JPH0767804B2 - サーマル式インクジェットプリントヘッド及びその製造方法 - Google Patents

サーマル式インクジェットプリントヘッド及びその製造方法

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JPH0767804B2
JPH0767804B2 JP3041217A JP4121791A JPH0767804B2 JP H0767804 B2 JPH0767804 B2 JP H0767804B2 JP 3041217 A JP3041217 A JP 3041217A JP 4121791 A JP4121791 A JP 4121791A JP H0767804 B2 JPH0767804 B2 JP H0767804B2
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    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
    • B41J2/14072—Electrical connections, e.g. details on electrodes, connecting the chip to the outside...
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は概してサーマル式インク
ジェットプリンティングに関するものであり、特に、新
規なサーマル式インクジェットプリントヘッド及び独特
な縦型方向搭載構造を用いてプリントヘッド内の同一チ
ップ上でインクジェット抵抗器デバイスをドライバパル
スＭＯＳデバイスに集積させることによってプリントヘ
ッドを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】サーマル式インクジェットプリンティン
グの概念は、これまでにも種々の雑誌において論じられ
てきた。ヒューレット・パッカード・ジャーナル（Hewl
ett Packard Journal ）では、１９８５年５月版及び１
９８８年８月版に、プリントヘッドの製造、カラーイン
クジェットプリンタヘッド及び第二世代型インクジェッ
トチップ構造に関する他の表題と同様にインクジェット
プリンティングの概念についての画期的な記事が掲載さ
れている。
【０００３】図１は従来技術のサーマル式インクジェッ
ト構造を示している。インクジェットは、薄い熱酸化シ
リコン層１０を備えたシリコン基板１１に配置されてい
る。
【０００４】サーマル式インクジェットプリントヘッド
の製造において、基本的なサーマル式インクジェットデ
バイス構造はタンタル・アルミニウム又は２ほう化ハフ
ニウムなどの抵抗性材料からできた抵抗体１７上にアル
ミニウム又はアルミ銅の素地面１９から成るヒータ領域
１６である。抵抗体１７と素地面１９はともに標準フォ
トリトグラフィ法を用いて画定されている。抵抗性及び
金属の膜の被着はスパッタリング法、又は、アルミニウ
ム及び銅については蒸着法が用いられる。アルミニウム
素地面は各抵抗器を横切って電流パルスを運ぶ。
【０００５】抵抗体１７および素地面１９が画定される
と、窒化シリコン又は炭化シリコンの膜２１が被着さ
れ、インクによる化学浸食からヒータレジスタ構造を保
護するための障壁層としてのはたらきをすることはすで
に知られている。通常では、インクはインクジェットチ
ップの後部の貯蔵器に蓄えられており、アクセスホール
を通って、重力及び毛管作用によってヒータ領域１６を
被膜する障壁層上部の第二次貯蔵領域に移送される。さ
らに、有機系オーバーコート２５が、ヒータレジスタ１
６のインクからの保護を強化することも知られている。
このような障壁層２１及び２５が非常に重要であるの
は、インクに腐食作用があるからである。従って、これ
らは化学的に不活性で、且つ対インク耐浸性が高くなけ
ればならない。一旦障壁層が形成されると、チップはプ
リントヘッド内への配置準備状態となる。典型的には、
プリンタ内で他の電子回路素子との連結は、相互連結パ
ッド２９に結合されるフレックス回路を使用することに
よって行なわれる。プリンタの回路素子間にはヒータ抵
抗器を発火させるドライバパルス回路がある。
【０００６】ドライバ回路素子の主な機能は電源からの
入力電圧を上げることである。通常、このような集積ド
ライブ回路素子チップは、ＢｉＭＯＳ−IIのようなバイ
ポーラとＭＯＳデバイスとの組み合わせ、又はすべての
ＭＯＳデバイスを備えている。ＢｉＭＯＳ（バイポーラ
ＭＯＳ）回路素子は、バイポーラ・オープン−コレクタ
・ダーリントン出力、データ・ラッチ、シフトレジスタ
及び制御回路素子を形成するように配置してもよい。
【０００７】プリントヘッド内で機能を連続的に集積し
た場合のインクジェットプリントヘッド製造への関心は
高まってきている。これを推進しているのは電子工学的
集積法のすべての場合と同様、スペースの考慮によるも
のである。全体的なエレクトロニクス及びプリンタのサ
イズが縮小出来れば、プリンタのコストを下げることが
できる。こうした集積法は多くの特許の中で言及されて
いる。ヘス(Hess)の米国特許第４７１９４７７号ではイ
ンクジェットデバイスのマルチレベルのメタライゼーシ
ョン機構によるドライバパルス回路素子への相互連結方
法を概略述べている。ホーキンス(Hawkins) の米国特許
第４５３２５３０号では、ポリシリコン抵抗体材料を用
いてインクジェットレジスタと関連ＭＯＳ回路素子の相
互連結を同時に製造することを論じている。同じような
点において、バッサウス(Bassous) 等の米国特許第３９
４９４１０号では集積半導体回路処理工程の手順にした
がってシリコンブロックとの集積により確立される同期
信号を得るための回路素子を説明している。
【０００８】しかし、従来技術に示された案はパルスド
ライバ回路素子にインクジェットレジスタを縦型に集積
させるためのものではない。従来技術の案では機能一体
結合のための水平もしくは横方向の方法を求めており、
チップサイズを大きく増加させるので、従って製造コス
トも高くなる。チップサイズの増加を改善するためにＭ
ＯＳドライバ回路素子の寸法を縮小することができる
が、半導体製造では寸法を縮小すると生産性が低下す
る、即ち、価格が高くなるという現状である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の主要
目的は新たに改善されたサーマル式インクジェットプリ
ンタヘッド構造及びプリンタＭＯＳドライバ回路素子を
インクジェットヒータレジスタに同一チップ上で縦型集
積させる製造方法を提供することにある。
【００１０】本発明のほかの目的は、インクジェットプ
リントヘッドプリンタの製造コストを軽減することにあ
る。
【００１１】本発明のさらにほかの目的は、プリンタＭ
ＯＳドライバ回路素子の寸法を縮小せずに、サーマル式
インクジェットプリントヘッド構造のチップサイズを最
小限に保つことにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、ここで提案されている発明は、デバイスの各タイ
プがチップの異なる領域にあるデバイスの横方向集積と
は反対に、金属酸化シリコン電界効果トランジスタ（Ｍ
ＯＳＦＥＴ）のドライバ回路素子及びインクジェットデ
バイスが同じチップの領域に位置するようにこれら２つ
のデバイスを縦型に集積させることにより、当該技術の
他の方法とは異なるものである。バイポーラ−金属酸化
シリコン（ＢｉＭＯＳ）の回路素子はドライバ回路素子
として代用することができる。本発明においてデバイス
の２つの層は酸化シリコンの熱障壁によって分離されて
いる。複数レベルのメタライゼーション処理を用いて、
ＭＯＳドライバ回路素子の出力とインクジェットデバイ
スとが連結される。これら２つの構造を縦型に積み上げ
ることの利点は、プリンタヘッドのチップサイズが、プ
リンタＭＯＳ回路素子の寸法を縮小することなく、従来
技術構造とほぼ同じサイズを確保できる点にある。
【００１３】まず、本発明の方法に従って、パルスドラ
イバ回路素子がシリコン基板上に製作される。既定の半
導体加工技術を用いてＭＯＳ及び／又はバイポーラ回路
素子が製作される。ドライバ回路素子のメタライゼーシ
ョン最終レベルが完了すると、低温ＣＶＤ酸化物（４０
０℃未満）のパッシベーションの層のような熱障壁が形
成される。このパッシベーションの層は好ましい熱障壁
になるための十分な膜厚（約３〜４ミクロン）がなけれ
ばならない。熱障壁が形成されると、当該障壁はプレー
ナ化されて、インクジェットデバイス製造用のプレーナ
表面が提供される。次に、抵抗性材料は好ましくはスパ
ッタリング法によって被着され、そして標準フォトリト
グラフィ法を用いてパターン化される。この工程の完了
後、コンタクトホールが障壁層内にエッチングされてＭ
ＯＳパルスドライバ回路素子の入・出力の両方に対し開
口部が得られる。つぎに、アルミニウムのような伝導材
料は、コンタクトホールを通じてドライバ回路素子出力
に接触しヒータレジスタ領域を画定するように被着且つ
フォトリトグラフィ法によりパターン化される。さら
に、有機系オーバーコートが被着され、且つ適宜パター
ン化されてレジスタ領域の上側及びパルスドライバ回路
素子入力に対し開口部を備えてもよい。これらの工程が
完了すると、ゴールドタブバンプ又はその他の接着方法
を提供するために標準工程を使用してＭＯＳドライバ回
路素子入力をプリンタ回路素子に対するフレックス回路
に連結するものである。
【００１４】
【実施例】標準インクジェット用の通常の基板は研磨さ
れたシリコンウエハであって、その上に熱酸化物が生成
される。本発明ではインクジェットデバイスの製造前に
ＭＯＳパルスドライバ回路素子がまずシリコン基板上に
組み立てられる。このパルスドライバ回路素子を組み立
てるにはHill Book Company, 1983 、セー・マッグロー
(Sze McGraw)編、半導体製造技術における標準テキスト
であるVLSI Technology において概略論じられている標
準工程を使用するものである。ＭＯＳＦＥＴデバイスを
組立てる基本的製造工程にはイオン注入法、拡散法、酸
化法等周知の工程も含まれている。ポリシリコンゲート
及びソース／ドレイン領域を使用することによってトラ
ンジスタが画定される。画定されると、デバイス同士は
基本メタライゼーション工程によって連結される。
【００１５】引き続き図２について論じる際にインクジ
ェットプリントヘッド構造について述べる。そして図３
Ａ〜３Ｅを参照して当該構造を組み立てるのに使用され
る種々の製造工程をより詳細に述べるものとする。
【００１６】図２を参照すると、パルスドライバＭＯＳ
回路素子のパターン化されたメタライゼーション層１３
の最終レベルはシリコン基板１１上に描かれる。熱障壁
層１５は、低温の化学蒸着法（ＣＶＤ）から形成される
のが好ましく、パターン化されたメタライゼーション層
１３に被着されている。そして、この熱障壁層１５はプ
レーナ化されてインクジェットデバイスのヒータ素子用
の平面基板を提供する。抵抗性材料層１７を被着及びフ
ォトリトグラフィ法でパターン化することにより、ヒー
タ領域１６が画定される。抵抗性材料１７がパターン化
されたあと、レジスト被膜が被着され、露光され、さら
に成長が為される。そして、酸化物内の開口部の既定の
ＲＩＥ技法（反応性イオンエッチング）を使ってエッチ
ングされ、ドライバ回路素子出力のインクジェットデバ
イス２０への連結及びドライバ回路素子１８への電流入
力のためのコンタクトホールを設けるものである。伝導
層１９は、通常はアルミニウムのような金属層であり、
被着且つフォトリトグラフィ法でパターン化されてい
る。伝導層１９はドライバ回路素子層１３の出力からヒ
ータ領域１７へ電流パルスを運ぶだけでなく、図２に示
されているようにヒータ領域１６を幾何学的に画定して
いる。つぎに、それぞれ窒化シリコンと炭化シリコンで
できた障壁層２１、２３が被着される。希望により追加
有機系障壁２５を付着且つパターン化することもでき
る。最後に、ゴールド・タブ（ＴＡＢ、テープ自動ボン
ディング）・バンプ２７を製作し、ＭＯＳドライバ回路
素子のパターン化されたメタライゼーション層１３への
フレックス回路連結による入力を提供する。
【００１７】図３Ａ〜図３Ｅには、図２の構造を製造す
るのに必要な種々のプロセス工程が細部にわたって詳細
に述べられている。図３Ａでは、好ましくは低温（４０
０℃以下）ＣＶＤ法による酸化シリコンから成る熱障壁
層１５は５ミクロンの膜厚で被着されている。ＣＶＤ酸
化物を選択するにあたっては、被膜が低誘導率であり、
真性ストレスが低いことが要件である。ＡＭＥ５０００
あるいはＴｈｅｒｍｃｏＣＶＤチューブのような工具を
使って低温ＣＶＤ酸化物を被着することができる。ＡＭ
Ｅ５０００を使用した場合、２つの異なったプロセスが
利用できる。まず、テトラエチルオキシラン（ＴＥＯ
Ｓ）とオゾン（Ｏ3 ）を４００℃のチャンバ内で混合す
ることによって熱酸化物を被着させる。つぎに、テトラ
エチルオキシラン（ＴＥＯＳ）と酸素を使ったプラズマ
工程ではわずかに低温の３３０℃で濃度の高い酸化物を
生産する。ＣＶＤチューブはシランと酸素を反応物とし
て使用し、低温酸化物（ＬＴＯ）を４００℃で被着する
ことができる。これら従来技術のどの工程でも熱障壁に
必要とされる酸化物を提供することができる。ＣＶＤ酸
化物は、ストレスが低いこと及び誘導特性があることに
より好ましいものとされるが、酸化窒素、酸化アルミニ
ウム（Al2O3 ）、窒化シリコン（Si3N4 ）、あるいは炭
化シリコン（SiC ）等ほかの膜と置換してもよい。この
ような膜は、低温デポジション（４００℃以下）に適
し、及び十分な電気特性を提供するという程度において
置換する必要がある。熱障壁はＭＯＳデバイスとの集積
の有無にかかわらず、インクジェットチップの重要構成
要素である。この熱障壁は不活性、平坦面を有し、真性
ストレスが小さく、及び熱伝導性が低くなければならな
い。その機能は、インクジェットレジスタによって生じ
た熱を集中させ、インク中の水分を蒸化させることをめ
ざしている。同時に、熱障壁は「サーマル・ギャップ」
として、低レベル且つ長期間での熱拡散を許容する機能
をもたねばならない。この発明では基礎的なＭＯＳデバ
イスがインクジェットデバイスの熱の影響から保護され
なければならないので、特に重要である。実験によれ
ば、３〜４ミクロンの二酸化シリコンの膜厚がこのよう
な条件を十分に満たしていることがわかる。通常のイン
クジェットの温度上昇は安定状態で連続使用の間は６０
℃未満である。二酸化シリコンではすぐれた結果が得ら
れるけれども、酸化窒素などのほかの材料でも、概略さ
れた用件を満たすのであれば、使用してもよい。
【００１８】そして熱障壁層１５は当該技術の周知の方
法を用いて、プレーナ化される。可能なプレーナ方法と
しては、機械あるいは化学機械研磨法、イオンビームに
よる研磨法、反応イオンビーム補助エッチング及び反応
イオンエッチングがある。このようなプレーナ方法は周
知技術であり、プロセスの複雑度とプロセス工具の価格
は異なるものである。化学機械研磨法が好ましいプレー
ナ法であるのは、プロセスの単純さと工具価格の軽減に
よるものである。化学機械研磨法において柔軟な研磨性
で柔軟で腐食性のスラリーを用いて、基板の表面に被着
されるものである。スラリーは基板上の物質を化学的
に、且つ機械的には従来のウエハ研磨具の助成をうけて
除去する。化学機械研磨法はベイヤー(K.D.Beyer) 等の
米国特許出願第７９１８６０号に、「基板上に共有する
プレーナ状の金属／絶縁体被膜を形成するための化学機
械研磨方法」(Chemical-Mechanical Polishing Method
ForProducing Coplanar Metal/Insulator Films On A S
ubstrate)と題し、ここでは参考例によって具体化され
ている。
【００１９】プリントヘッド製造の従来技術には、イン
クジェットデバイスが配置されている層のプレーナ化が
必要でないのは、層自体がプレーナ状の半導体基板上に
位置するからである。しかし、本発明では最初に、ＭＯ
ＳＦＥＴパルスドライバ回路素子がインクジェットデバ
イスのすぐ下側に製造されるので、ヒータレジスタが正
しく作用するために熱障壁１５のプレーナ化が必要とな
る。いったんプレーナ化されると、障壁層１５はインク
ジェットデバイスを製造するための出発面部となる。熱
障壁層１５が可能な限りプレーナ形状でなければならな
いのは、金属及び無機系オーバーコートは一致した形状
を有しているので、これらは下層の地勢（トポロジー）
に適合するからである。従って、クラッキングが起きた
り、インクジェットデバイスに欠陥を生じさせるかもし
れない無機系オーバーコート内により高いストレス領域
を形成するために何らかの非プレーナ領域が再構成され
るのである。プレーナ化のあとの熱障壁の好ましい膜厚
が４．０ミクロン、又はそれ以上のところでは、多分そ
れぞれ化学／機械研磨法又は他のプレーナ方法の次にく
るマルチ酸化物デポジション工程が必要とされるかもし
れない。また、複数被着及びプレーナ化工程の必要性
は、下層のＭＯＳＦＥＴによる厳正な地勢（トポロジ
ー）に帰するものである。
【００２０】次の製造工程は、抵抗体の層１７の被着で
あり、好ましい物質は６００オングストロームの膜厚を
持つほう化ハフニウムである。インクジェットデバイス
で通常使用されているほかの抵抗体材料にはタンタル・
アルミナイドがある。ほう化ハフニウムはタンタル・ア
ルミナイドと比べると優れた熱安定度（安定状態を維持
する電気特性があること）がある。スパッタ・デポジシ
ョンが好ましい被着方法であるのは、要求される電気特
性に対して必要な粒子及び結晶適合ができるからであ
る。しかし、蒸着およびＣＶＤ法により、要求される物
理的及び電気的条件を満たした被膜が形成されるのであ
れば、これらの方法もまた使用してもよい。フォトレジ
スト層が抵抗体の層１７の上側にフォトパターン化され
て、抵抗体の層１７はサブトラクティブ法でウェットエ
ッチングされてヒータ領域を画定している。抵抗性材料
１７のデポジションは高い生産性をもたらすうえでの確
実な工程とされてきた。良好なインクジェットデバイス
を保証するために、優れた被着膜厚の均一性（±３％未
満）を維持する必要がある。この点についての製造結果
は図３Ｂに示されている。
【００２１】図３Ｃを参照すると、抵抗体の層１７がパ
ターン化されているので、次の工程は熱障壁層１５を貫
通してＭＯＳドライバ回路素子のメタライゼーション層
１３の入力２０と出力１８の両方にコンタクトホールを
開口するものである。これらのコンタクトホールは、熱
障壁材料１５に標準反応イオンエッチング（ＲＩＥ）法
を用いてドライエッチングされる。種々の反応イオンエ
ッチング（ＲＩＥ）工具、例えばＡＭＥ８１００シリー
ズを使用して酸化物通路のエッチングを行なってもよ
い。このＡＭＥ８１００では、１４００ワット（波記号
５００ボルト バイアス）の設定電圧において９０ＳＣ
ＣＭ（標準立方センチメートル／分）の炭化ハフニウム
（ＣＨＦ3 ）と８ＳＣＣＭ（標準立方センチメートル／
分）の酸素のガス混合物は効果的なエッチング結合とな
る。しかし、次にくる伝導層による十分な金属被膜を容
易に行なうために適度なスロープを提供することに注意
を払う必要がある。大きなサイズの通路及び通路間の間
隔（１００ミクロン×１００ミクロン及び７５ミクロン
の間隔）が与えられているので、３〜４ミクロンの熱障
壁１５を通じて７５度又はそれ以下のゆるやかな傾斜が
容易に得られる。さらに、伝導金属１９は全体的に通路
をカバーするので、起こり得るクラッキングは適切な伝
導通路をそのまま残すものである。これは、大規模な金
属クラッキング及び電気断絶を避けるために必要であ
る。金属は縦型側壁を効果的に「カバー」することがで
きない。入力パッド２０及び出力パッド１８は適切な通
路の傾斜量を許容するサイズとなっている。通路は十分
に大きく、且つ十分に間隔を空けており（幅１００μｍ
及び間隔差７５μｍ）、約１０μｍの大きなエッチバイ
アスを許容している。大きなエッチバイアスはリフロー
法又はエッチング中にガス化学作用を変化させるどちら
かの方法により、ゆるやかな傾斜を形成することを可能
にしている。フォトレジスト・リフロー法では、発展後
に比較的高温でリフローされたフォトレジストが使われ
ているので、よりゆるやかな傾斜が形成される。そして
このゆるやかなレジスト傾斜を基礎被膜内に直接移動さ
せている。傾斜量を変化させて通路を形成するためのＲ
ＩＥエッチングの際に連続的にガス化学作用を使用する
ことは、別の適切な金属被膜の形成方法である。通路に
十分な空間がある場合の望ましい方法はレジスト・リフ
ローである。上記文中において、
【外１】 を波記号５００ボルト バイアスと表現する。
【００２２】伝導ライン層１９は２つの連続的リスト−
オフ方法を用いて好ましくは２つの層で形成されてい
る。ゆるやかな「階段」型金属スロープを形成するため
に、２つの層が一般的に必要であり、非常に緩やかなコ
ンタクトホールスロープを有しているけれども、単一の
デポジションを使用することが可能である。次にくる障
壁層２１及び２３にクラッキング及び通路内の急な金属
スロープ上に生じるかもしれない隙間を作らないように
傾斜を調節することが必要である。金属は基板エッチ又
はリフトオフ法によってパターン化することもあるが、
６５度又はそれ以下の受容できる金属傾斜であるので、
この技術は望ましいものである。最初に、リフトオフス
テンシルが従来のフォトリトグラフィ法を用いてパター
ン化される。代表的なリフトオフ法においてエッチング
障壁層により分離された２つのフォトレジスト層がウエ
ハに付着される。頂部のフォトレジスト層は露光且つ成
長し、望ましいパターンとなる。フォトレジストの露光
の間、反射率を最小限にするため染料をフォトレジスト
に加えることもできる。フォトレジストのエッチ障壁層
と底面層とは従来のＲＩＥ法を用いてエッチングされて
いる。金属被着そのものは蒸着又はスパッタリングのど
ちらの方法によるものであってもよい。好ましい具体例
として金属層用の蒸着デポジション工程が使用されてい
る。そして、伝導金属層１９の第１のレベルはリフト−
オフ・ステンシル上に配置され、全体の膜厚が、０．４
μｍとなる。好ましくは、第１のレベルは０．１μｍの
チタンと０．３μｍのアルミ銅から成る連続的に被着さ
れた被膜であることである。レジスト及び過剰メタルは
望ましい状態で画定された伝導金属層を残す溶液を用い
て持ち上げられ、この持ち上げ工程（リフト−オフ）を
繰り返して、わずかに小さいステンシル、０．１μｍの
チタン層及び二つめの１．１μｍのアルミ銅層を用いて
第２の金属層が形成される。アルミ銅合金における代表
的な銅の割合は２％の許容差で４％に保たれている。工
程のこの点における完成構造は図３Ｃに示されている。
【００２３】図３Ｄを参照すると、次の工程は無機系障
壁層２１及び２３のプラズマ強度化学蒸着法（ＰＥＣＶ
Ｄ）である。二重の障壁戦略は、インクの浸食性質から
抵抗性材料１７及び伝導材料１９を保護するために重要
である。二重の障壁層戦略を利用することにより、一個
の被膜内のピンホールは第二の被膜内のピンホールに対
し直列に配置する可能性は極めて少ない。このようにし
て、比較的不浸透性の結合被膜構造を製造することがで
きる。本発明の好ましい具体例において、２つのＣＶＤ
被膜が被着され、窒化シリコン層２１につづいて炭化シ
リコン層２３が被着される。被膜は同一反応装置又は分
離反応装置で順々に被着することができる。無機系オー
バーコートの膜厚は、窒化シリコン及び炭化シリコンで
はそれぞれ５０００オングストロームである。被膜が同
一反応装置で被着される場合には、１０００オングスト
ロームの重複面領域が典型的に用いられる。このこと
は、被膜層の構成が４５００オングストロームの窒化物
と、１０００オングストロームの重複面と、４５００オ
ングストロームの炭化物であることを意味する。どちら
の場合も、膜厚の合計は１０、０００オングストローム
になる。必要な浸食抵抗性を有する他の障壁層を使用で
きることは当業者によって確認されている。障壁層２１
及び２３は同時にパターン化されて、ドライバ回路素子
メタライゼーション層１３にＭＯＳドライバ回路素子入
力２０への開口部を設ける。ＡＭＥ８１１０あるいはそ
れに相当する工具を用いて通路はエッチングされる。４
ＳＣＣＭの酸素、４０ＳＣＣＭのフッ化炭素（Ｃ
Ｆ4 ）、圧力５０ｍＴｏｒｒ、電力７５０ワット、及び
２０％の通過エンドポイント時点から成る気体結合が使
用されている。このようにして製造された構造は図３Ｄ
に表されている。
【００２４】図３Ｅを参照すると、ポリイミドのような
有機系材料の第２の保護被膜２５を付着してパターン化
してもよい。公知のポリイミド層２５の付着法、フォト
パタリング法、矯正法が使用されている。コンタクトホ
ールはインクジェットヒータ領域１６の周囲でメタライ
ゼーション層１３に位置するＭＯＳドライバ回路素子入
力２０のポリイミド層２５内に開口されている。最後
に、ゴールド・タブ（ＴＡＢ、テープ自動ボンディン
グ）・バンプ２７はＭＯＳドライバ回路素子入力２０に
形成されている。こうして、プリントヘッドのフレック
ス回路に連結することができる。図３Ｅはこの工程の最
終結果を示すものである。
【００２５】非高温工程（４００℃以下）がインクジェ
ットデバイスの製造に使用されるので、好ましい縦型集
積方法はこのようなデバイスには特に有利である。従っ
て、インクジェット構造を動作する予め製造されたＭＯ
Ｓパルスドライバデバイスには何の熱障害もない。プリ
ントヘッドがテストを受けて、動作が確認されると、イ
ンクホールは穴あけされ、ウエハはダイスされる。最後
に、プリントヘッド構造はノズルプレートの取付けを行
う。ノズルプレートは通常は、インクジェットデバイス
のすぐ上側に整列した開口部を備える電気形成された金
属構造である。代表的なものとして、ダイス型上の整列
ターゲットがプレートをダイス型に正確に取付ける。そ
して、このノズルプレート／プリントヘッドチップの組
み合わせは標準パッケージ技法を用いてフレックス回路
に接着されたテープ自動ボンディング（ＴＡＢ）であ
る。
【００２６】本発明の特別な具体例を以上のように開示
したが、発明の精神と範囲から逸脱することなく、これ
らに対し変更が為されてもよいことは当業者によって理
解されるものである。たとえば、好ましい具体例ではパ
ルスドライバ回路素子用のＭＯＳＦＥＴが使用されてい
るが、バイポーラデバイスとＭＯＳデバイスの組み合わ
せを代用することは明白である。開示された特別な具体
例は単に実例のために述べているものであり、発明の範
囲を添付のクレームよりも狭く限定するものではない。
【００２７】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、インクジェットプリントヘッドプリンタの製造コス
トを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のインクジェット構造を示している。
【図２Ａ】本発明の好ましい実施例により完成された縦
型集積構造の断面図及び上面図である。
【図２Ｂ】本発明の好ましい実施例により完成された縦
型集積構造の断面図及び上面図である。
【図３Ａ】本発明の好ましい実施例に従って図２Ａ及び
図２Ｂに示された構造の製造に用いられる連続工程を示
したものである。
【図３Ｂ】本発明の好ましい実施例に従って図２Ａ及び
図２Ｂに示された構造の製造に用いられる連続工程を示
したものである。
【図３Ｃ】本発明の好ましい実施例に従って図２Ａ及び
図２Ｂに示された構造の製造に用いられる連続工程を示
したものである。
【図３Ｄ】本発明の好ましい実施例に従って図２Ａ及び
図２Ｂに示された構造の製造に用いられる連続工程を示
したものである。
【図３Ｅ】本発明の好ましい実施例に従って図２Ａ及び
図２Ｂに示された構造の製造に用いられる連続工程を示
したものである。
【符号の説明】
１１ シリコン基板 １３ ドライバ回路素子のメタライゼーション層 １５ 熱障壁層 １６ ヒータ領域 １７ 抵抗体の層（抵抗性材料） １８ ドライバ回路素子（出力パッド） １９ 伝導層（伝導材料） ２０ 入力パッド ２１ 障壁層 ２３ 障壁層 ２５ 障壁層 ２７ ゴールド・タブ・バンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード カクマリック アメリカ合衆国22712、ヴァージニア州ビ ールトン、フォーベス プレイス 6723 (56)参考文献 特開 平３−246045（ＪＰ，Ａ)

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 サーマル式インクジェットデバイスの少
    なくとも一部分が半導体基板上のパルスドライバデバイ
    ス上に位置している縦型に集積されたサーマル式インク
    ジェットプリントヘッドの製造方法であって、 （ａ）半導体基板にパルスドライバデバイスを設ける工
    程と、 （ｂ）前記パルスドライバデバイス上に熱障壁層を被着
    する工程と、 （ｃ）前記熱障壁層をプレーナ化する工程と、 （ｄ）前記パルスドライバデバイス上の前記プレーナ化
    された熱障壁層に前記サーマル式インクジェットデバイ
    スを製造する工程と、 （ｅ）前記パルスドライバデバイスと前記サーマル式イ
    ンクジェットデバイスとの間、ならびに前記パルスドラ
    イバデバイスと前記の集積されたプリントヘッド及びサ
    ーマル式インクジェットプリンタを連結する回路との間
    に電気接触を可能にするように前記熱障壁層を貫通して
    コンタクトホールをエッチングする工程と、から成るサ
    ーマル式インクジェットプリントヘッドの製造方法。
  2. 【請求項２】 前記サーマル式インクジェットデバイス
    の製造工程（ｄ）はさらに、 前記プレーナ化された熱障壁層に抵抗体材料を被着し、
    且つパターン化する工程と、 前記サーマル式インクジェットデバイスを前記パルスド
    ライバデバイスに接続し、前記抵抗体材料上にヒータレ
    ジスタ領域を画定する伝導材料を被着し、且つパターン
    化する工程と、 前記集積プリントヘッドを浸食作用から保護する保護層
    を被着する工程と、 前記パルスドライバと前記集積されたプリントヘッドを
    前記サーマル式インクジェットプリンタに連結する前記
    回路との間に電気接触を与える前記コンタクトホールの
    相互連結を設け、且つパターン化する工程と、から成る
    請求項１記載のサーマル式インクジェットプリントヘッ
    ドの製造方法。
  3. 【請求項３】 前記熱障壁層はＣＶＤ法（化学蒸着法）
    による酸化シリコン層である請求項１記載のサーマル式
    インクジェットプリントヘッドの製造方法。
  4. 【請求項４】 前記抵抗体材料はほう化ハフニウムとタ
    ンタル・アルミナイドからなる群より選択されている請
    求項２記載のサーマル式インクジェットプリントヘッド
    の製造方法。
  5. 【請求項５】 保護層が窒化シリコン層及び炭化シリコ
    ン層から成る請求項２記載のサーマル式インクジェット
    プリントヘッドの製造方法。
  6. 【請求項６】 第二の保護層を加え、且つパターン化
    し、前記第二の保護層が有機系材料から成る請求項２記
    載のサーマル式インクジェットプリントヘッドの製造方
    法。
  7. 【請求項７】 前記パルスドライバデバイスへの熱損傷
    を避けるために全製造工程が４００度以下で処理される
    請求項１記載のサーマル式インクジェットプリントヘッ
    ドの製造方法。
  8. 【請求項８】 半導体基板に配置されたパルスドライバ
    デバイスと、 前記パルスドライバデバイスに配置されたプレーナ化さ
    れた熱障壁層と、 前記パルスドライバデバイスのすぐ上に配置される少な
    くとも一部が前記プレーナ化された熱障壁層に配置され
    たサーマル式インクジェットデバイスと、 前記プレーナ化された熱障壁層を通じて前記パルスドラ
    イバデバイスを前記サーマル式インクジェットデバイス
    に電気接続する伝導材料と、から成る縦型集積サーマル
    式インクジェットプリントヘッド。
  9. 【請求項９】 前記サーマル式インクジェットデバイス
    は、 前記サーマル式インクジェットデバイス上に位置するイ
    ンク貯蔵部に供給されたインクを熱する抵抗体材料から
    構成されるヒータ領域と、 前記ヒータ領域に接し、且つ前記パルスドライバデバイ
    スから電流を伝導させる伝導材料と、 前記ヒータ領域及び前記伝導材料を被覆して配置される
    保護層と、から成る請求項８記載の縦型集積サーマル式
    インクジェットプリントヘッド。
  10. 【請求項１０】 半導体基板上に配置された一組のパル
    スドライバデバイスと、 前記一組のパルスドライバデバイス上に位置するプレー
    ナ化された熱障壁層と、 少なくとも一部分が前記パルスドライバデバイスのすぐ
    上に位置する前記プレーナ化された熱障壁層に配置され
    た一組のサーマル式インクジェットデバイスと、 前記熱障壁層を通じて、前記一組のパルスドライブデバ
    イスの一つを、前記一組のサーマル式インクジェットデ
    バイスの一つに電気結合させるパターン化された伝導材
    料と、から成る縦型集積のサーマル式インクジェットプ
    リントヘッド。
  11. 【請求項１１】 前記熱障壁層がＣＶＤ法による酸化シ
    リコン層である請求項１０記載の縦型集積サーマル式イ
    ンクジェットプリントヘッド。
  12. 【請求項１２】 前記サーマル式インクジェットデバイ
    スは、前記サーマル式インクジェットデバイスを前記パ
    ルスドライバデバイスに電気結合させる前記伝導材料に
    よって画定された抵抗体材料から構成されるヒータ領域
    から成る請求項１０記載の縦型集積サーマル式インクジ
    ェットプリントヘッド。
  13. 【請求項１３】 前記抵抗体材料はほう化ハフニウム及
    びタンタルアルミナイドからなる群から選択される請求
    項１２記載の縦型集積サーマル式インクジェットプリン
    トヘッド。
  14. 【請求項１４】 サーマル式インクジェットデバイスは
    さらに、前記プリントヘッドを腐食作用から保護する保
    護層から成る請求項１０記載の縦型集積サーマル式イン
    クジェットプリントヘッド。
  15. 【請求項１５】 保護層は窒化シリコン層及び炭化シリ
    コン層とから成る請求項１０記載の縦型集積サーマル式
    インクジェットプリントヘッド。
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