KR100666955B1 - Ink-jet print head and the fabricating method for the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 잉크젯 프린터 헤드에 관한 것으로, 본 발명의 잉크젯 프린터 헤드는 잉크 피드홀이 형성된 기판과, 상기 기판 상의 상기 잉크 피드홀의 주변에 형성된 층간 절연층과, 상기 층간 절연층 상에 금속으로 된 적어도 하나이상의 금속층과, 상기 잉크 피드홀과 상기 금속층 사이에 형성되어 상기 잉크 피드홀의 잉크로부터 습기가 상기 금속층으로 전달되는 것을 방지하는 흡습방지부를 구비한 것으로, 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법은 흡습성을 갖는 층으로부터 잉크의 습기가 금속배선층, 로직영역 또는 압력구동부로 침투하는 것을 차단할 수 있기 때문에, 층간 박리, 전기적 쇼트, 회로의 오동작 및 금속배선층 부식과 같은 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있게 되고, 이에 따라 헤드의 수명 및 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 잉크젯 프린터 헤드의 생산 수율증가로 생산성 증대 및 제조단가를 절감시킬 수 있게 된다.The present invention relates to an inkjet printer head, wherein the inkjet printer head of the present invention comprises a substrate on which an ink feed hole is formed, an interlayer insulating layer formed around the ink feedhole on the substrate, and at least a metal on the interlayer insulating layer. An inkjet printer head and a manufacturing method according to the present invention comprising at least one metal layer and a moisture absorption preventing portion formed between the ink feed hole and the metal layer to prevent moisture from being transferred from the ink in the ink feed hole to the metal layer. Since the moisture of the ink can be prevented from penetrating into the metal wiring layer, the logic region or the pressure driving part from the layer having hygroscopicity, it is possible to prevent defects such as delamination, electrical short, malfunction of the circuit and corrosion of the metal wiring layer. This can only improve the life and reliability of the head. In addition, an increase in production yield of an inkjet printer head may increase productivity and reduce manufacturing cost.
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 첫 번째 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드를 도시한 평면도이다.1 is a plan view showing an inkjet printhead according to a first preferred embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 I - I'선에 따른 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 1.
도 3a 내지 도 3e는 도 2의 실시예에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 바람직한 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.3A to 3E are cross-sectional views for describing a preferred manufacturing method of the ink jet printer head according to the embodiment of FIG. 2.
도 4는 본 발명의 바람직한 두 번째 실시예에 따른 잉크젯 프린트 헤드의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of the inkjet print head according to the second preferred embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5e는 도 4의 실시예에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 바람직한 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.5A to 5E are cross-sectional views for describing a preferred manufacturing method of the inkjet printer head according to the embodiment of FIG. 4.
도 6은 본 발명의 바람직한 세 번째 실시예에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of the ink jet printer head according to the third preferred embodiment of the present invention.
도 7a 내지 도 7d는 도 6의 실시예에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 바람직한 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.7A to 7D are cross-sectional views illustrating a preferred manufacturing method of the inkjet printer head according to the embodiment of FIG. 6.
도 8은 본 발명의 바람직한 네 번째 실시예에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 단면도이다. 8 is a cross-sectional view of the ink jet printer head according to the fourth preferred embodiment of the present invention.
도 9a 내지 도 9f는 도 8의 실시예에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 바람직한 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.9A to 9F are cross-sectional views for describing a preferable manufacturing method of the inkjet printer head according to the embodiment of FIG. 8.
본 발명은 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 잉크젯 프린터에 장착되어 잉크를 미세한 액적의 형태로 분사하는 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet print head and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an ink jet printer head and a method of manufacturing the same, which are mounted in an ink jet printer and eject ink in the form of fine droplets.
일반적인 잉크젯 프린트 헤드는 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 용지 상에 토출시켜서 화상을 형성하는 것이다. 이러한 잉크젯 프린터 헤드는 압력생성요소(pressure generating element)에 따라 전기 열 변환기(electro-thermal transducer)를 이용하여 잉크에 가해지는 열로 잉크에 버블을 발생시키는 열 방식과, 전기 기계 변환기(electro-mechanical transducer)를 이용하여 잉크에 가해지는 압력으로 잉크에 버블을 발생시키는 압전 방식이 있다.A common inkjet printhead is to eject an image of a small droplet of printing ink onto a sheet of paper. The inkjet printer head has a thermal method of generating bubbles in the ink by heat applied to the ink using an electro-thermal transducer according to a pressure generating element, and an electro-mechanical transducer. There is a piezoelectric method in which bubbles are generated in the ink by the pressure applied to the ink using the "
열 방식에 대하여 개략적으로 설명하면 발열저항기(heat resistor)에 전류를 흐르게 하고, 이때 발열저항기에서 발생하는 수백도의 열이 잉크를 가열하면 잉크가 비등하면서 버블이 발생한다. 그리고 이 버블이 팽창하면서 잉크 챔버 내부에 채워진 잉크에 압력을 가하게 되고, 이에 따라 잉크가 노즐을 통하여 토출되도록 한다.When the thermal method is briefly described, a current flows through a heat resistor, and when hundreds of degrees of heat generated from the heat resistor heat the ink, the ink boils and bubbles are generated. As the bubble expands, pressure is applied to the ink filled in the ink chamber, thereby allowing the ink to be discharged through the nozzle.
이러한 열 방식의 잉크젯 프린터 헤드는 디피아이(DPI: dots per inch)를 높 이기 위하여 수백 개의 노즐을 고밀도로 배치하여야 한다. 따라서 구조가 가능한 고집적으로 제조되는 것이 바람직하다.These thermal inkjet printer heads require high density placement of hundreds of nozzles to increase dots per inch (DPI). Therefore, it is desirable that the structure be manufactured as high as possible.
한편, 열 방식의 잉크젯 헤드의 제조는 실리콘 기판 상에 다수의 층을 형성하여 제조한다. 즉 웨이퍼 상에 잉크젯 프린터 헤드의 동작, 즉 발열저항기로 공급되는 전류를 제어하기 위한 로직영역을 형성하고, 그 위에 층간 절연층(ILD: Inter Layer Dielectrics), 금속배선층 그리고 금속배선층 절연층(IMD: Inter Metal Dielectrics) 등을 적층하고, 각각의 층이 형성된 후에 잉크 피드홀과 노즐을 형성함으로써 헤드의 구조가 완성된다.Meanwhile, the thermal inkjet head is manufactured by forming a plurality of layers on a silicon substrate. That is, a logic region for controlling the operation of the inkjet printer head, that is, the current supplied to the heat generating resistor, is formed on the wafer, and an interlayer dielectric (ILD), a metal wiring layer, and a metal wiring layer insulation layer (IMD) are formed thereon. The structure of the head is completed by laminating Inter Metal Dielectrics) and the like, and forming ink feed holes and nozzles after each layer is formed.
여기서 층간 절연층은 로직영역이 형성된 층 위에 형성되기 때문에 막의 평탄도가 높아야한다. 이러한 이유로 종래에 층간 절연층으로는 점성도(Viscosity)가 좋은 보론 포스포러스 실리케이트 글라스(이하 "BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)"라고 한다)가 주로 사용된다. Since the interlayer insulating layer is formed on the layer on which the logic region is formed, the flatness of the film must be high. For this reason, boron phosphorus silicate glass having good viscosity (Viscosity) (hereinafter referred to as "BPSG (Boron Phosphorus Silicate Glass)") is mainly used as an interlayer insulating layer.
한편, 이 BPSG는 습기에 대한 흡습성질을 가지고 있다. 그런데 이 층간 절연층의 경우는 잉크 피드홀이 형성되면 끝단이 잉크 피드홀 측으로 노출되어 잉크와 직접 접촉하게 된다. 따라서 잉크에 노출된 BPSG는 잉크로부터 습기를 흡수하게 된다. 이렇게 습기를 흡수하게 되면 이로 인해 층간의 계면박리(Interface delamination) 및 금속배선층이나 히터의 부식, 전기적 단락, 로직영역 내의 소자 오동작 등의 문제를 발생시켜 잉크젯 프린트 헤드의 특성 저하 및 수명을 단축시키게 된다. On the other hand, this BPSG has a hygroscopic property against moisture. However, in the case of the interlayer insulating layer, when the ink feed hole is formed, the tip is exposed to the ink feed hole side and thus comes into direct contact with the ink. Thus, the BPSG exposed to the ink will absorb moisture from the ink. This moisture absorption causes problems such as interface delamination between layers, corrosion of metallization layer or heater, electrical short circuit, malfunction of devices in logic area, and shorten the characteristics and life of the inkjet print head. .
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 잉크 피드홀로부터의 잉크 흡습 경로를 차단한 잉크젯 프린터 헤드와 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve this problem, and an object of the present invention is to provide an inkjet printer head and a method of manufacturing the same, which block an ink absorption path from an ink feedhole.
본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드는 잉크 피드홀이 형성된 기판과, 상기 기판 상의 상기 잉크 피드홀의 주변에 형성된 층간 절연층과, 상기 층간 절연층 상에 금속으로 된 적어도 하나이상의 금속층과, 상기 잉크 피드홀과 상기 금속층 사이에 형성되어 상기 잉크 피드홀의 잉크로부터 습기가 상기 금속층으로 전달되는 것을 방지하는 흡습방지부를 구비한다.An ink jet printer head according to the present invention includes a substrate on which ink feed holes are formed, an interlayer insulating layer formed around the ink feed hole on the substrate, at least one metal layer of metal on the interlayer insulating layer, and the ink feed hole. And a moisture absorption preventing portion formed between the metal layer and preventing moisture from being transferred from the ink in the ink feed hole to the metal layer.
그리고 바람직하게 상기 기판에는 로직영역(Logic area)이 형성되고, 상기 흡습방지부는 상기 잉크 피드홀과 상기 로직영역 사이에 형성될 수 있다.In addition, a logic area may be formed in the substrate, and the moisture absorption preventing part may be formed between the ink feed hole and the logic area.
또한 바람직하게 상기 흡습방지부는 상기 층간절연층의 일부에 채워진 흡습방지층으로 마련될 수 있다.Also preferably, the moisture absorption prevention part may be provided as a moisture absorption prevention layer filled in a part of the interlayer insulating layer.
또한 바람직하게 상기 층간 절연층은 보론 포스포러스 실리케이트 글라스(BPSG : Boron Phosphorus Silicate Glass)로 마련될 수 있다.In addition, the interlayer insulating layer may be formed of boron phosphorus silicate glass (BPSG).
또한 바람직하게 상기 흡습방지층은 스테인레스(stainless), 니켈(nickel), 모넬(monel), 하스텔로이(hastelloy), 납(lead), 알루미늄(aluminum), 주석(tin), 티타늄(titanium), 탄탈륨(tantalum) 그리고 이들의 합금 중에서 어느 하나를 선택하여서 될 수 있다.In addition, the moisture absorption layer is preferably stainless, nickel, monel, hastelloy, lead, aluminum, tin, titanium, tantalum tantalum) and any one of these alloys.
또한 바람직하게 상기 금속층은 제 1금속배선층과, 상기 제 1금속배선층과 컨택되는 제 2금속배선층과, 압력을 발생시키는 발열저항층을 포함할 수 있다.Also preferably, the metal layer may include a first metal wiring layer, a second metal wiring layer in contact with the first metal wiring layer, and a heat generating resistance layer for generating pressure.
또한 바람직하게 상기 기판에는 산화층과, 상기 산화층 상에 형성된 상기 층간 절연층과, 상기 층간 절연층 상에 형성된 상기 제 1금속배선층과, 상기 금속배선층 층상에 형성된 금속배선층 절연층과, 상기 금속배선층 절연층 상에 형성된 상기 제 2금속배선층과 상기 발열저항층과, 상기 제 2금속배선층과 상기 발열저항층 상에 형성된 보호부가 마련될 수 있다.Also preferably, the substrate may include an oxide layer, the interlayer insulating layer formed on the oxide layer, the first metal wiring layer formed on the interlayer insulating layer, a metal wiring layer insulating layer formed on the metal wiring layer layer, and the metal wiring layer insulation. The second metal wiring layer and the heating resistor layer formed on the layer, and the protection portion formed on the second metal wiring layer and the heating resistor layer may be provided.
또한 바람직하게 상기 흡습방지부는 상기 잉크 피드홀의 주변에 상기 보호부에서 상기 기판 까지 연장 형성된 트렌치와, 상기 트렌치에 채워진 흡습방지층을 포함할 수 있다.Also preferably, the moisture absorption prevention part may include a trench extending from the protection part to the substrate around the ink feed hole, and a moisture absorption prevention layer filled in the trench.
또한 바람직하게 상기 보호부는 상기 제 2금속배선층과 상기 발열저항층 상에 형성되며 실리콘 나이트라이드로 된 금속층 보호층과 상기 금속층 보호층 상에 형성된 안티 캐비테이션 층을 포함하고, 상기 안티 캐비테이션 층과 상기 흡습방지층은 탄탈륨으로 되어 상기 안티 캐비테이션 층의 형성시에 함께 형성될 수 있다.Also preferably, the protection part includes a metal layer protection layer made of silicon nitride and an anti-cavitation layer formed on the metal layer protection layer, formed on the second metal wiring layer and the heat generating resistance layer, and the anti-cavitation layer and the moisture absorption. The prevention layer may be tantalum and formed together in forming the anti-cavitation layer.
또한 바람직하게 상기 보호부는 금속층 보호층과 안티 캐비테이션(Anti cavitation) 층을 포함하고, 상기 흡습방지층은 상기 트렌치 내부에 상기 금속층 보호층과 상기 안티 캐비테이션 층의 형성 시에 형성될 수 있다.Also preferably, the protective part may include a metal layer protective layer and an anti cavitation layer, and the moisture absorption layer may be formed when the metal layer protective layer and the anti cavitation layer are formed in the trench.
또한 바람직하게 상기 금속층 보호층은 실리콘 나이트라이드(silicon nitride)로 마련되고, 상기 안티 캐비테이션 층은 탄탈륨으로 마련될 수 있다.Also preferably, the metal layer protective layer may be formed of silicon nitride, and the anti-cavitation layer may be formed of tantalum.
또한 바람직하게 상기 금속층 상에는 보호부가 형성되고, 상기 흡습 방지부는 상기 잉크 피드홀의 주변에 상기 기판 측으로 단차지게 형성된 단턱과, 상기 단턱에 상기 보호부와 함께 형성된 흡습방지층을 포함할 수 있다.In addition, a protective part may be formed on the metal layer, and the moisture absorption preventing part may include a stepped step formed on the substrate side around the ink feed hole, and a moisture absorption preventing layer formed together with the protective part on the stepped step.
또한 바람직하게 상기 보호부는 실리콘 나이트라이드로 된 금속층 보호층과, 상기 금속층 보호층 상에 적층되며 탄탈륨으로 된 안티 캐비테이션(Anti cavitation) 층을 포함할 수 있다.Also preferably, the protective part may include a metal layer protective layer made of silicon nitride, and an anti cavitation layer made of tantalum and stacked on the metal layer protective layer.
또한 바람직하게 상기 흡습방지층은 실리콘 나이트라이드와 탄탈륨이 적층되어 형성될 수 있다.Also preferably, the moisture absorption layer may be formed by stacking silicon nitride and tantalum.
본 발명에 따른 잉크젯 프린터의 제조방법은 기판 상에 층간 절연층을 형성하는 단계, 상기 층간 절연층 상에 금속층을 형성하는 단계, 상기 금속층 상에 금속배선층 절연층을 형성하는 단계, 상기 금속배선층의 일측에 잉크 피드홀이 형성될 영역의 주변 외측으로 상기 금속배선층 절연층을 식각하여 상기 기판의 표면까지 트렌치를 형성하는 단계, 상기 금속배선층 절연층 상에 상기 트렌치를 채워(gap fill) 상기 트렌치에 흡습방지층이 함께 형성되도록 보호부를 형성하는 단계, 상기 보호부 상에 노즐층과 노즐을 형성하고, 상기 잉크 피드홀을 형성하는 단계로 구비된다.The method of manufacturing an inkjet printer according to the present invention includes the steps of forming an interlayer insulating layer on a substrate, forming a metal layer on the interlayer insulating layer, forming a metal wiring layer insulating layer on the metal layer, and forming the metal wiring layer. Forming a trench to the surface of the substrate by etching the metal wiring layer insulating layer around the periphery of a region where an ink feed hole is to be formed on one side, and filling the trench on the metal wiring layer insulating layer. Forming a protection unit to form a moisture absorption layer together, forming a nozzle layer and a nozzle on the protection unit, and forming the ink feed hole.
그리고 바람직하게 상기 층간 절연층은 보론 포스포러스 실리케이트 글라스로 형성될 수 있다.And preferably, the interlayer insulating layer may be formed of boron phosphorus silicate glass.
또한 바람직하게 상기 보호부는 탄탈륨으로 된 안티 캐비테이션 층을 포함할 수 있다.Also preferably the protective part may comprise an anti cavitation layer of tantalum.
또한 바람직하게 상기 보호부는 상기 안티 캐비테이션 층의 하부에 실리콘 나이트라이드로 형성된 금속층 보호층을 포함할 수 있다.Also preferably, the protective part may include a metal layer protective layer formed of silicon nitride under the anti-cavitation layer.
본 발명에 따른 잉크젯 프린터의 제조방법에 대한 다른 양태로 기판 상에 층간 절연층을 형성하는 단계, 상기 층간 절연층에 잉크 피드홀이 형성될 영역의 주변 외측으로 트렌치를 형성하는 단계, 상기 트렌치에 흡습방지물질을 채워서(gap fill) 흡습방지층을 형성하는 단계, 상기 층간 절연층 상에 상기 흡습방지층의 외측으로 적어도 하나 이상의 금속층을 형성하는 단계, 상기 금속층 상에 보호부를 형성하는 단계, 상기 보호부 상에 노즐층과 노즐을 형성하고, 상기 잉크 피드홀을 형성하는 단계로 구비된다.In another aspect of the method for manufacturing an inkjet printer according to the present invention, forming an interlayer insulating layer on a substrate, forming a trench outside the periphery of a region where an ink feed hole is to be formed in the interlayer insulating layer, Forming a moisture absorption prevention layer by filling a moisture absorption prevention material, forming at least one metal layer on an outer side of the moisture absorption prevention layer on the interlayer insulating layer, forming a protection part on the metal layer, and protecting part And forming a nozzle layer and a nozzle thereon, and forming the ink feed hole.
그리고 바람직하게 상기 층간 절연층은 보론 포스포러스 실리케이트 글라스로 될 수 있다.And preferably, the interlayer insulating layer is made of boron phosphorus silicate glass.
또한 바람직하게 상기 흡습방지물질은 스테인레스(stainless), 니켈(nickel), 모넬(monel), 하스텔로이(hastelloy), 납(lead), 알루미늄(aluminum), 주석(tin), 티타늄(titanium), 탄탈륨(tantalum) 그리고 이들의 합금 중에서 어느 하나를 선택하여서 될 수 있다.Also preferably, the moisture absorption material is stainless, nickel, monel, hastelloy, lead, aluminum, tin, titanium, tantalum. tantalum and any of these alloys.
본 발명에 따른 잉크젯 프린터의 제조방법에 대한 또 다른 양태로 기판 상에 층간 절연층을 형성하는 단계, 상기 층간 절연층 상에 적어도 하나이상의 금속층을 형성하는 단계, 상기 층간 절연층 상에 상기 금속층의 일측으로 상기 기판까지 잉크 피드홀을 부분 형성하는 단계, 상기 금속층 상에 상기 금속층과 상기 잉크 피드홀 사이에 단차진 흡습방지부를 가진 보호부를 형성하는 단계, 상기 보호부 상에 노즐층과 노즐을 형성하고, 상기 기판을 식각하여 상기 잉크피드홀이 관통되도록 하는 단계로 구비된다.In another aspect of the method for manufacturing an inkjet printer according to the present invention, forming an interlayer insulating layer on a substrate, forming at least one metal layer on the interlayer insulating layer, and forming the interlayer insulating layer on the interlayer insulating layer Forming an ink feed hole to one side to the substrate, forming a protective part having a stepped moisture absorption prevention part between the metal layer and the ink feed hole on the metal layer, and forming a nozzle layer and a nozzle on the protective part And etching the substrate to allow the ink feed hole to pass therethrough.
그리고 바람직하게 상기 금속층과 상기 보호부 사이에는 금속층 절연층이 형성될 수 있다.Preferably, a metal layer insulating layer may be formed between the metal layer and the protective part.
또한 바람직하게 상기 층간 절연층은 보론 포스포러스 실리케이트 글라스로 형성될 수 있다.Also preferably, the interlayer insulating layer may be formed of boron phosphorus silicate glass.
또한 바람직하게 상기 보호부는 탄탈륨으로 된 안티 캐비테이션 층과, 상기 안티 캐비테이션 층의 하부에 실리콘 나이트라이드로 형성된 금속층 보호층을 포함할 수 있다.Also preferably, the protective part may include an anti-cavitation layer made of tantalum and a metal layer protective layer formed of silicon nitride under the anti-cavitation layer.
또한 바람직하게 상기 흡습방지부는 탄탈륨으로 될 수 있다.Also preferably, the moisture absorption prevention portion may be tantalum.
또한 바람직하게 상기 흡습방지부는 상기 탄탈륨의 하부에 형성된 실리콘 나이트라이드를 포함할 수 있다.Also preferably, the moisture absorption prevention part may include silicon nitride formed under the tantalum.
또한 바람직하게 상기 잉크 피드홀은 기판 상부 층들에 형성된 내경이 상기 기판에 형성된 내경보다 크게 할 수 있다. Also preferably, the ink feed hole may have an inner diameter formed on upper substrate layers larger than an inner diameter formed on the substrate.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제조 방법에 관한 실시예들을 설명하도록 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the inkjet printhead and its manufacturing method according to the present invention.
본 발명에 대한 이하의 실시예들은 본 발명의 기술적 사항을 충분하게 당업자가 이해할 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 필요에 따라서는 이하에서 언급하지 않는 다른 변형된 형태로의 구체화가 이루어질 수 있을 것이다.The following embodiments of the present invention are provided to fully understand the technical details of the present invention. Thus, if necessary, the embodiment may be embodied in other modified forms not mentioned below.
이하의 실시예들 중에서 서로 다른 실시예들에서 동일하게 언급되는 구조 또는 방법에 대한 설명은 선행하여 설명한 실시예에서 미리 설명하고, 가능한 한 반복적인 설명은 생략하기로 한다. 그리고 각 실시예에 대한 설명 및 도면들은 기술적 이해를 돕기 위하여 각 구성요소의 두께, 크기 또는 영역들을 과장하여 나타내고 있다. 그리고 동일한 구성에 대해서는 각 실시예에서 동일한 참조번호를 사용하고, 다른 실시예에서는 또 다른 참조번호를 동일하게 사용한다. 그리고 도 1은 첫 번째 실시예에 대한 평면 구성으로 언급하였지만 다른 나머지 실시예의 경우도 평면구성은 도 1과 유사하다. 따라서 첫 번째 실시예외의 나머지 실시예들에 대한 평면 구성은 도 1을 참조하여 이해할 수 있을 것이다.Description of the structure or method that is equally mentioned in the different embodiments of the following embodiments will be described in detail in the above-described embodiment, and repeated description as possible will be omitted. In addition, the descriptions and the drawings of each embodiment exaggerate the thickness, size, or area of each component to help technical understanding. For the same configuration, the same reference numerals are used in each embodiment, and the other reference numerals are identically used in other embodiments. 1 is referred to as the planar configuration for the first embodiment, but the planar configuration is similar to that of FIG. Therefore, the planar configuration of the remaining embodiments other than the first embodiment will be understood with reference to FIG.
(제 1실시예)(First embodiment)
도 1은 본 발명의 실시예에 대한 이해가 보다 용이하게 이루어지도록 하기 위하여 노즐층이 제거된 상태의 잉크젯 프린터 헤드의 평면구조를 나타낸 것이고, 도 2는 도 1의 잉크젯 프린터 헤드에 노즐층이 포함된 상태에 따라 도시한 단면도이다.FIG. 1 illustrates a planar structure of an inkjet printer head in a state in which a nozzle layer is removed to facilitate understanding of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 includes a nozzle layer in the inkjet printer head of FIG. 1. It is sectional drawing shown according to the state shown.
도 1과 도 2을 함께 참조하여 설명하면 잉크젯 프린터 헤드는 기판(100)을 구비한다. 기판(100)은 수백 ㎛의 두께를 가지는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 기판(100)의 상부면 일부에는 헤드 내부의 압력발생부인 발열저항층(160)을 구동하기 위한 구동 소자로 된 로직영역(130)이 마련된다.Referring to FIG. 1 and FIG. 2 together, the inkjet printer head includes a
이 로직영역(130)은 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 공정으로 형성될 수 있다. 이 CMOS 공정에 대해서는 본 출원인이 출원한 한국공개특허"10-2004-0054432"를 참조할 수 있다.The
도 2와 도 3a에 도시된 바와 같이 기판(100) 상에는 산화층(141)(field oxide)이 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 또는 열 공정(Thermal process)으로 형성된다. 산화층(141) 상에는 층간절연층(142)(ILD: Inter Layer Dielectrics)이 형성된다. 이 층간절연층(142)은 BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)로 형성된다. 그리고 층간절연층(142)의 형성은 화학기상증착으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 APCVD (Atmosperic Pressure Chemical Vapor Deposition)로 형성할 수 있다.As shown in FIGS. 2 and 3A, an oxide layer 141 (field oxide) is formed on a
도 2와 도 3b에 도시된 바와 같이 층간절연층(142) 상에는 금속층(151)(152)(160)이 형성된다. 이 금속층(151)(152)(160)은 층간절연층(142) 상의 일부분에 형성된 제 1금속배선층(151)을 포함한다. 이 제 1금속배선층(151)은 리소그래피 공정(Lithography)을 거쳐 패턴을 식각 형성한 후 스퍼터링(Sputtering) 으로 증착 형성될 수 있다. 제 1금속배선층(151)은 티타늄(Ti), 티타늄 나이트라이드(TiN) 또는 알루미늄(Al)을 사용할 수 있다. As illustrated in FIGS. 2 and 3B,
이 제 1금속배선층(151)은 도면에 나타나지 않지만 로직영역(30)과 연결될 수 있다. 제 1금속배선층(151) 상에는 금속배선층 절연층(170)(IMD: Inter Metal Dielectrics)이 형성된다. 이 금속배선층 절연층(170)은 옥사이드(Oxide)를 플라즈마 보강 화학기상증착(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)으로 형성할 수 있다.Although not shown in the figure, the first
금속배선층 절연층(170)에는 제 1금속배선층(151) 까지 비아(153)(Via)가 형성된다. 이 비아(153)에는 텅스텐(W)이 저압화학기상증착(LPCVD : Low pressure CVD) 또는 원자층 증착(ALD : Atomic Layer Deposition)으로 갭필(gap fill)될 수 있다.Vias 153 (Via) are formed in the metal wiring
그리고 이 비아(153)를 통하여 컨택(contact)되는 금속층인 제 2금속배선층(152)과 압력발생부인 발열저항층(160)이 금속배선층 절연층(170) 상에 형성된다. 이 제 2금속배선층(152)과 발열저항층(160)은 함께 또는 별도로 금속배선층 절연층 (170) 상에 형성될 수 있다.The second
발열저항층(160)(heat resistor layer)은 고저항성 금속인 탄탈륨 또는 텅스텐이나, 탄탈륨 나이트라이드(TaN) 또는 탄탈륨 알루미늄(TaAl)과 같은 고저항성 금속을 포함하는 합금 또는 불순물 이온이 도핑된 폴리실리콘으로 형성될 수 있다. 제 2금속배선층(152)과 발열저항층(160)은 제 1금속배선층(151)과 마찬가지로 스퍼터링으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서 발열저항층(160)은 2열로 배열되어 있지만, 이에 한정하는 것은 아니다.The
그리고 금속배선층 절연층(170) 상으로 잉크피드홀(101)의 주변에는 잉크피드홀(101)을 둘러싸는 형태로 트렌치(183)(Trench)가 형성된다. 이 트렌치(183)는 건식식각(Dry etching)으로 형성될 수 있다. 건식식각으로는 반응 이온 식각(RIE: Reactive Ion Etching), 유도 결합 플라즈마(ICP: Inductive Coupled Plasma)식각이 채용될 수 있다. 그리고 트렌치(183)의 직경은 대략 5 - 10㎛로 형성될 수 있다. 또한 깊이는 기판(100)이 노출될 정도로 형성될 수 있으며, 적어도 층간절연층(142)은 식각되도록 하는 것이 적절하다.A
그리고 도 2와 도 3c에 도시된 바와 같이 금속배선층 절연층(170) 상에는 트렌치(183) 내부에 채워짐과 동시에 발열저항층(160)과 제 2금속배선층(152)을 덮도록 보호부(180)(Passivation layer)가 형성된다. 이 보호부(180)는 하부에 형성된 층들(152)(160)의 보호를 위한 것으로 외부의 온도, 습기로부터 이들 층들(152)(160)을 보호하는 역할을 한다.As shown in FIGS. 2 and 3C, the
이 보호부(180)는 플라즈마 보강 화학기상증착 공정을 이용하여 실리콘 나이 트라이드(SiNX)로 된 금속층 보호층(181)을 포함할 수 있다. 이 금속층 보호층(181)은 하부의 금속층(151)(152)(160)들을 보호하는 역할을 한다. 이 금속층 보호층(181)은 트렌치(183)에 형성될때 그 두께가 적어도 트렌치(183)의 바닥인 기판(100)에서 산화층(141) 까지 형성되는 것이 적절하고, 트렌치(183)의 프로파일을 따라 컨포멀(confomal)하게 형성되는 것이 바람직하다. The
그리고 도 2와 도 3d에 도시된 바와 같이 보호부(180)는 실리콘 나이트라이드로 된 금속층 보호층(181) 상에 탄탈륨으로 형성된 안티 캐비테이션(Anti-cavitation) 층(182)을 포함한다. 이 안티 캐비테이션 층(182)은 버블의 수축시에 발생하는 수백기압의 고압으로부터 하부에 형성된 층들을 보호하기 위한 것이다. 안티 캐비테이션 층(182)은 스퍼터링으로 증착될 수 있으며, 증착이 이루어질 때 실리콘 나이트라이드 층(181)이 증착된 트렌치(183) 내부에도 형성된다.2 and 3D, the
따라서 트렌치(183)에 실리콘 나이트라이드(191)와 탄탈륨(192)이 차례로 형성되어 잉크 피드홀(101)과 각각의 층들 사이에 수직 상태로 흡습방지부인 흡습방지층(190)이 형성된다. 그리고 습기의 차단은 주로 안티 캐비테이션 층(182)을 형성할 때 갭핑된 탄탈륨(192)에 의하여 이루어진다. Accordingly, the
일반적으로 탄탈륨은 습기에 의한 부식이나 계면박리가 최소화되는 것으로 알려져 있다. 즉 산화(oxidation)가 잘 이루어지지 않으며, 과잉의 산(acid)에 의해서도 침식되지 않는다. 따라서 직접 잉크에 노출되더라도 부식이 거의 일어나지 않으므로 뛰어난 방습기능을 발휘한다. 이에 따라 이 흡습방지층(190)은 층간절연 층(142)이 잉크 피드홀(101) 측으로 단부가 노출됨에 따라 이를 통하여 흡수되는 습기를 효과적으로 차단하게 된다.In general, tantalum is known to minimize corrosion and interfacial peeling due to moisture. In other words, oxidation is not performed well and is not eroded by excess acid. Therefore, even when directly exposed to the ink almost no corrosion occurs excellent moisture-proof function. Accordingly, the moisture
이후 도 2와 도 3e에 도시된 바와 같이 잉크 피드홀(101)을 형성한다. 이 잉크 피드홀(101)을 형성할 때 기판(100)을 완전히 관통시키지 않고 소정두께의 잔류부(102)(remaining layer)를 남긴다. 그리고 이때 형성되는 잉크 피드홀(101)은 흡습방지층(190)의 내측으로 형성된다. 잉크 피드홀(101)은 자기보강플라즈마 식각 또는 유도결합플라즈마 식각 공정으로 형성될 수 있다. Thereafter, as illustrated in FIGS. 2 and 3E, an
이후 챔버층(110)을 형성한다. 챔버층(110)은 잉크 피드홀(101) 상으로 희생층(124)을 형성한 후 보호부(180)의 상부로 감광성 드라이 필름층을 가열 가압하여 압착하는 라미네이션(lamination) 방법에 의하여 도포된다. 감광성 드라이 필름은 듀퐁(Dupont)사의 제품인 베크렐(VACREL) 또는 리스톤(RISTON)을 채용할 수 있다.Thereafter, the
챔버층(110) 상에는 노즐층(120)이 형성된다. 노즐층(120)에는 적어도 하나이상의 노즐(121)이 형성된다. 이 노즐층(120)은 니켈 전해도금(Nickel electrolytic plating), 마이크로 펀칭(Micro punching) 또는 연마공정(Polishing process)으로 형성된다. 이 노즐층(120)에 형성된 노즐(121)은 챔버(111)와 발열저항층(160)의 직상부에 위치하도록 정렬된다. The
이후 잉크 피드홀(101)의 형성시 잔류한 잔류부(102)를 식각함으로써 잉크 피드홀(101)을 관통시키고, 희생층(124)을 제거함으로써 잉크유로(123)가 형성되도록 하면 도 2에 도시된 바와 같이 헤드가 완성된다. 희생층(102)은 희생층(102)을 유기물(organic compounds)로 형성하고, 용해제를 사용하여 제거할 수 있다.Thereafter, the remaining
그리고 잔류부(102)는 리소그래피(lithography) 공정과 식각공정을 이용하여 기판(100)의 배면으로 제거할 수 있다. 그리고 다르게는 희생층(124)을 제거시킨 후에도 제거할 수 있다.The
(제 2실시예)(Second embodiment)
도 4와 도 5a에 도시된 바와 같이 잉크젯 프린터 헤드는 기판(200)을 구비한다. 기판(200)의 상부면 일부에는 헤드 내부의 압력발생부인 발열저항층(260)을 구동하기 위한 구동 회로로 된 로직영역(230)이 형성된다. 기판(200) 상에는 산화층(241)(field oxide)과 층간절연층(242)이 형성된다.As shown in FIGS. 4 and 5A, the inkjet printer head includes a
그리고 도 4와 도 5b에 도시된 바와 같이 층간절연층(242) 상에는 금속층(251)(252)(260)이 형성된다. 이 금속층(251)(252)(260)은 층간절연층(242) 상의 일부분에 형성된 제 1금속배선층(251)을 포함한다. 제 1금속배선층(251) 상에는 금속배선층 절연층(270)이 형성된다. 금속배선층 절연층(270)에는 제 1금속배선층(251) 까지 비아(253)(Via)가 형성되고, 이 비아(253)를 통하여 컨택(contact)되는 또 다른 금속층인 제 2금속배선층(252)이 금속배선층 절연층(270) 상에 형성된다. 이 제 2금속배선층(252)과 함께 또는 별도로 금속배선층 절연층(270) 상에 금속층에 포함되는 압력발생부인 발열저항층(260)이 형성된다. 여기까지는 첫 번째 실시예와 공정이 동일하게 진행될 수 있다.As shown in FIGS. 4 and 5B,
이후 금속배선층 절연층(270) 상에는 발열저항층(260)과 제 2금속배선층(252)을 덮도록 보호부(280)가 형성된다. 이 보호부(280)는 플라즈마 보강 화학기 상증착 공정을 이용하여 실리콘 나이트라이드(SiNX)로 된 금속층 보호층(281)을 포함한다. 이 금속층 보호층(281)은 하부에 형성된 층들(252)(260)을 보호하는 역할을 한다. Thereafter, the
그리고 도 4와 도 5c에 도시된 바와 같이 금속층 보호층(281)으로 잉크 피드홀(201)이 형성될 부분의 주변에 잉크 피드홀(201)을 둘러싸는 형태로 트렌치(283)(Trench)가 형성된다. 이 트렌치(283)는 건식식각(Dry etching)으로 형성된다. 그리고 트렌치(283)의 직경은 대략 5 - 10㎛으로 형성될 수 있다. 또한 깊이는 기판(200)이 노출될 정도로 형성될 수 있으며 적어도 층간절연층(242)이 제거될 정도의 깊이로 형성되는 것이 적절하다.As shown in FIGS. 4 and 5C, the
그리고 도 4와 도 5d에 도시된 바와 같이 금속층 보호층(281)의 상부로 보호부(280)에 포함되는 안티 캐비테이션(Anti cavitation) 층(282)이 탄탈륨으로 스퍼터링에 의해 형성한다. 이때 트렌치(283)는 이 안티 캐비테이션 층(282)의 형성으로 탄탈륨에 의하여 갭필 또는 컨포멀하게 형성된다. 따라서 잉크 피드홀(201)과 각각의 층들 사이에 수직 상태로 배치되며 탄탈륨으로 된 흡습방지부인 흡습방지층(290)이 형성된다.As shown in FIGS. 4 and 5D, an
이후 도 4와 도 5e에 도시된 바와 같이 잉크 피드홀(201), 챔버층(210)과 챔버(211) 그리고 노즐(221)이 형성된 노즐층(220)을 첫 번째 실시예와 동일한 방법으로 형성하면 헤드가 완성된다.Thereafter, as illustrated in FIGS. 4 and 5E, the
(제 3실시예)(Third Embodiment)
도 6과 도 7a에 도시된 바와 같이 잉크젯 프린터 헤드는 기판(300)을 구비한다. 기판(300)의 상부면 일부에는 헤드 내부의 압력발생부를 구동하기 위한 구동 회로로 된 로직영역(330)이 형성된다. 기판(300) 상에는 산화층(341)과 층간절연층(342)이 형성된다. 여기까지는 첫 번째 실시예와 동일하게 진행될 수 있다. As shown in FIGS. 6 and 7A, the inkjet printer head has a
그리고 도 6과 도 7b에 도시된 바와 같이 층간절연층(342)을 형성한 후에 층간절연층(342)의 잉크피드홀(301)의 주변으로 잉크피드홀(301)을 둘러싸는 형태로 트렌치(343)를 형성한다. 이 트렌치(343)는 리소그래피 공정과 건식식각 공정으로 형성된다. 그리고 트렌치(343)의 직경은 대략 5 - 10㎛으로 형성될 수 있다. 트렌치(343)는 층간절연층(342) 부분만 식각 제거하여 형성할 수 있다. 또는 트렌치(343)는 기판(300)이 노출될 정도로 식각될 수 있다. 6 and 7B, after the interlayer insulating
그리고 도 6과 도 7c에 도시된 바와 같이 이 트렌치(343)를 내부식성 금속 또는 이들의 합금으로 갭필하여 흡습방지부인 흡습방지층(390)을 형성한다. 즉 흡습방지층(390)은 스테인레스(stainless), 니켈(nickel), 모넬(monel), 하스텔로이(hastelloy), 납(lead), 알루미늄(aluminum), 주석(tin), 티타늄(titanium), 탄탈륨(tantalum) 그리고 이들의 합금 중에서 어느 하나 또는 언급되지 않은 또 다른 재질의 내부식성 금속을 선택하여 채용할 수 있다. 그리고 흡습방지층(390)을 증착할 때 반응가스를 조절함으로써 내식성의 정도를 개선할 수 도 있다.6 and 7C, the
이 흡습방지층(390)의 형성은 층간절연층(342) 상으로 트렌치(343)가 노출되도록 포토마스크를 형성한 후 트렌치(343)에 스퍼터링으로 내부식성 금속을 갭필하여 형성한다. 그리고 포토마스크를 제거한 후에는 상측으로 제 1금속배선층(351)이 형성되므로 시엠피(CMP: Chemical Mechanical Polishing)를 이용한 평탄화 공정이 적용될 수 있다.The moisture
그리고 도 6과 도 7d에 도시된 바와 같이 층간절연층(342) 상에는 금속층(351)(352)(360)이 형성된다. 금속층(351)(352)(360)은 층간절연층(342) 상의 일부분에 형성된 제 1금속배선층(351)을 포함한다. 그리고 제 1금속배선층(351) 상에는 금속배선층 절연층(370)이 형성되며 금속배선층 절연층(370)에는 제 1금속배선층(351) 까지 비아(353)(Via)가 형성된다. 그리고 이 비아(353)를 통하여 컨택(contact)되는 다른 금속층인 제 2금속배선층(352)이 금속배선층 절연층(370) 상에 형성된다. 6 and 7D,
이 제 2금속배선층(352)과 함께 또는 별도로 금속배선층 절연층(370) 상에 형성되며 금속층에 포함되는 압력발생부인 발열저항층(360)이 형성된다. 이후 금속배선층 절연층(370) 상에는 발열저항층(360)과 제 2금속배선층(352)을 덮도록 보호부(380)가 형성된다. 이 보호부(380)는 플라즈마 보강 화학기상증착 공정을 이용하여 실리콘 나이트라이드(SiNX)로 된 금속층 보호층(381)과 이 금속층 보호층(381)의 상부로 탄탈륨으로 형성된 안티 캐비테이션 층(382)을 포함한다. 이후 잉크 피드홀(301), 챔버(311)와 챔버층(310) 그리고 노즐(321)이 형성된 노즐층(320)을 첫 번째 실시예와 동일한 방법으로 형성하면 헤드가 완성된다.The
(제 4실시예)Fourth Embodiment
도 8과 도 9a, 도 9b에 도시된 바와 같이 잉크젯 프린터 헤드는 기판(400)을 구비한다. 기판(400)의 상부면 일부에는 헤드 내부의 압력발생부인 발열저항층(460)을 구동하기 위한 구동 회로로 된 로직영역(430)이 형성된다. 그리고 차례로 산화층(441)과 층간절연층(442)이 형성되고, 계속해서 층간절연층(442) 상에 금속층인 제 1금속배선층(451), 비아(453) 제 2금속배선층(452) 그리고 발열저항층(460)이 형성된다. 여기까지는 첫 번째 실시예와 동일하게 수행할 수 있다.As shown in FIGS. 8, 9A, and 9B, the inkjet printer head has a
그리고 도 8과 도 9c에 도시된 바와 같이 기판(400) 상으로 잉크 피드홀(401)을 부분 형성한다. 이때의 잉크 피드홀(401)은 층간절연층(442)에서 기판(400)의 표면까지 건식식각으로 형성된다. 그리고 잉크 피드홀(401)은 이후 기판(400)을 관통하여 형성되는 나머지 잉크 피드홀(401)의 직경보다 크게 형성된다(도 9c와 도 9f 참조, D1 > D2). 즉 잉크 피드홀(401)은 최종 형성 시에 상하로 단차(483)가 형성되도록 한다. As shown in FIGS. 8 and 9C, an
그리고 도 8과 도 9d에 도시된 바와 같이 금속배선층 절연층(470) 상에 잉크 피드홀(401)을 채우고, 발열저항층(460) 및 제 2금속배선층(452)을 덮도록 보호부(480)를 형성한다. 이 보호부(480)는 하부에 형성된 층들(451)(452)(460)의 보호를 위한 것으로 실리콘 나이트라이드로 된 금속층 보호층(481)을 포함한다. 이 금속층 보호층(481)은 잉크 피드홀(401)에 형성될 때 부분 식각된 잉크 피드홀(401)의 단차(483)의 바닥에서 산화층(441) 까지 형성될 수 있다.As shown in FIGS. 8 and 9D, the
그리고 도 8과 도 9e에 도시된 바와 같이 보호부(480)는 금속층 보호층(481) 상으로 증착된 탄탈륨으로 된 안티 캐비테이션(Anti cavitation) 층(482)을 포함한다. 이 안티 캐비테이션 층(482)은 금속층 보호층(481)의 상부에 스퍼터링으로 증 착 형성된다. 따라서 이 두 층(481)(482)에 의하여 잉크 피드홀(401) 내측으로 단차진 흡습방지부인 흡습방지층(490)이 형성된다. 이때 안티 캐비테이션 층(482)은 하단이 산화층(41)의 표면 또는 그 이하까지 형성될 수 있고, 상부로의 두께는 층간 절연막(442) 이상으로 되는 것이 바람직하다.8 and 9E, the
이후 도 8과 도 9f에 도시된 바와 같이 잉크 피드홀(01)을 건식식각으로 완전 관통시켜 형성한다. 이때 흡습방지층(490)이 효과적으로 그 형상이 유지될 수 있기 위해서는 이미 형성된 잉크 피드홀(401)의 직경(D1)보다 작은 직경(D2)으로 기판(400)을 식각하는 것이 적절하다. 이후 챔버(411)와 챔버층(410) 그리고 노즐(421)이 형성된 노즐층(420)을 첫 번째 실시예와 동일한 방법으로 형성하면 헤드가 완성된다.Thereafter, as shown in FIGS. 8 and 9F, the ink feed hole 01 is completely penetrated by dry etching. In this case, in order for the moisture
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 따라서 본 발명은 본 발명의 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 구성은 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.In the detailed description of the invention as described above, specific embodiments have been described. However, many modifications are possible without departing from the scope of the invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments of the present invention, all of the configurations included in the technical idea of the present invention should be considered to be included in the technical scope of the present invention.
이상과 같은 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법은 흡습성을 갖는 층으로부터 잉크의 습기가 금속배선층, 로직영역 또는 압력구동부로 침투하는 것을 차단할 수 있기 때문에, 층간 박리, 전기적 쇼트, 회로의 오동작 및 금속배선층 부식과 같은 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있게 되고, 이에 따라 헤드의 수 명 및 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 잉크젯 프린터 헤드의 생산 수율증가로 생산성 증대 및 제조단가를 절감시킬 수 있게 된다.Since the inkjet printer head and its manufacturing method according to the present invention as described above can prevent the moisture of the ink from penetrating into the metal wiring layer, the logic region or the pressure driving part from the layer having hygroscopicity, interlayer separation, electrical short, malfunction of the circuit. And it is possible to prevent the occurrence of defects, such as corrosion of the metal wiring layer, thereby improving the life and reliability of the head, as well as increase the production yield of the inkjet printer head can increase productivity and reduce manufacturing costs Will be.
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