KR100607166B1 - 액체 분사장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 분사장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 본 발명의 장치는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상에 텅스텐 실리사이드로 형성된 발열 저항체와, 상기 발열 저항체를 덮는 절연 보호막과, 상기 절연 보호막 상에 형성된 금속 보호막과, 금속 보호막 상에 형성되어 상기 발열 저항체 상에 액체 챔버를 한정하는 배리어층과, 상기 배리어층 상에 형성되어 액체 챔버 내의 액체가 외부로 분사되는 오리피스가 형성된 노즐 플레이트를 포함한다. 따라서, 본 발명에서는 기존의 탄탈-알루미늄의 발열 저항체를 반도체 메모리 공정 라인에서 주로 사용하는 텅스텐 실리사이드로 대체함으로써 신규 설비의 교체없이 제조가 가능하여 코스트를 다운시킬 수 있다.

Description

액체 분사장치 및 그 제조방법 {LIQUID JET DEVICE AND METHOD THEREOF}

도 1은 종래의 잉크 제트 프린터 헤드의 액체 분사장치의 구성을 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 잉크 제트 프린터 헤드의 액체 분사장치의 구성을 나타낸 단면도.

도 3은 400℃로 30분간 질소가스 분위기에서 어닐링한 상태에서 텅스텐 실리사이드의 저항값 변화를 테스트한 결과의 그래프.

도 4 내지 도 7은 도 2의 액체 분사장치의 제조방법을 나타낸 공정 순서도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

42 : 반도체 기판 44 : 필드 산화막

46 : 열산화막 48 : 층간 절연막

50 : 폴리 실리콘 52 : 텅스텐 실리사이드

54, 58, 62 : 절연 보호막 56 : 금속층

60 : 평탄화층 64 : 금속 보호막

66 : 배리어층 67 : 액체 챔버

68 : 노즐 플레이트 69 : 오리피스

본 발명은 액체 분사장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 잉크 제트 프린터 헤드의 액체 분사장치에 있어서 발열 저항체를 폴리 실리콘 및 텅스텐 실리사이드로 구성함으로써 코스트를 다운시킬 수 있는 액체분사장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

잉크 제트 프린터는 미세한 잉크 방울(INK DROP)을 인쇄매체에 분사하여 화상을 인쇄한다. 잉크 방울은 액체분사장치에 의해 형성된다.

액체 분사장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(12) 상에 발열 저항체(20)와 액체 챔버(29)와 노즐 플레이트(32)를 포함한다. 발열 저항체(20)는 잉크로부터 화학적 기계적으로 보호되기 위하여 절연 보호막(24, 26)과 금속 보호막(28)으로 코딩되어 있다.

발열 저항체(20)에 전류가 인가되면 발열 저항체(20)에서 발생된 열이 액체 챔버(29) 내의 잉크를 기화시켜서 버블을 발생시키고, 발생된 버블에 의해 액체 챔버(29) 내의 압력이 상승하게 되어 오리피스(33)를 통하여 챔버 내의 잉크가 잉크 방울로 형성되어 밖으로 분사되게 되는 것이다.

따라서, 발열 저항체(20)의 정확한 저항값을 유지하는 것이 항상 일정한 크기의 잉크 방울을 형성하는 데 매우 중요하다. 발열 저항체(20)는 짧은 시간주기로 심한 온도변화가 일어나므로 열적 및 기계적으로 심한 스크레스를 받을 뿐만 아니라 잉크로부터 물과 같은 용매가 침투하게 되어 화학적 부식의 위험이 있게 된다.

따라서, 절연 보호막과 금속 보호막은 발열 저항체가 기계적, 화학적으로 손상되는 것을 보호하는 기능을 한다.

종래에는 발열 저항체를 탄탈-알루미늄 합금으로 구성하고, 절연 보호막을 SiN(24)과 SiC(26)와 같은 다층 절연막으로 구성하고, 금속 보호막은 탄탈(28)로 구성하였다.

그러나, 이와 같은 재료는 기존의 반도체 메모리 제조라인에서는 주로 사용하지 않은 재료들이다. 그러므로, 기존의 반도체 메모리 제조라인을 이용하여 잉크 제트 프린터 헤드의 액체 분사장치를 제조하고자 하는 경우에는 사용재료가 다르기 때문에 재료에 맞는 새로운 장비의 도입이 불가피하여 생산 코스트가 상승하게 되는 문제가 발생하게 된다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 기존의 반도체 메모리 제조라인을 이용하여 신규 장비의 교체 없이 반도체 메모리에서 주로 사용하는 재료를 이용함으로써, 값싸게 만들 수 있는 액체분사장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제들을 구현하기 위해서, 본 발명은 액체 분사장치 및 그 제조방법을 제공한다.
이 분사장치는 반도체 기판 상에 위치하는 발열 저항체를 포함한다. 상기 발열 저항체는 차례로 적층된 폴리실리콘 및 텅스텐 실리사이드를 갖도록 형성된다. 상기 발열 저항체의 상면으로부터 상부를 향하여 돌출해서 발열 저항체의 측부로부터 연장하는 절연 보호막이 배치된다. 상기 절연 보호막 상에 금속 보호막이 배치된다. 상기 금속 보호막 상에 위치해서 금속 보호막과 함께 액체 챔버를 한정하는 배리어 층이 배치된다. 상기 배리어 층 상에 위치해서 액체 챔버를 노출시키도록 오리피스를 갖는 노즐 플레이트가 배치된다. 이때에, 상기 오리피스는 액체 챔버의 측부로부터 노즐 플레이트를 연장해서 발열 저항체의 상면과 마주보도록 형성된다. 상기 발열 저항체의 상면 상에 위치하는 액체 챔버의 폭은 발열 저항체의 폭보다 적어도 작도록 형성된다. 상기 금속 보호막의 상면은 액체 챔버 내 홈(Groove)을 갖는다. 상기 금속 보호막의 상면의 홈의 중심은 액체 챔버 및 오리피스의 중심들과 동일 선 상에 위치하도록 형성된다. 상기 절연 보호막은 다층 질화막으로 형성된다.

한편, 상기 텅스텐 실리사이드는 AS-DEPO 된 상태로 유지하여 발열 저항체에서 요구되는 저항값을 유지한다.

상기 제조방법은 반도체 기판의 상부에 다층 절연막을 형성하는 것을 포함한다. 상기 다층 절연막 상에 폴리실리콘 및 텅스텐 실리사이드를 차례로 형성한다. 상기 폴리실리콘 및 텅스텐 실리사이드를 사진 식각해서 발열 저항체를 형성한다. 상기 발열 저항체의 상면 상에 위치해서 발열 저항체의 측부를 노출시키는 제 1 질화막을 형성한다. 상기 제 1 질화막의 상면을 노출시키도록 제 1 질화막 및 발열 저항체의 측부들로부터 연장하는 금속층을 형성한다. 상기 금속층은 제 1 질화막과 함께 발열 저항체의 상면 상에 소정 폭의 홈을 한정하도록 형성된다. 상기 제 1 질화막 및 금속층을 덮는 제 2 및 제 3 질화막들을 차례로 형성한다. 상기 제 3 질화막 상에 금속 보호막 및 배리어 층이 계속해서 차례로 형성된다. 상기 배리어 층 상에 사진 공정을 수행한다. 상기 사진 공정은 배리어 층을 관통하는 액체 챔버를 형성한다. 상기 액체 챔버와 정렬하는 오리피스가 위치하도록 배리어 층 상에 노즐 플레이트를 형성한다. 상기 노즐 플레이트의 오리피스는 액체 챔버 및 홈의 중심들과 동일 선상에 위치하도록 형성된다. 상기 다층 절연막은 불순물 이온들을 가지도록 형성된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2 는 본 발명에 의한 잉크 제트 프린터 헤드의 액체 분사장치의 단면 구성을 나타낸다. 본 발명의 액체 분사장치는 실리콘 기판(42) 상에 폴리 실리콘(50) 및 텅스텐 실리사이드(52)로 형성된 발열 저항체와, 액체 챔버(67)를 한정하는 배리어층(66)과, 오리피스(69)가 형성된 노즐 플레이트(68)를 포함한다.

상기 폴리실리콘(50)과 기판(42) 사이에는 필드 산화막(44), 열산화막(HTO)(46), 층간절연막(BPSG)(48)이 형성된다.

상기 폴리 실리콘(50) 및 텅스텐 실리사이드(52)로 구성된 발열 저항체는 알루미늄 금속층(56)에 의해 전류를 공급받는다. 상기 발열 저항체는 다층 질화막(54, 58, 60)의 절연 보호막과 티타늄 금속 보호막(64)에 의해 잉크로부터 보호된다. 상기 절연 보호막은 발열 저항체의 상면으로부터 상부를 향하여 돌출해서 발열 저항체의 측부로부터 연장하도록 배치된다. 여기서, 질화막(60)은 SiC로 대체할 수 있다.

상기 질화막(58) 상에는 스텝 커버리지를 개선하기 위하여 산화막인 평탄화층(60)이 형성된다.

상기 티타늄 금속 보호막(64) 상에 형성된 배리어층(66)에 의해 액체 챔버(67)가 발열 저항체에 얼라인되어 형성된다. 또한, 도 2 에 따르면, 상기 오리피스(69)는 액체 챔버(67)의 측부로부터 노즐 플레이트(68)를 연장해서 발열 저항체의 상면과 마주보도록 형성된다. 상기 발열 저항체의 상면 상에 위치하는 액체 챔버(67)의 폭은 발열 저항체의 폭보다 적어도 작도록 형성된다. 상기 금속 보호막(64)의 상면은 액체 챔버(67) 내 홈(Groove)을 갖는다. 상기 금속 보호막(64)의 상면의 홈(Groove)의 중심은 액체 챔버(67) 및 오리피스(69)의 중심들과 동일 선 상에 위치하도록 형성된다. 상기 노즐 플레이트(68)는 배리어 층(66) 상에 위치해서 액체 챔버(67)를 노출시키도록 오리피스(69)를 갖도록 배치된다.

이와 같이, 본 발명에서는 기존의 반도체 메모리 공정에서 주로 게이트 전극으로 사용하는 폴리 실리콘 및 텅스텐 실리사이드를 사용하여 발열 저항체를 구성한다.

기존 반도체 메모리 장치에서는 MOS 메모리 소자의 억세스 타임을 고속화하기 위하여 낮은 고유저항을 가지며 고온의 열처리에서도 견딜 수 있는 텅스텐 실리사이드를 게이트 전극으로 사용하고 있다.

상기 텅스텐 실리사이드는 약 360℃의 온도 분위기에서 웨이퍼에 실란가스(SiH4) 및 플로르화 텅스텐 가스(WF6)를 공급하면 웨이퍼 표면에서 텅스텐 실리사이드가 형성된다.

상기 텅스텐 실리사이드는 AS-DEPO 상태에서는 조성차비가 크고 균일하며 그레인 사이즈가 작은 상태이기 때문에 시트저항이 40Ω으로 높다. 따라서, 게이트 전극으로 사용하기 위해서는 데포 후 약 900℃ 정도로 어닐링을 통하여 그레인 사이즈가 큰 결정구조로 변화시킴으로써 시트 저항이 2~3Ω정도로 감소시킨다.

따라서, 상기 프린터 헤드의 액체 분사장치의 발열 저항체로 사용하기 위해서는 시트 저항값을 약 37Ω정도로 유지하기 위해서 어닐링 과정을 거치지 않고 AS-DEPO된 상태로 유지한다. 통상적으로 프린터 헤드의 발열 저항체는 약 300℃정도로 온도가 상승하게 되므로 비정질 상태에서 결정상태로 상이 변화될 정도의 온도상태가 아니므로 처음 세팅된 저항값을 그대로 유지할 수 있게 되는 것이다.

도 3은 약 400℃로 30분간 질소가스 분위기에서 어닐링한 상태에서 텅스텐 실리사이드의 저항값 변화를 테스트한 결과의 그래프를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 400℃ 정도에서는 저항값 변화가 거의 없음을 알 수 있고, 이와 같은 이유는 상전이 온도 이하에서는 조성 구조가 거의 변하지 않음을 나타낸다.

도 4 내지 도 7은 도 2의 액체 분사장치의 제조방법을 나타낸다.

도 4를 참조하면, 실리콘 기판(42)에 액티브 영역을 한정하는 필드 산화막(44)을 LOCOS 공정으로 형성한다. 미도시된 액티브 영역에 게이트 전극 및 소오스 및 드레인 영역을 형성하고, 게이트 전극을 절연시키기 위한 층간절연막으로 HTO(46) 및 BPSG(Borophospho silicate glass; 48)을 순차적으로 형성한다.

이어서, 폴리실리콘을 퇴적하고 그 위에 텅스텐 실리사이드를 AS-DEPO하여 전체적으로 약 1000Å의 폴리실리콘 및 2500Å의 텅스텐 실리사이드로 발열 저항체를 형성한다. 상기 발열 저항체를 형성하는 방법은 폴리실리콘 및 텅스텐 실리사이드를 사진 식각해서 형성하는 것을 포함한다. 여기서, 상기 발열 저항체는 대략 시트 저항값이 37Ω정도로 설게한다.

도 5를 참조하면, 발열 저항체 상에 질화막(54)을 덮어서 액티브 영역의 소오스 및 드레인 콘택 형성을 위한 식각 공정시 발열 저항체를 보호한다. 이때에, 상기 질화막(54)은 발열 저항체의 측부를 노출시키도록 형성된다. 상기 액티브 영역의 소오스 및 드레인 콘택을 형성한 다음에 알루미늄 금속층을 스퍼터링 공정으로 퇴적시키고 사진 식각공정으로 패턴닝하여 금속층(56)을 형성한다. 상기 금속층(56)은 질화막(54)을 노출시키도록 질화막(54) 및 발열 저항체의 측부들로부터 연장하도록 형성된다. 상기 금속층(56)은 질화막(54)과 함께 발열 저항체의 상면 상에 소정 폭의 트랜치(Trench)를 형성한다.

도 6을 참조하면, 금속층(56)이 형성된 결과물 상에 질화막(58)과 산화막을 차례로 도포한 다음에 질화막과 산화막의 선택식각비를 이용하여 산화막을 에치백공정으로 식각하여 결과물의 표면을 평탄화시킨다. 평탄화층(60)은 스텝 커버리지를 향상시킨다. 평탄화층(60)이 형성된 결과물 상에 다시 질화막(62)을 도포한다.

도 7을 참조하면, 질화막(62) 상에 티타늄을 스퍼터링 방식으로 형성하여 금속 보호막(64)을 형성한다. 상기 금속 보호막(64)은 그 막(64)의 상면으로 이루어진 홈(Groove)을 갖도록 형성된다. 상기 금속 보호막(64)의 상면의 홈은 금속층(56) 및 질화막(54)으로 한정되는 트랜치에 기인해서 형성된다. 상기 금속 보호막(64) 상에 배리어층(66)을 형성하고 사진 공정에 의해 액체 챔버(67)를 형성한다. 따라서, 상기 액체 챔버(67)는 금속 보호막(64) 및 배리어층(66)으로 한정된다. 이로써, 상기 액체 챔버(67)는 금속 보호막(64)의 상면의 홈을 가질 수 있다. 상기 액체 챔버(67)가 형성된 배리어층(66) 상에 오리피스(69)가 형성된 노즐 플레이트(68)를 부착하여 액체 분사장치를 완성한다. 이때에, 상기 노즐 플레이트(68)의 오리피스(69)는 배리어 층(66)의 액체 챔버(67)와 정렬하도록 형성된다. 상기 노즐 플레이트(68)의 오리피스(69) 및 배리어 층(66)의 액체 챔버(67)의 중심들은 질화막(54) 및 금속층(56)으로 한정되는 트랜치의 중심과 동일 선 상에 위치하도록 형성된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명에서는 기존의 반도체 메모리 공정에서 주로 사용하는 폴리 실리콘 및 텅스텐 실리사이드를 이용하여 발열 저항체를 형성함으로 써 새로운 장비의 추가없이 기존의 반도체 메모리 제조라인에서 잉크 제트 프린터 헤드의 액체분사장치를 제조할 수 있으므로 저렴하게 만들 수 있다.

Claims (3)

1. 반도체 기판;

   상기 반도체 기판 상에 위치해서 차례로 적층된 폴리실리콘 및 텅스텐 실리사이드를 갖는 발열 저항체;

   상기 발열 저항체의 상면으로부터 상부를 향하여 돌출해서 상기 발열 저항체의 측부로부터 연장하도록 배치되는 절연 보호막;

   상기 절연 보호막 상에 배치되는 금속 보호막;

   상기 금속 보호막 상에 위치해서 상기 금속 보호막과 함께 액체 챔버를 한정하는 배리어 층;

   상기 배리어 층 상에 위치해서 상기 액체 챔버를 노출시키도록 오리피스를 갖는 노즐 플레이트를 포함하되,

   상기 오리피스는 상기 액체 챔버의 측부로부터 상기 노즐 플레이트를 연장해서 상기 발열 저항체의 상기 상면과 마주보도록 형성되고, 상기 발열 저항체의 상기 상면 상에 위치하는 상기 액체 챔버의 폭은 상기 발열 저항체의 폭보다 적어도 작도록 형성되고, 상기 금속 보호막의 상면은 상기 액체 챔버 내 홈(Groove)을 가지고, 상기 금속 보호막의 상기 상면의 상기 홈의 중심은 상기 액체 챔버 및 상기 오리피스의 중심들과 동일 선 상에 위치하고, 상기 절연 보호막은 다층 질화막으로 형성되는 것이 특징인 액체 분사장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 텅스텐 실리사이드는 AS-DEPO 된 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 액체 분사장치.
3. 반도체 기판의 상부에 다층 절연막을 형성하고,

   상기 다층 절연막 상에 폴리실리콘 및 텅스텐 실리사이드를 차례로 형성하고,

   상기 폴리실리콘 및 상기 텅스텐 실리사이드를 사진 식각해서 발열 저항체를 형성하고,

   상기 발열 저항체의 상면 상에 위치해서 상기 발열 저항체의 측부를 노출시키는 제 1 질화막을 형성하고,

   상기 제 1 질화막의 상면을 노출시키도록 상기 제 1 질화막 및 상기 발열 저항체의 측부들로부터 연장하는 금속층을 형성하되, 상기 금속층은 상기 제 1 질화막과 함께 상기 발열 저항체의 상기 상면 상에 소정 폭의 트랜치를 한정하도록 형성되고,

   상기 제 1 질화막 및 상기 금속층을 덮는 제 2 및 제 3 질화막들, 금속 보호막 그리고 배리어 층을 차례로 형성하고,

   상기 배리어 층 상에 사진 공정을 수행하되, 상기 사진 공정은 상기 배리어 층을 관통하는 액체 챔버를 형성하고,

   상기 액체 챔버와 정렬하는 오리피스가 위치하도록 상기 배리어 층 상에 노즐 플레이트를 형성하는 것을 포함하되,

   상기 노즐 플레이트의 상기 오리피스는 상기 액체 챔버 및 상기 트랜치의 중심들과 동일 선상에 위치하도록 형성되고, 상기 다층 절연막은 불순물 이온들을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액체 분사장치의 제조방법.

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