JP7483495B2 - Substrate for liquid ejection head and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、液体を吐出して記録媒体に記録を行う液体吐出ヘッド用基板、該液体吐出ヘッド用基板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a substrate for a liquid ejection head that ejects liquid to record on a recording medium, and a method for manufacturing the substrate for the liquid ejection head.

従来、液体吐出ヘッドを構成している液体吐出ヘッド用基板(以下単に素子基板ということがある)と外部基板とを電気的に接続するためにワイヤーボンディングなどのボンディング方法が採用されている。素子基板上に配置される電極パッド部は、ボンディング材料との接続信頼性、および、素子基板作製後に形成されるノズル製造工程で用いられる酸・アルカリ、有機溶剤等の薬品への耐薬品性を鑑みて材料が選択される。現状では、電極パッド部は下層から、素子基板の配線層として用いられるアルミ層、TiW等の材料からなるバリアメタル層、ボンディング材料との接続のためのAu層のような積層構成となっている。そして、このような電極パッド部に金線などを用いたワイヤーボンディング接続を行うことにより、外部基板へと接続される。このとき、電極パッド部表面は、ボンディング材料との接続信頼性を確保すべく、より平坦であることが要求される。 Conventionally, bonding methods such as wire bonding have been used to electrically connect a liquid ejection head substrate (hereinafter sometimes simply referred to as an element substrate) constituting a liquid ejection head to an external substrate. The material of the electrode pad portion arranged on the element substrate is selected in consideration of the connection reliability with the bonding material and the chemical resistance to chemicals such as acids, alkalis, and organic solvents used in the nozzle manufacturing process formed after the element substrate is manufactured. Currently, the electrode pad portion has a laminated structure from the bottom, such as an aluminum layer used as the wiring layer of the element substrate, a barrier metal layer made of a material such as TiW, and an Au layer for connection with the bonding material. Then, such an electrode pad portion is connected to an external substrate by wire bonding connection using a gold wire or the like. At this time, the surface of the electrode pad portion is required to be as flat as possible to ensure the connection reliability with the bonding material.

一方、ワイヤーボンディングで素子基板と外部基板を接続する前に、電気的に不良な素子基板(チップ)を実装しないように電気検査が実施される。該電気検査には電極パッド部に検査用のプローブを当てるプロービングが実施されている。しかし、現状のAu層/TiW層/アルミ層の積層膜の場合、Au層や、アルミ層が比較的やわらかい材料のため、プロービングにより電極パッド部が損傷を受ける(抉れる)ことがある。その結果、電極パッド部表面には1μm程度以上の高低差を有する凹凸(プローブ痕という)が形成されてしまうことがある。図10は従来のアルミ層102を有する電極パッド部にプローブ103を用いて電気検査を実施した際のプローブ痕105の発生状況を示す図である。図10(a)に示すようにプローブ103をアルミ層102に当て矢印方向に走査する。この走査距離をオーバードライブ量と呼び、プローブ103の接触した領域をプロービング領域104という。図10(b)に示すように、プロービング領域104では、アルミ層102が抉れ、残滓が突起として大きな凹凸(プローブ痕105)となる。101は下層配線(不図示)へのコンタクトビアを示す。 On the other hand, before connecting the element substrate and the external substrate by wire bonding, an electrical test is performed to prevent mounting of an electrically defective element substrate (chip). In the electrical test, probing is performed by placing a test probe on the electrode pad portion. However, in the case of the current Au layer/TiW layer/aluminum layer laminated film, the Au layer and the aluminum layer are relatively soft materials, so the electrode pad portion may be damaged (gouged) by probing. As a result, unevenness (called probe marks) with a height difference of about 1 μm or more may be formed on the surface of the electrode pad portion. Figure 10 is a diagram showing the occurrence of probe marks 105 when an electrical test is performed on an electrode pad portion having a conventional aluminum layer 102 using a probe 103. As shown in Figure 10 (a), the probe 103 is placed on the aluminum layer 102 and scanned in the direction of the arrow. This scanning distance is called the overdrive amount, and the area where the probe 103 contacts is called the probing area 104. As shown in FIG. 10B, in the probing region 104, the aluminum layer 102 is gouged out, and the residue becomes a large unevenness (probe mark 105) as a protrusion. 101 indicates a contact via to the lower wiring (not shown).

このような大きな凹凸の発生に対して、アルミ層を露出させる工程後、基板の電気検査をアルミ層に対して実施し、その後、TiW層をスパッタリングし、さらにめっき法でAu層を厚く形成する方法が知られている。薄いアルミ層にプロービングすることと、厚いAu層でプローブ痕を埋めることで、電気検査のプロービングによる影響を最小限にし、ワイヤーボンディング時の接続の信頼性を確保してきた。また、厚いAu層に代えて、プローブ痕を隠す厚い絶縁層を形成して、プローブ痕のない領域にスルーホールを形成してパッド電極を形成する方法もある。 To deal with the occurrence of such large irregularities, a method is known in which after the process of exposing the aluminum layer, an electrical test of the board is carried out on the aluminum layer, then a TiW layer is sputtered, and then a thick Au layer is formed by plating. By probing the thin aluminum layer and filling the probe marks with a thick Au layer, the effects of probing in the electrical test are minimized, ensuring the reliability of the connection during wire bonding. Another method is to form a thick insulating layer instead of a thick Au layer to hide the probe marks, and to form a through hole in the area without the probe marks to form a pad electrode.

しかしながら、厚いAu層の形成は、コストが掛かる上に、基板上に厚膜の凸部が形成されることで、基板面内の均一性が損なわれることがある。厚い絶縁層の形成も、基板全体に応力を付加する原因となり、基板の反り等の問題が発生する。そこで、厚い絶縁層を形成することなく、Au層を薄膜化する技術として、以下のような提案がなされている。 However, forming a thick Au layer is costly, and the formation of thick film protrusions on the substrate can impair uniformity within the substrate surface. Forming a thick insulating layer can also cause stress to be applied to the entire substrate, resulting in problems such as substrate warping. Therefore, the following techniques have been proposed to thin the Au layer without forming a thick insulating layer.

特許文献1では、スパッタ法及び電解めっき法による電極膜形成に代えて、無電解めっきによる膜形成を行う方法が開示されている。ここでは、ニッケル層上に薄いAu層を形成している。厚いニッケル層を形成することで、プローブ痕が被覆される。 Patent Document 1 discloses a method of forming a film by electroless plating, instead of forming an electrode film by sputtering and electrolytic plating. Here, a thin Au layer is formed on a nickel layer. By forming a thick nickel layer, the probe marks are covered.

特許文献2では、電極パッド部となる配線アルミ層を周囲のアルミ層を残した状態で該配線アルミ層を覆う絶縁層に開口を形成し、開口した絶縁層に露出するアルミ層を除去した後、バリアメタルと金層を形成している。絶縁層に露出するアルミ層を除去する前に、該アルミ層に対してプロービングを行い、プローブ痕は露出部のアルミ層を除去することで除去し、その結果、薄いAu層で電極の形成が可能となる。 In Patent Document 2, an opening is formed in an insulating layer that covers the wiring aluminum layer, leaving the surrounding aluminum layer as the electrode pad portion, and the aluminum layer exposed in the opening is removed, after which a barrier metal and a gold layer are formed. Before removing the aluminum layer exposed in the insulating layer, the aluminum layer is probed, and the probe marks are removed by removing the aluminum layer in the exposed portion, making it possible to form an electrode with a thin Au layer.

特開2000-43271号公報JP 2000-43271 A 特開2018-154090号公報JP 2018-154090 A

吐出の微小化により、インク流路の高さが低く、吐出口が短い(すなわちオリフィスプレートが薄い)設計が求められている。特許文献1ではAu層の膜厚は薄くでき、コストは低く抑えられるが、ニッケル層が厚いことで、微小化の要求には対応できない場合がある。特許文献2では、各層が薄膜化可能であるため、微小化の要求にも対応できるものであるが、アルミ層を除去するためのマスク形成や、それに伴う段差の形成が必要となることがある。また、アルミ層とAu層との接触がアルミ層の側面での接触となり、パッド面積の縮小に伴い接触抵抗の増加が懸念される。 Miniaturization of ejection requires a design with a low ink flow path and short ejection ports (i.e., a thin orifice plate). In Patent Document 1, the thickness of the Au layer can be made thin, keeping costs low, but the nickel layer is thick, so it may not be possible to meet the demand for miniaturization. In Patent Document 2, each layer can be made thin, so it can meet the demand for miniaturization, but it may be necessary to form a mask to remove the aluminum layer and form a step accordingly. In addition, the aluminum layer and Au layer come into contact on the side of the aluminum layer, and there is a concern that the contact resistance will increase as the pad area is reduced.

本発明では、電極パッド部の膜厚を低減した液体吐出ヘッド及びプロービングによる電気検査を含む液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a liquid ejection head with a reduced film thickness in the electrode pad area and a method for manufacturing the liquid ejection head, including electrical testing using probing.

本発明の一態様は、液体を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱素子と、
該発熱素子に電気的に接続される、外部との電気接続のための電極パッド部と、
前記発熱素子を覆うように形成された耐キャビテーション層と、
を備えた液体吐出ヘッド用基板において、
前記電極パッド部は、イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層を備え、
前記耐キャビテーション層の少なくとも一部は、前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層と同じ材料で同層に設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板に関する。
One aspect of the present invention is a liquid ejection head comprising: a heating element that generates thermal energy for ejecting liquid;
an electrode pad portion for electrical connection to an external device, the electrode pad portion being electrically connected to the heat generating element;
an anti-cavitation layer formed to cover the heating element;
A liquid ejection head substrate comprising:
the electrode pad portion includes a layer containing iridium metal or an iridium alloy,
The present invention relates to a liquid ejection head substrate, wherein at least a portion of the cavitation-resistant layer is made of the same material as the layer containing iridium metal or iridium alloy and is provided in the same layer.

本発明によれば、実装前の電気検査において、電極パッド部にプロービングによる物理的損傷や変形を抑制した構成であるため、プローブ痕を隠すための厚膜形成が不要となり、電極パッド部の膜厚を低減した液体吐出ヘッド用基板を提供することができる。 The present invention provides a liquid ejection head substrate with a reduced film thickness on the electrode pad section, as the electrode pad section is configured to be subjected to less physical damage and deformation caused by probing during electrical testing prior to mounting, eliminating the need to form a thick film to hide probe marks.

本発明を適用可能な一実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の模式的斜視図である。1 is a schematic perspective view of a liquid ejection head substrate according to an embodiment to which the present invention can be applied. 本発明を適用可能な第1の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a liquid ejection head substrate according to a first embodiment to which the present invention can be applied. 本発明を適用可能な第1の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の製造工程を説明する断面フロー図である。3A to 3C are cross-sectional flow diagrams illustrating a manufacturing process of a liquid ejection head substrate according to a first embodiment to which the present invention can be applied. 本発明を適用可能な一実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の製造方法における電気検査のタイミングを説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating the timing of an electrical inspection in a manufacturing method for a liquid ejection head substrate according to an embodiment to which the present invention can be applied. 本発明を適用可能な第2の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の模式的断面図である。5 is a schematic cross-sectional view of a liquid ejection head substrate according to a second embodiment to which the present invention can be applied. FIG. 本発明を適用可能な第3の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の模式的断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a liquid ejection head substrate according to a third embodiment to which the present invention can be applied. 図6に示す実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の製造工程を説明する断面フロー図である。7A to 7C are cross-sectional flow diagrams illustrating a manufacturing process of the liquid ejection head substrate according to the embodiment shown in FIGS. 6A to 6C. 図6に示す実施形態の変形例を示す模式的断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the embodiment shown in FIG. 6 . 本発明を適用可能な第4の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の模式的断面図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a liquid ejection head substrate according to a fourth embodiment to which the present invention can be applied. 従来のアルミパッドにおける課題を説明する模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a problem with a conventional aluminum pad.

1.本発明を適用可能な実施形態
1.1 液体吐出ヘッドの構成
以下、図面を用いて本発明を適用可能な実施の形態の例を説明する。ただし、以下の記載は本発明の範囲を限定するものではない。
液室内部の液体を記録素子(発熱抵抗体)に通電させることで加熱し、これによって生じる液体の膜沸騰によって液室内で発泡させ、このときの発泡エネルギーによって吐出口から液滴を吐出させる形式の液体吐出ヘッドを備えた記録装置が多く採用されている。このような記録装置によって記録が行われる場合には、発熱抵抗体上の領域で液体が発泡、収縮、消泡する際に生じるキャビテーションによる衝撃といった物理的作用が発熱抵抗体上の領域に及ぼされることがある。これらの発熱抵抗体への物理的作用あるいは化学的作用から発熱抵抗体を保護するために、発熱抵抗体上には、耐キャビテーション層が配置される場合がある。耐キャビテーション層は、通常、タンタル、または、イリジウムといった金属材料から構成され、液体と接する位置に配置される。
本発明では、耐キャビテーション層として形成されるイリジウム又はイリジウム合金に着目し、これを電極パッドにも適用することを検討した。
1. Embodiments to which the present invention can be applied 1.1 Configuration of a liquid ejection head Hereinafter, examples of embodiments to which the present invention can be applied will be described with reference to the drawings. However, the following description does not limit the scope of the present invention.
Many recording devices are equipped with a liquid ejection head in which the liquid in the liquid chamber is heated by passing electricity through a recording element (heating resistor), which causes film boiling of the liquid to bubble in the liquid chamber, and the resulting bubble-emission energy ejects droplets from the ejection port. When recording is performed using such a recording device, physical effects such as impacts due to cavitation that occur when the liquid bubbles, contracts, and disappears in the area above the heating resistor may be applied to the area above the heating resistor. In order to protect the heating resistor from these physical or chemical effects on the heating resistor, a cavitation-resistant layer may be disposed on the heating resistor. The cavitation-resistant layer is usually made of a metal material such as tantalum or iridium, and is disposed at a position in contact with the liquid.
In the present invention, attention has been focused on iridium or an iridium alloy formed as an anti-cavitation layer, and the application of this to electrode pads has been considered.

(液体吐出ヘッド用基板の構造の説明)
図1は、本発明を適用可能な一実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板(以下、単に素子基板ともいう)10を模式的に示した斜視図である。素子基板10は、液体の供給路等が形成された基板11と、基板11の表面側に吐出口形成部材12、基板11の裏面側にカバープレート20が形成されている。素子基板10の吐出口形成部材12に、各インク色に対応する4列の吐出口列が形成されている。なお、以後、複数の液体吐出口(以下、単に吐出口という)13が配列される吐出口列が延びる方向(矢印A)を「吐出口列方向」と呼称する。
(Description of the Structure of the Substrate for Liquid Ejection Head)
1 is a perspective view showing a liquid ejection head substrate (hereinafter, simply referred to as an element substrate) 10 according to an embodiment to which the present invention can be applied. The element substrate 10 comprises a substrate 11 in which a liquid supply path and the like are formed, an ejection port forming member 12 on the front side of the substrate 11, and a cover plate 20 on the rear side of the substrate 11. Four ejection port arrays corresponding to each ink color are formed in the ejection port forming member 12 of the element substrate 10. Hereinafter, the direction (arrow A) in which the ejection port array in which a plurality of liquid ejection ports (hereinafter, simply referred to as ejection ports) 13 are arranged extends will be referred to as the "ejection port array direction".

図1に示すように、各吐出口13に対応した位置には液体を吐出するためのエネルギー発生する記録素子14が吐出口と連通する液体流路内に配置されている。この例では記録素子14は熱エネルギーを用いて液体を発泡させるための発熱抵抗体素子であり、吐出口形成部材12により、記録素子14を内部に備える吐出口と連通する液体流路(圧力室という)23が区画されている。記録素子14は素子基板10に設けられる電気配線(不図示)によって、基板11の端部に配置された電極パッド部16と電気的に接続されており、外部の配線基板(不図示)を介して入力されるパルス信号に基づいて発熱して液体を沸騰させる。この沸騰による発泡の力で液体を吐出口13から吐出する。この例では、素子基板10に設けられた吐出口列方向に伸びた流路である液体供給路18及び液体回収路19が設けられ、それぞれ供給口17a、回収口17bを介して吐出口13と連通している。カバープレート20には液体供給路18に外部から液体を供給するための流入口21と、液体回収路19から液体を外部に排出する流出口(不図示)とを有する。液体供給路18及び液体回収路19を介して、矢印B方向に液体を外部と循環させることで、吐出口13付近での液体の増粘を抑制し、液体の吐出性能を安定化させている。本実施形態において、発熱素子は、圧力室に面してタンタル(Ta)、イリジウム(Ir)あるいはそれらの積層膜からなる耐キャビテーション層に覆われている。図1で記録素子14として示す箇所は、本実施形態では、耐キャビテーション層が設けられており、液体と接触する。本実施形態では、耐キャビテーション層の材料の少なくとも一部としてイリジウム金属単体を用いているが、オスミウム(Os)やプラチナ(Pt)等の元素を少量含むイリジウム合金であってもよい。それぞれの記録素子14は、各々に接続され、基板11の内部に設けられた配線を通して、電極パッド部16に接続され、この電極パッド部16を通して外部から電圧を記録素子14に印加する。 As shown in FIG. 1, a recording element 14 that generates energy for ejecting liquid is disposed in a liquid flow path that communicates with each ejection port 13 at a position corresponding to the ejection port 13. In this example, the recording element 14 is a heat generating resistor element that uses thermal energy to foam the liquid, and the ejection port forming member 12 defines a liquid flow path (called a pressure chamber) 23 that communicates with the ejection port having the recording element 14 inside. The recording element 14 is electrically connected to an electrode pad portion 16 disposed at the end of the substrate 11 by electrical wiring (not shown) provided on the element substrate 10, and generates heat based on a pulse signal input via an external wiring substrate (not shown) to boil the liquid. The liquid is ejected from the ejection port 13 by the force of foaming caused by this boiling. In this example, a liquid supply path 18 and a liquid recovery path 19 are provided as flow paths extending in the ejection port row direction provided on the element substrate 10, and communicate with the ejection port 13 via a supply port 17a and a recovery port 17b, respectively. The cover plate 20 has an inlet 21 for supplying liquid from the outside to the liquid supply path 18, and an outlet (not shown) for discharging the liquid from the liquid recovery path 19 to the outside. By circulating the liquid with the outside in the direction of the arrow B through the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19, the viscosity of the liquid near the ejection port 13 is suppressed, and the ejection performance of the liquid is stabilized. In this embodiment, the heating element is covered with a cavitation-resistant layer made of tantalum (Ta), iridium (Ir) or a laminated film thereof facing the pressure chamber. In this embodiment, the portion shown as the recording element 14 in FIG. 1 is provided with a cavitation-resistant layer and comes into contact with the liquid. In this embodiment, iridium metal alone is used as at least a part of the material of the cavitation-resistant layer, but an iridium alloy containing a small amount of elements such as osmium (Os) or platinum (Pt) may be used. Each recording element 14 is connected to an electrode pad portion 16 through wiring provided inside the substrate 11, and a voltage is applied to the recording element 14 from the outside through this electrode pad portion 16.

図2(a)は、本発明を適用可能な第1の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の模式的断面図である。図1に記載の素子基板10をX-X’で切断した断面に相当する。同図では吐出口形成部材12と電極パッド部16付近、および、吐出口13の直下に(吐出口13と対向するように)配置される記録素子である発熱抵抗体素子(発熱素子ともいう)31付近を模式的に示した。これらの下に配される基板11の下層部分やカバープレート20は省略している。
図2(a)に示すように、酸化シリコンからなる蓄熱層32上に、TaSiNまたはWSiN等のサーメット材料によって形成される発熱素子31が形成され、タングステン(W)で形成された電極プラグ33に電気的に接続されている。さらに、発熱素子31及び電気配線を覆うようにSiNやSiC、SiCNあるいはそれらの積層からなる絶縁保護層34が形成されている。さらに、発熱素子31の上方の絶縁保護層34上には、Irのような貴金属材料を最表層とした耐キャビテーション層35が形成されている。すなわち、発熱素子31は、絶縁保護層34を介して耐キャビテーション層35に覆われている。ここで、図2(a)の左側のように、電極パッド部16付近では、発熱素子31に電気的に接続され、例えばアルミやアルミと銅の合金などによって形成される、電極パッド部16の下層となる配線取出し層36が配置されている。また、この配線取出し層36は、絶縁保護層34に形成されたスルーホール37を介して、Irからなる耐キャビテーション層35と同層に同材料で形成した電極パッド部16の上層38と電気的に接続されている。本実施形態では、前述のように、電極パッド部16の上層38と発熱素子31上の耐キャビテーション層35と同時に(同じ製造工程内で)形成している。これにより、製造負荷を抑えることができる。しかし、電極パッド部の上層38をイリジウムまたはイリジウム合金で形成する限り、それぞれ別工程で形成してもよい。また、電極パッド部16の下層を構成する配線取出し層36は、不図示の配線層の一部を延在させたものでもよいし、別途形成したものでもよい。
なお、電極パッド部16の積層構成に関し、外部と電気接続される側を上や表とし、これと反対側を下としており、これらの上下については液体吐出ヘッド用基板10の姿勢によって変わるものではない。
Fig. 2(a) is a schematic cross-sectional view of a liquid ejection head substrate according to a first embodiment to which the present invention can be applied. It corresponds to a cross section of the element substrate 10 shown in Fig. 1 taken along the line X-X'. The figure shows the vicinity of the ejection port forming member 12 and the electrode pad portion 16, and the vicinity of the heating resistor element (also called heating element) 31, which is a recording element arranged directly below the ejection port 13 (so as to face the ejection port 13). The lower layer portion of the substrate 11 and the cover plate 20 arranged below these are omitted.
As shown in FIG. 2A, a heating element 31 made of a cermet material such as TaSiN or WSiN is formed on a heat storage layer 32 made of silicon oxide, and is electrically connected to an electrode plug 33 made of tungsten (W). Furthermore, an insulating protective layer 34 made of SiN, SiC, SiCN, or a laminate of these is formed so as to cover the heating element 31 and the electrical wiring. Furthermore, a cavitation-resistant layer 35 having a noble metal material such as Ir as the outermost layer is formed on the insulating protective layer 34 above the heating element 31. That is, the heating element 31 is covered by the cavitation-resistant layer 35 via the insulating protective layer 34. Here, as shown on the left side of FIG. 2A, a wiring lead-out layer 36 is disposed near the electrode pad portion 16, which is electrically connected to the heating element 31 and is the lower layer of the electrode pad portion 16 and is formed of, for example, aluminum or an alloy of aluminum and copper. The wiring lead-out layer 36 is electrically connected to the upper layer 38 of the electrode pad section 16, which is formed in the same layer and of the same material as the cavitation-resistant layer 35 made of Ir, through a through hole 37 formed in the insulating protective layer 34. In this embodiment, as described above, the upper layer 38 of the electrode pad section 16 and the cavitation-resistant layer 35 on the heating element 31 are formed simultaneously (in the same manufacturing process). This makes it possible to reduce the manufacturing load. However, as long as the upper layer 38 of the electrode pad section is formed of iridium or an iridium alloy, they may be formed in separate processes. The wiring lead-out layer 36 constituting the lower layer of the electrode pad section 16 may be an extension of a part of a wiring layer (not shown) or may be formed separately.
With regard to the layered structure of the electrode pad portion 16, the side electrically connected to the outside is referred to as the top or front, and the opposite side is referred to as the bottom, and these tops and bottoms do not change depending on the position of the substrate 10 for the liquid ejection head.

電極パッド部16の上層38を形成する材料は、Irとなる(Irを含む)ため、後工程である吐出口形成材料の製造工程で使用する酸やアルカリ、または有機系の剥離液への耐性(耐薬品性)があり、溶解しにくい。また、コストの観点から、電極パッド部16の上層38の形成後であって、図2(b)に示すワイヤーボンディングを実施する前に素子基板の電気検査を実施して、不良チップを実装しないようにしている。ワイヤーボンディングやリードボンディングなどによって電極パッド部16は外部基板との電気接続が行われる。 The material forming the upper layer 38 of the electrode pad portion 16 is Ir (containing Ir), so it is resistant (chemical resistant) to acids, alkalis, or organic stripping liquids used in the subsequent manufacturing process of the ejection port forming material, and is not easily dissolved. Also, from the perspective of cost, after the formation of the upper layer 38 of the electrode pad portion 16 and before performing the wire bonding shown in FIG. 2(b), an electrical inspection of the element substrate is performed to prevent the mounting of defective chips. The electrode pad portion 16 is electrically connected to an external substrate by wire bonding, lead bonding, or the like.

図4は、電気検査のタイミングを説明するフローチャートである。(a)は電極パッド部16の形成後であって吐出口形成部材12等の形成前に電気検査を実施する形態、(b)は吐出口形成部材12等の形成後、ワイヤーボンディングを実施する前に電気検査を実施する形態を示す。 Figure 4 is a flow chart explaining the timing of electrical testing. (a) shows a form in which electrical testing is performed after the electrode pad portion 16 is formed and before the formation of the ejection port forming member 12, etc., and (b) shows a form in which electrical testing is performed after the ejection port forming member 12, etc. are formed and before wire bonding is performed.

従来のアルミパッドの場合、図10に示したとおり、電気検査によるプロービングにより大きな凹凸であるプローブ痕105が発生していた。一方、本実施形態のパッド構成においては、絶縁保護層上の上層38がアルミと比べて硬度が高いIrからなる層であるため、電気検査でのプロービングにおいても、プローブ痕がつかず、平坦性が維持される。 In the case of conventional aluminum pads, as shown in FIG. 10, probing during electrical testing would leave large unevenness, i.e., probe marks 105. On the other hand, in the pad configuration of this embodiment, the upper layer 38 on the insulating protective layer is made of Ir, which has a higher hardness than aluminum, so that even when probing during electrical testing, no probe marks are left and flatness is maintained.

図2(b)に、ワイヤーボンディング後のパッド部16付近の断面模式図を記載する。図2(b)のように、パッド部16表面の平坦性が維持されているため、ワイヤーボンディングでの接続性や電気的信頼性の悪化を、従来の電極パッド構成のようにプローブ痕を埋め隠したり、除去したりする工程をいれたりせずに、抑制することができる。また、上記のように電気検査を実施しても電極パッド部16の平坦性が維持できるため、プロービング領域104上にボンディングすることも可能となる。このため、従来のALパッドのようにプロービング領域104とボンディング領域を分ける必要もなく、電極パッド部16の面積を小さくすることも可能である。
また、パッド部16の上層38が常温の大気雰囲気中において自然酸化膜を形成しない貴金属膜であるIrで構成されているため、製造工程において上層38の上面の酸化膜を除去するような工程を行わなくてもよく、製造工程の負荷を抑えられる。
FIG. 2(b) shows a schematic cross-sectional view of the vicinity of the pad portion 16 after wire bonding. As shown in FIG. 2(b), the flatness of the surface of the pad portion 16 is maintained, so that the deterioration of the connectivity and electrical reliability in wire bonding can be suppressed without the need for a process of burying or removing the probe marks as in the conventional electrode pad configuration. In addition, since the flatness of the electrode pad portion 16 can be maintained even when an electrical inspection is performed as described above, it is also possible to bond on the probing region 104. Therefore, there is no need to separate the probing region 104 and the bonding region as in the conventional AL pad, and it is also possible to reduce the area of the electrode pad portion 16.
Furthermore, since the upper layer 38 of the pad portion 16 is made of Ir, which is a precious metal film that does not form a natural oxide film in the air at room temperature, there is no need to perform a process to remove the oxide film on the top surface of the upper layer 38 during the manufacturing process, thereby reducing the load on the manufacturing process.

電極パッド部16の構成は、本実施形態に示す単層構造の上層38を有する構成に限定されず、多層構造の上層38を有する構成でもよい。多層構造とする場合、プロービングの実施される面がイリジウム又はイリジウム合金を含む層であればよい。また、プロービングは、配線取出し層36のような下層の配線層のない領域(電極パッド部16の中央付近)で行われることが好ましい。但し、絶縁保護層34の厚みによっては、下層への影響なくプロービングを実施することが可能となることから、プロービング領域の下方に電極パッド部の下層である配線層36が配置されていてもよい。 The configuration of the electrode pad section 16 is not limited to the configuration having the upper layer 38 of a single layer structure shown in this embodiment, but may be a configuration having an upper layer 38 of a multi-layer structure. In the case of a multi-layer structure, it is sufficient that the surface on which probing is performed is a layer containing iridium or an iridium alloy. In addition, probing is preferably performed in an area (near the center of the electrode pad section 16) where there is no lower wiring layer such as the wiring extraction layer 36. However, depending on the thickness of the insulating protection layer 34, it may be possible to perform probing without affecting the lower layer, so the wiring layer 36, which is the lower layer of the electrode pad section, may be arranged below the probing area.

図5は、電極パッド部16の上層38と耐キャビテーション層35が第1層のTa膜(35a及び38a)と第2層のIr膜(35b及び38b)の二層の積層構造からなる第2の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の断面図を示している。図5は、図2(a)に対応する図であり、吐出口形成部材12を省略して示している。このようにTa膜35aを配置することで、絶縁保護層34と耐キャビテーション層35との密着性を向上させることが可能になる。 Figure 5 shows a cross-sectional view of a liquid ejection head substrate according to a second embodiment, in which the upper layer 38 of the electrode pad portion 16 and the cavitation-resistant layer 35 are made of a two-layer laminate structure of a first layer of Ta film (35a and 38a) and a second layer of Ir film (35b and 38b). Figure 5 corresponds to Figure 2(a), and the ejection port forming member 12 is omitted. By arranging the Ta film 35a in this manner, it is possible to improve the adhesion between the insulating protection layer 34 and the cavitation-resistant layer 35.

図6は電極パッド部16の上層38と耐キャビテーション層35が三層の積層構造からなる第3の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の断面図であり、図2(a)に対応する図である。この積層構造は、第1層のTa膜(35a及び38a)、第2層のIr膜(35b及び38b)および第3層のTa膜(35c及び38c)からなる。さらにこの積層構造を覆って、吐出口形成部材と基板との密着性を向上する密着向上層39を配置している。電極パッド部16及び発熱素子31上では、密着向上層39を開口し、第3層のTa膜(35c及び38c)を除去して第2層のIr膜(35b及び38b)を露出させている。この際、製造負荷の観点から、密着向上層39と第3層のTa膜(35c及び38c)を同じ製造工程にて除去することが好ましい。すなわち、本実施形態は、三層の積層構造のうち、電極パッド部16及び発熱素子31を覆う耐キャビテーション層35として利用される層は、第1層及び第2層の二層となる。この場合も電極パッド部16では、プローブ痕の発生しにくいIr膜が表面に露出しており、この面に対してプロービングを行うことでプローブ痕を抑制した電極パッドが得られる。 Figure 6 is a cross-sectional view of a liquid ejection head substrate according to a third embodiment in which the upper layer 38 of the electrode pad portion 16 and the cavitation-resistant layer 35 are made of a three-layer laminated structure, and corresponds to Figure 2 (a). This laminated structure is made of a first layer of Ta film (35a and 38a), a second layer of Ir film (35b and 38b), and a third layer of Ta film (35c and 38c). Furthermore, an adhesion improving layer 39 is arranged to cover this laminated structure and improve the adhesion between the ejection port forming member and the substrate. On the electrode pad portion 16 and the heating element 31, the adhesion improving layer 39 is opened, and the third layer of Ta film (35c and 38c) is removed to expose the second layer of Ir film (35b and 38b). At this time, from the viewpoint of manufacturing load, it is preferable to remove the adhesion improving layer 39 and the third layer of Ta film (35c and 38c) in the same manufacturing process. That is, in this embodiment, of the three-layer laminate structure, the layers used as the cavitation-resistant layer 35 that covers the electrode pad portion 16 and the heating element 31 are the first and second layers. In this case, too, the Ir film, which is less likely to cause probe marks, is exposed on the surface of the electrode pad portion 16, and by probing this surface, an electrode pad that suppresses probe marks can be obtained.

さらに、発熱素子31上及び電極パッド部16上以外の任意の領域に上層のTa膜35cを配置しておくことで、低抵抗な電気配線としても利用することができ、回路のレイアウトの自由度が向上する。ただし、この際、ウエハの反り量を低減すべく、上層のTa膜35cの膜厚は200nm以下であることが好ましい。また、電気抵抗の観点を加味すると、上層のTa膜35cの膜厚は50nm以上200nm以下であることがより好ましい。 Furthermore, by disposing the upper layer Ta film 35c in any area other than on the heating element 31 and the electrode pad portion 16, it can also be used as low-resistance electrical wiring, improving the freedom of circuit layout. However, in this case, in order to reduce the amount of warping of the wafer, it is preferable that the thickness of the upper layer Ta film 35c is 200 nm or less. Also, taking into account the electrical resistance, it is more preferable that the thickness of the upper layer Ta film 35c is 50 nm or more and 200 nm or less.

密着向上層39としては、絶縁保護層34よりも吐出口形成部材12との密着性が向上する層で、絶縁性の材料であれば特に限定されない。例えば、SiCやSiCNなどの無機材料が好ましく使用できる。 The adhesion improving layer 39 is a layer that improves adhesion with the discharge port forming member 12 more than the insulating protective layer 34, and is not particularly limited as long as it is made of an insulating material. For example, inorganic materials such as SiC and SiCN are preferably used.

図6に示すように、スルーホール37の上側の部分に位置する第3層のTa膜38cを残すような構成とすると、スルーホール37に伴って生じる段差をカバーして平坦性を確保できる。
なお、電極パッド部16では、第3層のTa膜38cは図8(a)に示すようにさらに除去してパッド面積を拡張してもよい。具体的には、図8(a)では、図6に示す構成に対し、配線取出し層36やスルーホール37の上側のTa膜38cが除去された構成となっている。
また、図6では、電極パッド部16及び耐キャビテーション層35を共通の積層構成としているが、Ir膜が共通であれば(同じ製造工程で形成されていれば)、積層構成が全て共通でなくてもよい。例えば、本実施形態の変形例を示す図8(b)では、電極パッド部16は第1層のTa膜38a及び第2層のIr膜38bで構成し、耐キャビテーション層35は第1層のTa膜35a、第2層のIr膜35b、及び第3層のTa膜35cで構成している。この変形例では、発熱素子31を保護する観点から耐キャビテーション層35の最表層をTa膜としつつ、電極パッド部16は電気検査のプローブ痕を抑制するために、電極パッド部16の最表層をIr膜としている。
As shown in FIG. 6, if the third layer Ta film 38c located above the through hole 37 is left, the step caused by the through hole 37 can be covered and flatness can be ensured.
In the electrode pad portion 16, the third layer of Ta film 38c may be further removed to expand the pad area as shown in Fig. 8(a). Specifically, in Fig. 8(a), the Ta film 38c above the wiring extraction layer 36 and the through hole 37 is removed from the configuration shown in Fig. 6.
6, the electrode pad portion 16 and the cavitation-resistant layer 35 have a common laminated structure, but as long as the Ir film is common (formed in the same manufacturing process), the laminated structure does not have to be the same. For example, in FIG. 8(b) showing a modification of this embodiment, the electrode pad portion 16 is composed of a first layer of Ta film 38a and a second layer of Ir film 38b, and the cavitation-resistant layer 35 is composed of a first layer of Ta film 35a, a second layer of Ir film 35b, and a third layer of Ta film 35c. In this modification, the outermost layer of the cavitation-resistant layer 35 is a Ta film from the viewpoint of protecting the heating element 31, while the outermost layer of the electrode pad portion 16 is an Ir film to suppress probe marks during electrical testing.

また、図9は本発明を適用可能な第4の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の模式的断面図を示す。図9では、図6で示すような構成に対して、電極パッド部16に金(Au)を含む接続部材40を配置した構成を示している。Auを含む接続部材40を配置することで、主に金線からなるワイヤー部材との接続信頼性がさらに向上する。接続部材としては従来の金バンプと同様な方法で形成することができるが、厚膜化する必要がないため、スパッタ法など真空装置で成膜により容易に薄膜として形成することができる。また、Ir膜と金層との間にTiWなどのバリアメタル層を形成しておいてもよい。これにより、金の下層への拡散が抑制される。
なお、電極パッド部16を構成するIr膜38bが接続部材40の金の下層への拡散を抑制することが可能であるため、TiWなどをバリアメタル層として別途設けなくてもよい。すなわち、接続部材40の下面がIr膜と接するように設けられていればよい。このような構成は、製造コストを抑制可能である点において好ましい。また、TiWなどのバリアメタル層を用いると、その構成によってはバリアメタル層が製造過程に用いられる溶剤によって溶解する恐れがあるが、Ir膜38bであればそのような溶剤に対する耐性があり、溶解の懸念がない点においても好ましい。
9 shows a schematic cross-sectional view of a liquid ejection head substrate according to a fourth embodiment to which the present invention can be applied. In FIG. 9, a configuration in which a connection member 40 containing gold (Au) is arranged on the electrode pad portion 16 is shown in comparison with the configuration shown in FIG. 6. By arranging the connection member 40 containing Au, the connection reliability with the wire member mainly made of gold wire is further improved. The connection member can be formed in the same manner as a conventional gold bump, but since it is not necessary to make it a thick film, it can be easily formed as a thin film by film formation in a vacuum device such as a sputtering method. In addition, a barrier metal layer such as TiW may be formed between the Ir film and the gold layer. This suppresses the diffusion of gold into the lower layer.
In addition, since the Ir film 38b constituting the electrode pad portion 16 can suppress the diffusion of gold of the connection member 40 to the lower layer, it is not necessary to separately provide a barrier metal layer such as TiW. In other words, it is sufficient that the lower surface of the connection member 40 is provided so as to be in contact with the Ir film. Such a configuration is preferable in that it is possible to suppress manufacturing costs. In addition, when a barrier metal layer such as TiW is used, depending on the configuration, the barrier metal layer may be dissolved by a solvent used in the manufacturing process, but the Ir film 38b is resistant to such a solvent and is preferable in that there is no concern of dissolution.

本発明は、前述の通り電極パッド部16の厚膜化を抑制することが目的であり、接続部材40の厚みは500nm以下で十分である。下限については特に限定されないが、50nm以上が好ましく、100nm以上がより好ましい。また、吐出口形成部材12における吐出口13の形成面(吐出口面)よりも接続部材40の上面を低くすることが好ましい。これにより、電極パッド部16の厚みやこれを被覆する封止剤によって阻害されることなく、吐出口12の形成面と紙などの記録媒体との距離を短くすることができ、画像品質の向上を図ることができるためである。 As described above, the purpose of the present invention is to prevent the electrode pad portion 16 from becoming thick, and a thickness of 500 nm or less is sufficient for the connection member 40. There is no particular lower limit, but 50 nm or more is preferable, and 100 nm or more is more preferable. In addition, it is preferable to make the upper surface of the connection member 40 lower than the formation surface (discharge port surface) of the discharge port 13 in the discharge port forming member 12. This makes it possible to shorten the distance between the formation surface of the discharge port 12 and a recording medium such as paper without being hindered by the thickness of the electrode pad portion 16 or the sealant that covers it, thereby improving image quality.

以下に耐キャビテーション層35および電極パッド部16の構成に関する具体的な実施例を、図面を用いて説明する。 Specific examples of the configuration of the cavitation-resistant layer 35 and the electrode pad portion 16 are described below with reference to the drawings.

(実施例1)
本実施例では、上記実施形態と同様に耐キャビテーション層35にIr膜を用いた場合の構成及び製造方法に関し、図3を用いて説明する。
図3は、本実施形態の製造工程を説明する工程断面図である。
駆動素子(不図示)と駆動素子駆動用の配線(不図示)が形成された基板(不図示)上に、SiOからなる1μmの厚さの蓄熱層32を形成し、蓄熱層32の一部をドライエッチング法を用いて開口し、スルーホールを設けた。そのスルーホール内を充てんするように、タングステン(W)を用いて電極プラグ33を形成した(図3(a))。さらに、TaSiNからなるサーメット材料を15nmの厚さで形成し、その上にアルミニウムと銅の合金からなる配線電極層を形成し、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより配線取り出し層36と発熱素子31を形成した(図3(b))。配線取り出し層36の下層には、発熱素子31と同じ材料で接続層30を形成した。発熱素子31は15μm□の大きさになるように形成した。例えば、配線電極層とサーメット材料の積層をドライエッチングした後、サーメット材料上の配線電極層を除去し、さらに必要に応じてサーメット材料をドライエッチングして形成することができる。なお、電極プラグ33を介して、下層の駆動素子(不図示)と後工程で形成する発熱素子31及び配線電極層とが接続される構成としているが、発熱素子31への電気的接続は、電極プラグを用いる以外に配線電極層からの給電でも可能である。
Example 1
In this embodiment, a configuration and a manufacturing method in which an Ir film is used for the cavitation-resistant layer 35 as in the above embodiment will be described with reference to FIG.
3A to 3C are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of this embodiment.
A heat storage layer 32 made of SiO and having a thickness of 1 μm was formed on a substrate (not shown) on which a driving element (not shown) and wiring for driving the driving element (not shown) were formed, and a part of the heat storage layer 32 was opened by dry etching to provide a through hole. An electrode plug 33 was formed by using tungsten (W) so as to fill the through hole (FIG. 3(a)). Furthermore, a cermet material made of TaSiN was formed to a thickness of 15 nm, a wiring electrode layer made of an alloy of aluminum and copper was formed thereon, and a wiring take-out layer 36 and a heating element 31 were formed by photolithography and dry etching (FIG. 3(b)). A connection layer 30 was formed under the wiring take-out layer 36 using the same material as the heating element 31. The heating element 31 was formed to have a size of 15 μm square. For example, after dry etching the lamination of the wiring electrode layer and the cermet material, the wiring electrode layer on the cermet material was removed, and the cermet material was further dry etched as necessary to form the heating element 31. Note that the lower layer driving element (not shown) is configured to be connected to the heating element 31 and the wiring electrode layer to be formed in a later process via the electrode plug 33, but the electrical connection to the heating element 31 can also be made by supplying power from the wiring electrode layer in addition to using the electrode plug.

続いて、発熱素子31および配線取出し層36を覆うように、SiNからなる絶縁保護層34を200nmの厚さで形成した(図3(c))。ここで、絶縁性の観点から絶縁保護層34の膜厚を200nmとしたが、100nm以上の厚さがあればよく、より好ましくは液体への熱伝導の観点から100nm以上500nm以下の厚さで形成されていればよい。次に、絶縁保護層34上に、フォトリソグラフィーによりマスク(不図示)を形成し、絶縁保護層34に配線取り出し層36の一部を露出するスルーホール37を形成した。 Next, an insulating protective layer 34 made of SiN was formed to a thickness of 200 nm to cover the heating element 31 and the wiring lead-out layer 36 (FIG. 3(c)). Here, the insulating protective layer 34 was set to a thickness of 200 nm from the viewpoint of insulation, but a thickness of 100 nm or more is sufficient, and more preferably, a thickness of 100 nm to 500 nm is sufficient from the viewpoint of thermal conduction to the liquid. Next, a mask (not shown) was formed on the insulating protective layer 34 by photolithography, and a through hole 37 was formed in the insulating protective layer 34 to expose a part of the wiring lead-out layer 36.

次に全面にイリジウム(Ir)からなる層を100nmの厚さで形成し、このIrからなる層をエッチングし、電極パッド部16の上層38と耐キャビテーション層35とを形成した(図3(d))。なお、Irの膜厚については、耐キャビテーション性を満足する厚みであればよく、20nm以上であることが好ましい。さらに、加工性の観点を加味すると、20nm以上300nm以下であることがより好ましい。また、電極パッド部16において、耐キャビテーション層35と同層に形成されるIrからなる上層38は配線取出し層36とスルーホール37を介して接続されており、電極パッド部16の最表層はIrが露出する構成とした。 Next, a layer of iridium (Ir) was formed to a thickness of 100 nm on the entire surface, and this Ir layer was etched to form the upper layer 38 of the electrode pad section 16 and the cavitation-resistant layer 35 (Figure 3 (d)). The thickness of the Ir film may be any thickness that satisfies the cavitation resistance, and is preferably 20 nm or more. Furthermore, taking into account the viewpoint of processability, it is more preferable that it is 20 nm or more and 300 nm or less. In addition, in the electrode pad section 16, the upper layer 38 made of Ir formed in the same layer as the cavitation-resistant layer 35 is connected to the wiring extraction layer 36 via a through hole 37, and the outermost layer of the electrode pad section 16 is configured so that Ir is exposed.

次に、基板に液体供給路やノズル材、また基板裏面側にカバープレートを形成した後(不図示)、電気検査を実施した。電気検査には、一般的なプローブである、先端径φ20μmのレニウムタングステン製プローブを用いた。また、プロービング時のオーバードライブ量は、60μmとした。電気検査後の電極パッド部16の表面をレーザー顕微鏡で観察したが、プロービングによる物理的損傷及び変形は発生していなかった。つまり、本実施例のように、電気的な検査を工程途中で行った場合においても、プロービングによる影響は観察されなかった。また、Irは、常温の大気雰囲気中において自然酸化膜を形成しない貴金属膜であるため、プロービングも安定して行うことができ、問題なく検査できた。 Next, after forming the liquid supply path and nozzle material on the substrate and forming a cover plate on the back side of the substrate (not shown), an electrical test was performed. A rhenium-tungsten probe with a tip diameter of φ20 μm, which is a common probe, was used for the electrical test. The overdrive amount during probing was set to 60 μm. The surface of the electrode pad portion 16 after the electrical test was observed with a laser microscope, but no physical damage or deformation due to probing occurred. In other words, even when the electrical test was performed during the process as in this embodiment, no effects due to probing were observed. In addition, Ir is a precious metal film that does not form a natural oxide film in the air at room temperature, so probing could be performed stably and the test was performed without any problems.

次に、電極パッド部16のIr上に、外部基板との電気接続のため、金からなるワイヤー部材41とワイヤーボンディング(図2(b))を行った。ワイヤーボンディングには、ボールボンディング方式、ウエッジボンディング方式等があるが、本実施例では、ボールボンディング方式とした。また、ワイヤー部材41の線径は、25μmのものを使用した。 Next, wire bonding (Fig. 2(b)) was performed on the Ir of the electrode pad portion 16 to connect electrically to an external substrate with a wire member 41 made of gold. There are ball bonding and wedge bonding methods for wire bonding, but in this example, the ball bonding method was used. The wire member 41 used had a wire diameter of 25 μm.

本実施形態においては、上記のように、プロービングによる電極パッド部16表面に物理的損傷や変形がないため、プロービングによるダメージがある場合と比較して、電極パッド部16の電気的な接続信頼性が向上する。また、プローブ痕を隠すための厚膜の形成が不要となることで、吐出の微小化に対応した液体吐出用ヘッドを提供することが可能となる。 In this embodiment, as described above, there is no physical damage or deformation to the surface of the electrode pad portion 16 due to probing, and therefore the electrical connection reliability of the electrode pad portion 16 is improved compared to the case where there is damage due to probing. In addition, since it is not necessary to form a thick film to hide the probe marks, it is possible to provide a liquid ejection head that can handle miniaturized ejection.

(実施例2)
本実施例においては、実施例1における耐キャビテーション膜35の構成を図5に示すように、上層のIr層35bと下層のTa層35aの二層構成とした。その他の工程については実施例1と同様の工程を経て、本実施例における液体吐出ヘッドを得た。なお、この際Ir層とTa層はそれぞれ70nm、30nmの膜厚で形成した。
このような構成とすることで、下層の絶縁保護層34と耐キャビテーション層35との密着性をさらに向上させ、より信頼性の高い液体吐出ヘッドが供給できた。
また、電極パッド部16では、図5に示すように、上層38として、Ta層35aと同層に形成された第1層38aとIr層35bと同層に形成された第2層38bの二層構成となっている。
Example 2
In this embodiment, the anti-cavitation film 35 in Example 1 was changed to a two-layer structure consisting of an upper Ir layer 35b and a lower Ta layer 35a, as shown in Fig. 5. The other steps were the same as those in Example 1, and the liquid ejection head in this embodiment was obtained. In this case, the Ir layer and the Ta layer were formed to have thicknesses of 70 nm and 30 nm, respectively.
With this configuration, the adhesion between the lower insulating protection layer 34 and the anti-cavitation layer 35 is further improved, providing a liquid ejection head with higher reliability.
In the electrode pad portion 16, as shown in FIG. 5, the upper layer 38 has a two-layer structure including a first layer 38a formed in the same layer as the Ta layer 35a and a second layer 38b formed in the same layer as the Ir layer 35b.

(実施例3)
図6は、本実施例の断面模式図、および、図7(a)~(c)は、本実施例の製造工程を説明するための断面工程図である。以下では実施例1との相違点について説明する。
実施例1と同様な基板を用意し、同一の工程で耐キャビテーション層35の形成前(図3(c))までを作製した。
その後、図7(a)に記載したように、本実施例では、耐キャビテーション層となる層を上から第3層のTa膜35cと、第2層のIr膜35b、第1層のTa膜35aの3層で形成した。なお、Ta膜35cの厚さは70nm、Ir膜35bの厚さは70nm、Ta膜35aの厚さは30nmとした。電極パッド部16も上層38として、Ta膜35aと同層の第1層38a、Ir膜35bと同層の第2層38b、Ta膜35cと同層の第3層38cの構成としている。
その上に吐出口形成部材12と基板との密着向上層39としてSiCNを200nmの厚さで基板全体を覆うように形成した(図7(b))。このような密着向上層39を配置することで、特に接液部に対する液体吐出ヘッドの信頼性がさらに向上する。
その後、発熱素子31上および電極パッド部16上の密着向上層39および上層のTa膜35c、第3層38cを、ドライエッチングにより除去し、Ir膜35b及び第2層38bを露出させた(図7(c))。この際も、エッチングする際に塩素ガス、またはフッ素ガスによる化学的エッチングを行うことで、Ir膜の膜厚を減少することなくIr表面を露出させることができる。
Example 3
7A to 7C are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of this embodiment. Differences from the first embodiment will be explained below.
A substrate similar to that in Example 1 was prepared, and the same process was used to fabricate the substrate up to the stage before the formation of the cavitation-resistant layer 35 (FIG. 3(c)).
7(a), in this embodiment, the cavitation-resistant layer was formed from three layers, from the top, the third layer Ta film 35c, the second layer Ir film 35b, and the first layer Ta film 35a. The thickness of the Ta film 35c was 70 nm, the thickness of the Ir film 35b was 70 nm, and the thickness of the Ta film 35a was 30 nm. The electrode pad portion 16 also had an upper layer 38, which was a first layer 38a in the same layer as the Ta film 35a, a second layer 38b in the same layer as the Ir film 35b, and a third layer 38c in the same layer as the Ta film 35c.
On top of that, a layer 39 for improving adhesion between the ejection port forming member 12 and the substrate was formed of SiCN to a thickness of 200 nm so as to cover the entire substrate (FIG. 7B). By providing such an adhesion improving layer 39, the reliability of the liquid ejection head is further improved, particularly with respect to the liquid contact portion.
Thereafter, the adhesion improving layer 39 on the heating element 31 and the electrode pad portion 16, and the upper layer Ta film 35c and the third layer 38c were removed by dry etching to expose the Ir film 35b and the second layer 38b (FIG. 7(c)). In this case, by performing chemical etching using chlorine gas or fluorine gas during etching, the Ir surface can be exposed without reducing the thickness of the Ir film.

本実施例では、パッド部の開口直後に、すなわち、図7(c)の後に基板の電気検査を実施した。実施例1に記載のように、本実施例においても、プロービング時の電極パッド部16の露出面がIrからなる第2層38bであり、第2層38bに物理的損傷や変形がないことを確認した。
実施例1と同様に、その後工程で、基板に液体供給路や吐出口形成部材、また基板裏面側にカバープレートを形成した。
その後、実施例1と同様に、電極パッド部16を金ワイヤーとボンディングを行った。本実施例は、実施例1および実施例2と同様に、プロービングによるダメージがある場合と比較して、電極パッド部16の電気的な接続信頼性が向上する。
In this embodiment, an electrical inspection of the board was performed immediately after the pad portion was opened, i.e., after Fig. 7(c) As described in the first embodiment, in this embodiment, too, it was confirmed that the exposed surface of the electrode pad portion 16 during probing was the second layer 38b made of Ir, and that the second layer 38b was not physically damaged or deformed.
As in Example 1, in the subsequent steps, liquid supply paths and ejection port forming members were formed in the substrate, and a cover plate was formed on the rear surface side of the substrate.
Thereafter, the electrode pad portion 16 was bonded to a gold wire in the same manner as in Example 1. In this example, similar to Examples 1 and 2, the electrical connection reliability of the electrode pad portion 16 is improved compared to the case where damage is caused by probing.

(実施例4)
図9は、本実施例の断面模式図である。
本実施例は、実施例3と同様に電極パッド部16を開口後(図7(c))の後に電気検査を実施した。さらに電極パッド部16のワイヤーボンディング時の接続信頼性を向上させるべく、液体供給路や吐出口形成部材12を形成する前に、電極パッド部16にAuからなる接続部材をスパッタ法により形成した。接続部材40の厚さを500nmとした。また、本構成において、接続部材とIrとの間にTiWからなるバリアメタル層(不図示)を挿入してもよい。
その後、実施例3と同様に液体供給路や吐出口形成部材12を形成し、最表層に金が露出した電極パッド部16と金からなるワイヤーを接続した。
本実施例において、電極パッド部の最表層とボンディング材が同一材料の金から形成されているため、他の実施例のIr最表層の電極パッド部より、より電気的な接続信頼性の高い構成となる。
Example 4
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of this embodiment.
In this embodiment, electrical testing was performed after opening the electrode pad portion 16 (FIG. 7(c)) in the same manner as in embodiment 3. Furthermore, in order to improve the connection reliability during wire bonding of the electrode pad portion 16, a connection member made of Au was formed on the electrode pad portion 16 by sputtering before forming the liquid supply path and the discharge port forming member 12. The thickness of the connection member 40 was set to 500 nm. In this configuration, a barrier metal layer made of TiW (not shown) may be inserted between the connection member and Ir.
Thereafter, in the same manner as in Example 3, a liquid supply path and a discharge port forming member 12 were formed, and a wire made of gold was connected to the electrode pad portion 16 having gold exposed on the outermost surface layer.
In this embodiment, the outermost layer of the electrode pad portion and the bonding material are made of the same material, gold, so that the configuration has higher electrical connection reliability than the electrode pad portion of the other embodiments, which has an Ir outermost layer.

10 液体吐出ヘッド用基板
11 基板
12 吐出口形成部材
13 吐出口
14 記録素子
16 電極パッド部
23 圧力室
31 発熱素子
32 蓄熱層
33 電極プラグ
34 絶縁保護層
35 耐キャビテーション層
36 電極パッド部下層(配線取出し層)
37 スルーホール
38 電極パッド部上層
39 密着向上層
40 接続部材
41 ワイヤー部材
10 Substrate for liquid ejection head 11 Substrate 12 Ejection port forming member 13 Ejection port 14 Recording element 16 Electrode pad portion 23 Pressure chamber 31 Heat generating element 32 Heat storage layer 33 Electrode plug 34 Insulating protective layer 35 Cavitation resistant layer 36 Lower layer of electrode pad portion (wiring lead layer)
37: through hole 38: upper layer of electrode pad portion 39: adhesion improving layer 40: connecting member 41: wire member

Claims (18)

液体を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱素子と、
該発熱素子に電気的に接続される、外部との電気接続のための電極パッド部と、
前記発熱素子を覆うように形成された耐キャビテーション層と、
を備えた液体吐出ヘッド用基板において、
前記電極パッド部は、イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層を備え、
前記耐キャビテーション層の少なくとも一部は、前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層と同じ材料で同層に設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
a heating element that generates thermal energy for discharging the liquid;
an electrode pad portion for electrical connection to an external device, the electrode pad portion being electrically connected to the heat generating element;
an anti-cavitation layer formed to cover the heating element;
A liquid ejection head substrate comprising:
the electrode pad portion includes a layer containing iridium metal or an iridium alloy,
A liquid ejection head substrate, wherein at least a portion of the cavitation-resistant layer is made of the same material as the layer containing iridium metal or iridium alloy and is provided in the same layer.
前記電極パッド部の最表層が前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層である、請求項1に記載の液体吐出ヘッド用基板。 The liquid ejection head substrate according to claim 1, wherein the outermost layer of the electrode pad portion is a layer containing the iridium metal or iridium alloy. 前記電極パッド部は最表層に金を含む接続部材を備える、請求項1に記載の液体吐出ヘッド用基板。 The liquid ejection head substrate according to claim 1, wherein the electrode pad portion has a connection member containing gold in the outermost layer. 前記接続部材は、500nm以下の膜厚の金を含む層により形成されている、請求項3に記載の液体吐出ヘッド用基板。 The liquid ejection head substrate according to claim 3, wherein the connection member is formed of a gold-containing layer having a thickness of 500 nm or less. 前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層が前記接続部材の下面と接する、請求項3または4に記載の液体吐出ヘッド用基板。 The liquid ejection head substrate according to claim 3 or 4, wherein the layer containing the iridium metal or iridium alloy is in contact with the lower surface of the connection member. 液体を吐出する液体吐出口が設けられた吐出口面を有する吐出口形成部材を備え、
前記接続部材の上面は前記吐出口面よりも低い位置にある、請求項3乃至5のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
a discharge port forming member having a discharge port surface on which a liquid discharge port for discharging a liquid is provided;
The liquid ejection head substrate according to claim 3 , wherein an upper surface of the connection member is located lower than the ejection port surface.
前記電極パッド部の前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層の膜厚は、20nm以上300nm以下である、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。 The liquid ejection head substrate according to any one of claims 1 to 6, wherein the layer containing the iridium metal or iridium alloy in the electrode pad portion has a thickness of 20 nm to 300 nm. 前記電極パッド部は、前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層の下層に形成され、前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層と前記発熱素子とを電気接続するための配線取出し層を備え、
前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層と前記配線取出し層とは、前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層と前記配線取出し層との間の絶縁保護層に形成されたスルーホールを介して接続される、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
the electrode pad portion includes a wiring lead-out layer formed under the layer containing iridium metal or iridium alloy and for electrically connecting the layer containing iridium metal or iridium alloy and the heat generating element,
8. A substrate for a liquid ejection head as described in any one of claims 1 to 7, wherein the layer containing iridium metal or iridium alloy and the wiring lead-out layer are connected via a through hole formed in an insulating protective layer between the layer containing iridium metal or iridium alloy and the wiring lead-out layer.
前記配線取出し層はアルミニウムを含む層である、請求項8に記載の液体吐出ヘッド用基板。 The liquid ejection head substrate according to claim 8, wherein the wiring lead-out layer is a layer containing aluminum. 前記配線取出し層にはプローブ痕が形成されていない、請求項8または9に記載の液体吐出ヘッド用基板。 The liquid ejection head substrate according to claim 8 or 9, in which no probe marks are formed on the wiring extraction layer. 前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層の、前記スルーホールに対応する位置に、前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層を覆う上層を備える、請求項8乃至10のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。 The liquid ejection head substrate according to any one of claims 8 to 10, further comprising an upper layer covering the layer containing iridium metal or iridium alloy at a position of the layer containing iridium metal or iridium alloy corresponding to the through hole. 基板上に液体を吐出するためのエネルギーを発生する素子を形成する工程と、
前記素子に電気的に接続される、外部との電気接続のための電極パッド部であって、イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層を備える電極パッド部を形成する工程と、
を有し、
前記電極パッド部と外部との電気接続より前に、前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層にプロービングを行って電気検査を実施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。
forming an element that generates energy for ejecting liquid on a substrate;
forming an electrode pad portion for electrical connection to an external device, the electrode pad portion including a layer containing iridium metal or an iridium alloy, the electrode pad portion being electrically connected to the element;
having
A method for manufacturing a substrate for a liquid ejection head, comprising the steps of: probing the layer containing iridium metal or iridium alloy to carry out an electrical test prior to electrical connection of the electrode pad portion with an external device;
前記素子が発熱素子であり、該発熱素子を覆うように耐キャビテーション層を形成する工程を有し、
前記電極パッド部の前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層が、該耐キャビテーション層の少なくとも一部と同層に同じ材料を用いて形成される、請求項12に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
the element is a heating element, and a step of forming an anti-cavitation layer to cover the heating element is included;
The method for manufacturing a substrate for a liquid ejection head according to claim 12, wherein the layer containing the iridium metal or the iridium alloy of the electrode pad portion is formed in the same layer and using the same material as at least a part of the cavitation-resistant layer.
液体を吐出する液体吐出口を有する吐出口形成部材を形成する工程を有する、請求項12または13に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 The method for manufacturing a substrate for a liquid ejection head according to claim 12 or 13, comprising a step of forming an ejection port forming member having a liquid ejection port for ejecting liquid. 前記電気検査が、前記吐出口形成部材を形成する工程の前に実施される、請求項14に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 The method for manufacturing a liquid ejection head substrate according to claim 14, wherein the electrical inspection is performed before the step of forming the ejection port forming member. 前記電気検査が、前記吐出口形成部材を形成する工程の後に実施される、請求項14に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 The method for manufacturing a liquid ejection head substrate according to claim 14, wherein the electrical inspection is performed after the step of forming the ejection port forming member. 前記電気検査の後に、金を含む接続部材を前記電極パッド部の前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層の上に形成する工程を有する、請求項12乃至16のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 The method for manufacturing a substrate for a liquid ejection head according to any one of claims 12 to 16, further comprising the step of forming a connection member containing gold on the layer containing iridium metal or iridium alloy of the electrode pad portion after the electrical inspection. 前記電極パッド部を形成する工程は、前記素子と前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層とを電気接続するための配線取出し層を形成する工程と、前記配線取出し層を形成する工程の後に前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層を形成する工程と、を含む、請求項12乃至17のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 The method for manufacturing a substrate for a liquid ejection head according to any one of claims 12 to 17, wherein the step of forming the electrode pad portion includes a step of forming a wiring lead-out layer for electrically connecting the element and the layer containing the iridium metal or the iridium alloy, and a step of forming the layer containing the iridium metal or the iridium alloy after the step of forming the wiring lead-out layer.
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