。また、ＧＮＤ共通配線１４１は各ヒータ３５０に個別に接続されている各スイッチング素子５１０全てに接続されている。図７では、ヒータ３５０の下面に接するスルーホール３４０の位置を示している。

図６に戻って説明を続けると、配線層１１０、１２０、１３０、１４０はアルミニウム、またはアルミニウムを含む合金（ＡｌＳｉやＡｌＣｕなど）で形成される。配線層１１０、１２０は主にデータ転送用に使用される信号配線を構成する配線層であるため流れる電流は小さく配線抵抗の影響を受けにくいため比較的膜厚は薄く、２００ｎｍ～５００ｎｍ程度である。一方、配線層１３０はＶＨ共通配線１３１を構成する配線層であり、配線層１４０はＧＮＤ共通配線１４１を構成する配線層である。従って、これらの配線層１３０、１４０はヒータに電流を流すため使用されるため流れる電流は大きく配線抵抗の影響を受けやすいため比較的膜厚は厚く、６００ｎｍ以上で形成される。そして、比較的膜厚の薄い配線層１１０、１２０を覆う絶縁層２１０、２２０はその膜厚が比較的薄く、比較的膜厚の厚い配線層１３０、１４０を覆う絶縁層２３０、２４０はその膜厚が比較的厚く形成される。

図８は３つのスルーホールの詳細な構造を示す断面図である。

図８に示した３つのスルーホールは図６に示した３つのスルーホール３４０、３３０、３２０の詳細な構造を示しており、（ａ）がスルーホール３４０の構造を示し、（ｂ）がスルーホール３３０の構造を示し、（ｃ）がスルーホール３２０の構造を示している。

図８（ｂ）に示すスルーホール３３０は、例えば、１０００ｎｍの厚さで形成された配線層１３０上の絶縁層２３０を貫通して円柱状に並んで形成され、その直径は０．６μｍ、高さは１．４μｍで形成される。このときのアスペクト比は１．４／０．６＝２．３３３である。スルーホール３３０の内部を満たす導電プラグ（以下、プラグ）３３５の周囲にはバリアメタル層３３６がある。即ち、スルーホール３３０内の空間の下面部および側面部にはバリアメタル層３３６が成膜されており、スルーホール３３０内の空間のうちのバリメタル層３３６が設けられていない部分がプラグ３３５で埋められている。従って、プラグ３３５に対する下面側および側面側の周囲に第１のバリアメタル層が形成されている。プラグ３３５は一般的にタングステンで形成され、バリアメタル層３３６は、例えば、チタンＴｉやＴｉを含む材料（例えば、ＴｉＮ）で形成される。３３７はプラグ３３５の角部である。

素子基板７００では、ノイズなどの異常パルスの発生でヒータ３５０に過電流が流れ、素子基板のヒータの予期せぬ断線が発生することがある。

図９はヒータが断線した状態を模式的に示す多層構造の素子基板の断面図である。図９は図６に示したのと同じ多層構造の素子基板の断面図である。従って、図９に示した参照番号は図６に示したものと同じであり、その説明は省略する。

断線するとヒータにおいて耐インク性のある耐キャビテーション膜３６０が一部なくなり、タングステンで形成されたプラグがインクに曝される。タングステンは、電位がかからない場合でも、インクによる金属溶解が進行する。さらに、実際には接続部３４１は高電位（ＶＨ）に接続されていることから、タングステンの溶解がさらに進行する恐れがある。

図８（ａ）はスルーホール３４０を示している。絶縁層にスルーホールを形成した後、プラグでスルーホールの内部を埋める前にバリアメタル層をそのスルーホールの底面部および側面部に成膜する。ここで、バリアメタル層はタングステンに比べインクに溶解しにくいため、本来、バリアメタル層によって溶解の進行は抑制される。しかしながら、スルーホールのアスペクト比が高くなるとスルーホールの角部３４７にバリアメタル層を構成する成膜材料が到達しにくくなる。そのため、角部３４７ではバリアメタル層の膜厚が薄くなりやすく、場合によってはバリアメタル層の膜厚が十分ではなく、インクによる溶解が進行してしまう。

図１０は溶解の進行したスルーホール３４０の様子を模式的に示す図である。

図１０に示されるように、スルーホール３４０の内部を満たす導電プラグ（以下、プラグ）３４５の角部３４７からバリアメタル層３４６を貫通して溶解が進む。

バリアメタル層を突破したインクはアルミ配線（配線１４２）を溶解し、スルーホール３３０でも同様に溶解が進む。

図１１は溶解の進行したＶＨ共通配線の様子を模式的に示す図である。

図１１に示されるように、溶解が進行するとやがて、Ａｌで形成されたＶＨ共通配線１３１の溶解は隣接したヒータの配線部にまで到達する可能性がある。

結果として、一つのヒータの断線を起点に隣接したヒータも機能しなくなり、ＡｌのＶＨ共通配線の溶解はさらに進行し、やがてヒータは集団的に機能しなくなる恐れがある。

＜実施例１に従う素子基板の構造＞
図１２は実施例１に従う素子基板の多層構造を示す断面図である。なお、図１２において、既に図６や図９を参照して説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付して、その説明は省略する。ここでは、実施例１に特徴的な構成とその効果について説明する。この断面図は、図６と同様に図４に示したＢ－Ｂ’断面図となっている。

図１２に示されるように、ヒータ３５０の接続部３４１はスルーホール３４０、配線層１４０、スルーホール３３０、配線層１３０で形成された配線１３２、スルーホール３２０、配線層１２０で形成された配線１２１に接続されている。さらに、配線１２１からスルーホール３２０を介して配線層１３０で形成されたＶＨ共通配線１３１に接続されている。ここで、配線１３２は、ＶＨ共通配線１３１とは異なり、ヒータ毎に個別に分離して（ヒータ毎に対応して）設けられている。このため、配線１３２は個別配線とも呼ばれる。この実施例では、この個別配線（配線１３２）は、ＶＨ共通配線１３１を構成する配線層１３０で構成され、ＶＨ共通配線１３１と同層に形成される。

図１３は図１２に示した素子基板に実装される２つのヒータの配線の様子を示す上面図である。なお、図１３においても、既に図７を参照して説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付して、その説明は省略する。ここでは、実施例１に特徴的な構成とその効果について説明する。

図１３に示されるように、２つのヒータ３５０が個別に配線１３２に接続されている。さらに、その下層に形成された配線１２１を経てＶＨ共通配線１３１に接続される。なお、配線１２１もヒータ毎に対応して設けられた個別配線として構成されている。

ここで図８（ｃ）を参照してスルーホール３２０の詳細な構造を説明する。

図８（ｃ）に示されるように、スルーホール３２０は、例えば、Ａｌ（アルミ）で４００μｍの厚さで形成された配線層１２０上の絶縁層２２０を貫通して円柱状に形成され、その直径は０．４μｍ、高さは０．６μｍである。このときのアスペクト比は０．６／０．４＝１．５である。スルーホール３２０の内部を満たす導電プラグ（以下、プラグ）３２５の周囲にはバリアメタル層３２６がある。プラグ３２５は一般的にタングステンで形成され、バリアメタル層は、例えば、チタンＴｉやＴｉを含む材料（例えば、ＴｉＮ）で形成される。

一方、図８（ｂ）に示されるスルーホール３３０は、例えば、１μｍの厚さで形成された配線層１３０上の絶縁層２３０を貫通し、円柱状に並んで形成される。スルーホール３３０は、例えば、直径は０．６μｍ、高さは１．４μｍで形成される。このときのアスペクト比は１．４／０．６＝２．３３３である。

なお、スルーホール３３０は図８（ｂ）に示されるような円柱状に並んで形成されるものに限定されるものではない。

図１４はスリット状に形成されたスルーホール３３０を示す上面図である。例えば、スリット状のスルーホール３３０は、図１３に示される平面形状が円形である複数のスルーホール３３０の配列方向に沿う方向が長手方向である矩形形状として形成される。

このときのアスペクト比は、被覆性に影響を与える幅細部分と高さとの比で表すことができる。例えば、スリット幅が０．６μｍ、スリット長が６．６μｍ、高さが１．４μｍで形成される場合、アスペクト比は１．４／０．６＝２．３３３である（スリット長によらない）。

さて、図８（ｂ）に示すように、スルーホール３３０のプラグ３３５の周囲にはバリアメタル層３３６がある。プラグ３３５はプラグ３２５と同様にタングステンで形成され、バリアメタル層３３６は、スルーホール３２０同様にチタンＴｉやＴｉを含む材料（例えば、ＴｉＮ）で形成される。

ここで、スルーホール３２０とスルーホール３３０を比較すると、スルーホール３３０はアスペクト比が大きく角部３３７ではバリアメタル層３３６の膜厚が薄くなりやすく、被覆性は比較的悪い。なお、スルーホール３４０についても、スルーホール３３０のようにアスペクト比がスルーホール３２０よりも大きく、バリアメタル層３４６の被覆性は比較的悪い。一方、スルーホール３２０はアスペクト比が小さく角部３２７においてもバリアメタル層３２６の被覆性が良好である。スルーホールの角部においてバリアメタルの被覆性を良好にするためには、スルーホールのアスペクト比は、２以下であることが好ましい。

以上説明した実施例の構成によれば、ヒータの一端はバリアメタル層の被覆性の良好なスルーホールを経由してＶＨ共通配線に接続される。これにより、ヒータとＶＨ共通配線との間の配線が仮に断線し、インクによりタングステンで形成されたプラグが溶解しても、被覆性の良好なバリアメタル層で溶解の進行を抑制することができる。

即ち、この実施例では、ヒータとＶＨ共通配線との間に、電気経路としては不要な個別配線１３１、スルーホール３２０、配線層１２０をあえて設け、これらを介してヒータとＶＨ共通配線とを電気接続し、ＶＨ共通配線への電蝕の拡がりを抑制している。また、スルーホール３２０が形成される絶縁層２２０は、比較的膜厚の薄い配線層１２０を覆っているため、比較的膜厚の厚い配線層１３０を覆う絶縁層２３０よりもその膜厚が薄い。したがって、絶縁層２３０に形成されるスルーホール３３０と比べ、絶縁層２２０に形成されるスルーホール３２０はそのアスペクト比を小さくしやすく、その内部に被覆性の良好なバリアメタル層を形成しやすい。

図１５は図１２に示した素子基板の配線の断線によりプラグが溶解した様子を模式的に示す図である。

図１５に示されるように、プラグ３４０やプラグ３３０が溶解し、その溶解が配線１４０や配線１３２を貫通してプラグ３２０のバリアメタル層３２６で溶解の進行を止めている。これにより溶解がＶＨ共通配線１３１に達することはなく、隣接したヒータの配線部にまで溶解が進行することはない。

図１６は実施例２に従う素子基板の多層構造を示す断面図である。なお、図１６において、既に図６、図９、及び図１２を参照して説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付して、その説明は省略する。ここでは、実施例２に特徴的な構成について説明する。

この例では、ヒータ３５０の接続部３４１はスルーホール３３０、配線層１３０で形成された配線１３２、スルーホール３２０、配線層１２０で形成された配線１２１、スルーホール３２０を介して配線層１３０で形成されたＶＨ共通配線１３１に接続される。

前述のように、ＶＨ共通配線１３１には素子基板のパッド４５０の一部に接続されており、外部からの電圧が供給される。ヒータのもう一方の接続部３４２は、スルーホール３３０、配線層１３０、スルーホール３２０、配線層１２０、スルーホール３１０、配線層１１０、スルーホール３００を介してスイッチング素子５１０の一方に接続される。さらにスイッチング素子５１０のもう一方は、スルーホール３００、配線層１１０、スルーホール３１０、配線層１２０、スルーホール３２０を介して配線層１３０で形成されるＧＮＤ共通配線１３３に接続されている。ここでは、ＶＨ共通配線１３１とＧＮＤ共通配線１３３は、同一の配線層１３０で形成されている。

以上説明した実施例によれば、実施例１とは異なり、ＶＨ共通配線とＧＮＤ共通配線とが同じ配線層に形成される。このような構成でも実施例１と同様に、ヒータとスイッチング素子との間の配線が仮に断線し、インクによりタングステンで形成されたプラグが溶解しても、被覆性の良好なバリアメタル層で溶解の進行を抑制することができる。

図１７は実施例３に従う素子基板の多層構造を示す断面図である。なお、図１７において、既に図６、図９、図１２、及び図１６を参照して説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付して、その説明は省略する。ここでは、実施例３に特徴的な構成について説明する。

この例では、絶縁層２２０を貫通する径の異なるスルーホール３２１、３２２が形成される。ヒータ３５０の接続部３４１はスルーホール３３０、配線層１３０で形成された配線１３２、スルーホール３２２、配線層１３０で形成された配線１３２、スルーホール３２０、配線層１２０で形成された配線１２１に接続される。さらに、配線１２１からスルーホール３２２を介して配線層１３０で形成されたＶＨ共通配線１３１に接続される。ＶＨ共通配線１３１は、素子基板のパッド４５０の一部に接続されており、外部からの電圧を供給される。

ヒータ３５０のもう一方の接続部３４２は、スルーホール３３０、配線層１３０、スルーホール３２２、配線層１２０、スルーホール３１０、配線層１１０、スルーホール３００を介してスイッチング素子５１０の一方に接続される。さらに、スイッチング素子５１０のもう一方は、スルーホール３００、配線層１１０、スルーホール３１０、配線層１２０、スルーホール３２１を介して配線層で形成されるＧＮＤ配線共通１３３に接続されている。

図１７からも分かるように、スルーホール３２１とスルーホール３２２とは同じ絶縁層２２０を貫通して形成されるが、個別配線１３２を接続するスルーホール３２２はスルーホール３２１よりもアスペクトは小さい。例えば、スルーホール３２１は配線層１２０上の絶縁層２２０を貫通して円柱状に形成され、その直径は０．４μｍ、高さは０．６μｍで形成される。このときのアスペクト比は０．６／０．４＝１．５である。一方、スルーホール３２２は配線層１２０上の絶縁層２２０を貫通して円柱状に形成され、その直径は１．０μｍ、高さは０．６μｍで形成される。このときのアスペクト比は０．６／１．０＝０．６である。

従って以上説明した実施例に従えば、実施例１と比較してスルーホールのアスペクト比がより小さくなるため、スルーホールの角部においてもバリアメタル層の被覆性をより強化することができる。

なお、以上説明した実施例では、インクを吐出する記録ヘッドとその記録装置を例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、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適用可能である。また本発明は、例えば、バイオチップ作製や電子回路印刷やカラーフィルタ製造などの用途としても用いることができる。

以上の実施例で説明した記録ヘッドは、一般的には、液体吐出ヘッドということもできる。また、そのヘッドから吐出するのはインクに限定されるものではなく、一般的に、液体ということもできる。

本発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１１０、１２０、１３０、１４０ 配線層、１３１ ＶＨ共通配線、
１４１ ＧＮＤ共通配線、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０ 絶縁層、
３１０、３２０、３３０、３４０ スルーホール、３２５、３３５、３４５ プラグ、
３２６、３３６、３４６ バリアメタル層、３５０ ヒータ、
３６０ 耐キャビテーション層、５１０ スイッチング素子、５３０ Ｓｉ基板、
７００ 素子基板

Claims (12)

1. 複数のヒータが形成されるヒータ層と、該複数のヒータに外部から電圧を供給する第１の共通配線が形成される第１の配線層とを含む多層構造の素子基板であって、
   前記第１の配線層に形成され前記複数のヒータそれぞれを個別に接続する個別配線と、
   前記ヒータ層と前記第１の配線層との間に設けられ、前記第１の配線層を覆う第１の絶縁層を貫通する第１のスルーホールの内部を満たす第１の導電プラグと、
   前記第１の配線層の下層に形成され、前記第１の配線層と接続された複数の第２の配線層と、
   前記第１の配線層と前記第２の配線層との間に設けられ、前記第２の配線層を覆う第２の絶縁層を貫通する第２のスルーホールの内部を満たす第２の導電プラグとを有し、
   前記複数のヒータそれぞれは前記第１の導電プラグを介して前記個別配線に接続され、前記個別配線は前記第２の導電プラグと前記第２の配線層の配線とを経て前記第１の共通配線に接続され、
   前記第２のスルーホールのアスペクト比は前記第１のスルーホールのアスペクト比よりも小さいことを特徴とする素子基板。
2. 前記第２の配線層の下層に、前記複数のヒータに接続する複数のスイッチング素子が形成されるスイッチング層と、
   前記複数のスイッチング素子をＧＮＤに接続する第２の共通配線とをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の素子基板。
3. 前記第２の共通配線は、前記第１の共通配線と同じ前記第１の配線層に形成されることを特徴とする請求項２に記載の素子基板。
4. 前記第２の共通配線は、前記ヒータ層と前記第１の配線層との間に設けられる第３の配線層に形成されることを特徴とする請求項２に記載の素子基板。
5. 前記個別配線を接続する前記第２の導電プラグを満たす前記第２のスルーホールのアスペクト比は、前記第２の絶縁層を貫通する他のスルーホールのアスペクト比よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の素子基板。
6. 前記アスペクト比とは、絶縁層を貫通するスルーホールの高さに対するスルーホールの径の比であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の素子基板。
7. 前記第１のスルーホールの内部における前記第１の導電プラグに対する下面側および側面側の周囲には第１のバリアメタル層が形成され、
   前記第２のスルーホールの内部における前記第２の導電プラグに対する下面側および側面側の周囲には第２のバリアメタル層が形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の素子基板。
8. 前記第１の導電プラグと前記第２の導電プラグとは、タングステンで構成され、
   前記第１のバリアメタル層と前記第２のバリアメタル層とは、チタンＴｉやＴｉを含む材料で構成されることを特徴とする請求項７に記載の素子基板。
9. 前記第１のスルーホールの高さは、前記第２のスルーホールの高さより大きいことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の素子基板。
10. 前記第１の配線層の膜厚は前記第２の配線層の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の素子基板。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の素子基板を用いた液体吐出ヘッドであって、
    液体を吐出する複数の吐出口を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
12. 請求項１１に記載の液体吐出ヘッドを、前記液体をインクとし、該インクを吐出する記録ヘッドとして用い、記録媒体に記録を行う記録装置であって、
    前記複数のヒータは前記インクに接し、前記複数のヒータを駆動することで、吐出口よりインクを吐出することを特徴とする記録装置。
    

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