KR101033721B1 - 액체 토출 헤드 기체, 그 기체를 사용한 액체 토출 헤드 및그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
기체와, 기체에 형성된 발열 저항층과, 액체의 유로와, 발열 저항층에 적층되어 그 단부가 발열 저항층 상에서 단차부를 형성하는 배선층과, 발열 저항층과 단차부를 포함하는 배선층을 덮고, 발열 저항층과 유로 사이에 배치된 보호층을 갖는 액체 토출 헤드 기체에 있어서, 보호층은, Cat-CVD법에 의해 형성된다.
발열 저항층, 단차부, 배선층, 토출헤드, 열 작용부
Description
본 발명은, 액체를 토출 시키기 위한 액체 토출 헤드 기체, 그 기체를 사용한 액체 토출 헤드 및 그것들의 제조 방법에 관한 것이다.
미소량의 액체를 토출구로부터 토출하는 액체 토출 헤드로서, 열에너지를 사용하여 잉크를 토출하는 잉크 제트 헤드가 알려져 있다. 최근, 그 잉크 제트 헤드를 사용한 잉크 제트 기록 장치의 고속 기록화가 요구되고 있다. 이 때문에 잉크 제트 헤드의 발열 저항층을 구동하는 구동 주파수의 고주파화, 혹은 토출구 수의 증가가 도모되고 있다. 그런데 일정한 크기의 헤드 기판에 다수의 토출구를 설치하기 위하여는, 배선의 폭을 좁혀야만 하는데, 그로 인해 배선 저항이 높아져 버린다. 이 배선 폭의 협소화에 의한 배선의 고저항화를 피하는 간편한 방법은, 배선의 높이를 높게(배선층의 두께를 두껍게) 하는 것이다.
여기서, 종래로부터 알려져 있는, 열에너지를 사용하여 잉크를 토출하는 잉크 제트 헤드의 단면 모식도인 도13을 사용하여 발열부 부근의 적층 구성을 설명한다.
Si 기판(120) 상에 열산화 등에 의해 형성된 SiO2막으로 이루어지는 축열층(106)이 형성되고, 축열층(106) 상에는 잉크에 열에너지를 부여하는 발열 저항층(107)과 발열 저항층(107)에 전압을 인가하기 위한 배선(103) 및 배선(104)이 형성되어 있다. 발열 저항층(107)의 배선(103) 및 배선(104)으로부터 노출된 부분이, 발열부(102)가 된다. 또한, 이 발열 저항층(107), 배선(103) 및 배선(104) 상에는, 발열 저항층(107), 배선(103) 및 배선(104)을 보호하기 위한 절연 보호막(108)이 설치되어 있다. 또한, 절연 보호막(108) 상에는, 내 캐비테이션 막인 Ta막(l10)이 설치되어 있다.
발열부(102) 상에는 잉크 유로(미도시)가 형성되어 있다. 발열부(102)는, 잉크와 접촉하기 때문에 금속으로 이루어지는 배선(103), 배선(104) 및 발열부(102)가 잉크와 접촉함으로써 부식 등의 화학적인 손상이나 잉크의 발포에 의한 물리적인 손상을 받는 경우가 있다. 이들 손상으로부터 발열부(102) 및 배선(103) 및 배선(104)을 보호하기 위한 절연 보호막(108)과, 상부 보호막이 되는 Ta막(110)이 형성되어 있다. Ta막(110)의 잉크에 접하는 부위에서 발열부(l02) 윗부분이 열 작용부가 된다.
이러한 구조의 잉크 제트 헤드 기판에 있어서, 기판 상에 적층된 배선을 잉크 등의 액체로부터 보호하는(잉크 등에 접촉하지 않게 하는) 보호층(보호막)을 형성하기 위하여는, 배선의 단차, 즉 배선의 높이가 작을수록, 보호층의 단차부 피복성은 좋다.
종래의 보호층(절연 보호층)을 형성하는 방법 중, 온도를 내려서(450℃ 이하) 형성하는 것이 가능한 방법으로서는, 상압 CVD법, 플라즈마 CVD법 및 스퍼터링법이 알려져 있다. 그러나 상압 CVD법은, 기판에 손상을 부여하는 것이 작지만 테이퍼 커버리지성이 나쁘다는 문제가 있다. 또한, 플라즈마 CVD법 및 스퍼터링법은, 입자에 고에너지를 부가하여 상기 입자를 기판에 퇴적시키기 때문에 기판 표면에 손상을 가한다는 문제가 있다. 기판에 부여하는 손상이 비교적 작은 방법으로서 감압 CVD법이 있지만 감압 CVD법의 경우, 800℃ 정도의 고온을 필요로 하기 때문에 금속 재료로 이루어지는 배선을 형성 후에 절연막을 퇴적하는 것은 곤란하다.
또한, 각 방법에 의해 형성된 막의 치밀함은, 실리콘 산화막의 경우, 열산화법>감압 CVD법>상압 CVD법>플라즈마 CVD법으로 말해지고 있다.
종래, 상술한 잉크 제트 헤드의 보호층은 플라즈마 CVD법에 의해 형성되고 있었지만 이와 같이 하여 형성되는 보호층의 층질(막질)은, 성막 온도를 보다 고온으로 함으로써 향상시키는 것이 가능하다. 구체적으로는, 배선에 내열성이 있는 알루미늄과 실리콘 등의 합금이나 티탄 실리사이드 등의 실리사이드를 사용하여 성막 온도를 보다 고온으로 할 수 있다.
그러나, 알루미늄과 실리콘 등의 화합물이나 티탄 실리사이드 등의 실리사이드는, 알루미늄에 비교하여 고저항이기 때문에 배선의 높이가 보다 높아져서, 보호층의 커버리지성이 보다 요구되게 된다. 또한, 알루미늄 또는 알루미늄 합금은, 고온에 노출되면 힐록으로 불리는 선단이 바늘 모양의 볼록부가 형성되어 표면의 평탄성이 상실된다. 이 힐록의 형성을 억제하기 위하여는, 알루미늄 또는 알루미 늄 합금에 의한 배선 상에 형성하는 보호층의 층 두께(막 두께)를 더욱 두껍게 하지 않으면 안되어 박층화(박막화)의 요청에 반하게 된다. 이러한 관점에서, 성막 온도를 올려서 보호층의 막질을 향상시키는 것은, 곤란하다.
또한 플라즈마 CVD법으로 형성되는 보호층은, 막질이 요구될 정도의 치밀함이 아니기 때문에 이하와 같은 문제점이 있었다.
1. 잉크에 대하여 일정한 보호 기능을 갖고 있지만 어떤 종류의 잉크에 대해서는 막이 용출되는 경우가 있다.
2. 단차부에 있어서 커버리지성이 반드시 충분하지는 않기 때문에 커버리지성이 불충분한 부분을 기점으로 하여 잉크가 침입해버려, 단선에 이르는 경우가 있다.
3. 내 캐비테이션성이 충분하지 않아서 발포와 소포를 반복하는 과정에서 깎여져 버리므로 내 캐비테이션성이 높은 Ta 등의 금속에 의한 보호층을 필요로 한다.
본 발명의 목적은, 액체 토출 헤드에 사용하는 보호층으로서, 치밀하고 화학적 및 물리적으로 안정되고, 박막화해도 잉크 등의 액체에 대하여 절연성 및 내성이 있어 단차부의 커버리지성이 우수한, 더욱 바람직하게는 보다 얇은 보호층을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 기체와, 상기 기체에 형성된 발열 저항층과, 액체의 유로와, 상기 발열 저항층에 적층되어 그 단부가 상기 발열 저항층 상에서 단차부를 형성하는 배선층과, 상기 발열 저항층과 상기 단차부를 포함하는 상기 배선층을 덮고, 상기 발열 저항층과 상기 유로 사이에 배치된 보호층을 갖는 액체 토출 헤드 기체에 있어서, 상기 보호층은, Cat-CVD법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 액체 토출에 헤드 기체를 제공하는 것에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 기체와, 상기 기체에 형성된 발열 저항층과, 액체의 유로와, 상기 발열 저항층에 적층되어 그 단부가 상기 발열 저항층 상에서 단차부를 형성하는 배선층과, 상기 발열 저항층과 상기 단차부를 포함하는 상기 배선층을 덮고, 상기 발열 저항층과 상기 유로 사이에 배치된 보호층을 갖는 액체 토출 헤드 기체의 제조 방법에 있어서, 상기 보호층이, 적어도 실리콘을 포함하는 가스와 질소를 포함하는 가스를 공급하고, 기판 온도가 50℃ 이상 400℃ 이하의 조건에서, Cat-CVD법으로 성막된 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드 기체의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
도1은, 본 발명에 관한 실시예로서의 잉크 제트 헤드 기판의 열 작용부 주변의 모식적인 평면도이다.
도2는, 도1의 II-II선 단면도이다.
도3은, 본 발명에 관한 실시예로서의 잉크 제트 헤드 기판의 열 작용부 주변의 모식적인 단면도이다.
도4는, 본 발명에 관한 실시예로서의 잉크 제트 헤드 기판의 열 작용부 주변의 모식적인 평면도이다.
도5A, 5B, 5C 및 5D는, 도4에 도시한 잉크 제트 헤드의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
도6은, 본 발명에 관한 실시예의 보호층을 형성하기 위한 성막 장치의 모식도이다.
도7은, 도4에 도시한 잉크 제트 헤드를 사용하여 구성한 잉크 제트 카트리지를 도시하는 모식적인 사시도이다.
도8은, 도7에 도시한 잉크 제트 카트리지를 사용한 잉크 제트 기록 장치의 개략 구성예를 도시하는 모식적인 사시도이다.
도9는, 본 발명에 관한 실시예의 잉크 제트 헤드 기판의 열 작용부 주변의 모식적 단면도이다.
도10은, 본 발명에 관한 실시예의 잉크 제트 헤드 기판의 열 작용부 주변의 모식적인 단면도이다.
도l1은, 공통 배선과 전극 배선과의 접속부를 도시하는 모식적인 단면이다.
도12A, 12B, 12C, 12D, 12E, 12F 및 12G는, 도금법에 의한 후막 배선의 제조 방법을 설명하는 모식적 공정 단면도이다.
도13은, 종래의 잉크 제트 기판의 발열부의 II-II선 단면도이다.
이하의 실시예에서는, 기체와, 기체에 형성된 발열 저항층과, 액체의 유로와, 발열 저항층에 적층되어 그 단부가 발열 저항층 상에서 단차부를 형성하는 배선층과, 발열 저항층과 단차부를 포함하는 배선층을 덮고, 발열 저항층과 유로 사 이에 배치된 보호층을 갖는 액체 토출 헤드를 사용하여 설명한다. 또한, 액체 토출 헤드 기체의 금속 배선부의 보호층(절연 보호층)으로서, 치밀하고 또한 커버리지성이 좋은, 더욱 바람직하게는 보다 박막화가 가능한 보호층이 형성된, 액체 토출 헤드 기체로서의 잉크 제트 헤드 기판에 대하여 설명한다. 또한, 그것을 사용한 액체 토출 헤드로서의 잉크 제트 헤드, 및 그 헤드를 사용한 액체 토출 장치로서의 잉크 제트 기록 장치에 대하여 설명한다. 이러한 우수한 보호층은, 촉매 화학 증착법(Catalytic chemical vapor deposition: 이하, Cat-CVD법이라 한다)을 사용하여 형성함으로써 얻을 수 있다.
Cat-CVD법은, 원료 가스를 고온(1600℃ 내지 1800℃)으로 가열된 열 촉매체에 접촉·분해시켜, 기판 상에 퇴적시켜서 박막 형성하는 방법이다. Cat-CVD법에 의해 얻어지는 막은, 커버리지성이 좋은 막으로 성막 시에 기판에 부여하는 손상이 작다. 또한 50℃ 내지 400℃, 바람직하게는 100℃ 내지 300℃ 정도의 기판 온도에서 성막된 산화막의 경우, 열산화법에 필적하는 치밀하고 결함이 적은 박막을 형성하는 것이 가능해진다. 물론, 산화막 이외의 막이라도 치밀하고 결함의 적은 박막을 형성하는 것이 가능하다.
또한, 성막 시의 기판 온도를 내려도 치밀한 막이 얻어지므로 기판 온도를 내림으로써 막 응력을 저감시킬 수 있어 박막화해도 보호 기능을 유지할 수 있다. 보호층의 박막화에 의해, 보호층으로 덮인 발열 저항층으로부터의 열에너지를 액체(잉크)로의 전열 손실을 억제할 수 있다.
<Cat-CVD 장치 및 상기 장치를 사용한 CVD막의 성막 방법>
도6에 도시하는 Cat-CVD 장치의 개략도를 사용하여 Cat-CVD 장치 및 성막 방법을 설명한다. Cat-CVD 장치는, 성막실(301) 내에 기판 홀더(302)와, 가스를 접촉 분해 반응시키기 위한 촉매체가 되는 히터(304)와, 히터(304)에 접촉하도록 원료 가스를 도입하는 가스 도입부(303)가 형성되어 있다. 또한 성막실(301)을 감압하기 위한 배기 펌프(305)가 배치되어 있다. 또한, 기판을 가열하기 위하여 기판 홀더(302)에 히터를 형성해도 된다.
Cat-CVD법은, 촉매체가 되는 히터(304)을 가열하고, 원료 가스를 히터부(304)에서 촉매 반응시켜서 분해하여 기판 홀더(302)에 적재된 기판 표면 상에 퇴적시켜서 막을 형성하는 방법이다. 이 Cat-CVD법은, 기판 온도를 내려서 성막하는 것이 가능해지는 성막 방법이다.
SiN막을 성막할 경우, 실리콘의 원료 가스로서 모노실란(SiH4)이나, 디실란(Si2H6) 등을 또한 질소의 원료 가스로서는 암모니아(NH3)를 사용할 수 있다. 촉매체로서는, 텅스텐(W)을 사용할 수 있다. 또한, 커버리지성의 개선을 위하여 수소(H2)를 첨가해도 된다.
또한, Dimethylsilane(DMS), Tetraethoxysilane(TEOS), Dimethyldimethoxysilane(DMDMOS) 등을 원료 가스로 하여 SiOC막을 제작할 수 있다. 이때에 산소(O2)를 첨가해도 된다.
또한, Hexamethyldisilazane(HMDS)을 원료 가스로 하고 암모니아(NH3) 가스 를 첨가함으로써, SiCN막을 제작할 수 있다.
또한, 상기 원료에 한하지 않고, Si, N, C, O를 포함하는 원료 가스나 원료 가스 화합물을 사용하여 성막을 행함으로써, 원하는 박막을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은, 이하에 설명하는 각 실시 형태에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 것이면 특허청구의 범위를 일탈하지 않고 적절한 구성을 채용해도 좋은 것은 물론이다. 특히, 이하에 설명하는 제1 실시 형태 내지 제5 실시 형태에서, 각 실시 형태를 서로 조합하여 액체 토출 헤드 기체나 액체 토출 헤드를 제작할 수 있는 구성은, 본 발명을 적용할 수 있는 범위 내의 것이다.
(제1 실시 형태)
본 실시 형태는, 촉매 화학 증착법(Cat-CVD법)을 사용하여 형성된 박막을 잉크 제트 헤드 기판의 발열부의 절연 보호층으로서 사용하는 데에 있다. Cat-CVD법은, 종래의 감압, 상압 혹은 플라즈마 CVD법이나 스퍼터링법과 비교하여 저온에서 치밀하고 결함이 적은 박막을 형성하는 것이 가능해진다. 즉, 종래 사용되고 있는 바와 같은 고에너지의 입자를 사용한 스퍼터링법이나 플라즈마를 사용한 CVD법에 비교하여 결함의 적은 치밀한 막을 보다 낮은 기판 온도(50℃ 내지 400℃)로 형성할 수 있다.
또한, 성막시의 기판 온도를 내림으로써 막 응력을 저감시킬 수 있어 치밀한 막을 얻을 수 있다. 그 때문에 박막화해도 보호층으로서의 우수한 보호 기능을 유지할 수 있다. 발열 저항층을 덮는 보호층의 박막화에 의해, 발열 저항층으로부터 잉크로의 열전도 손실을 억제할 수 있으므로 열에너지를 유효하게 사용할 수 있다.
또한, 배선에 알루미늄 혹은 알루미늄계의 합금(예를 들어 Al-Si 등)을 사용한 경우, 플라즈마를 사용한 CVD법에서는, 성막시의 높은 기판 온도 외에 플라즈마에 의한 손상도 가해져서 힐록으로 불리는 선단이 뾰족한 조표면이 발생한다. 이것에 대하여 Cat-CVD법의 경우, 원료 가스와 열 촉매와의 접촉분해 반응을 사용하고 있기 때문에 플라즈마에 의한 손상이 배선의 표면에 가해지지 않으므로 배선 표면에 분해 조표면이 발생하지 않는다. 그 때문에 알루미늄계의 배선의 표면에 두꺼운 절연막을 형성할 필요가 없다.
본 실시 형태의 잉크 제트 헤드 기판은, Cat-CVD법에 의해 보호층을 형성하고 있으므로 종래보다도 층 두께(막 두께)가 얇은 보호층을 사용해도 잉크에 관한 내성이 우수하고, 단차부에 있어서의 커버리지성이 양호한 보호층을 형성할 수 있다.
또한, Cat-CVD법에 의한 보호층은, 종래의 보호층보다도 치밀한 막으로 내 캐비테이션성이 있어서, 탄탈(Ta) 등의 금속막으로 이루어지는 상부 보호층을 형성하지 않는 것도 가능해진다.
또한, 발열부의 보호층의 층 두께(막 두께)를 얇게 하는 것이 가능해져 발열부에서 액체의 잉크에의 열전도성이 양호하게 되므로 발열부에서 기판측으로 빠져나가는 열량이 감소하여 잉크 제트 헤드 자체의 축열 또는 승온의 문제를 억제할 수 있다.
또한, 고에너지의 입자를 사용한 성막법과는 달리, Cat-CVD법에 의한 성막법 에서는 접촉분해 반응을 사용하여 박막 형성을 행하기 때문에 막의 응력을 컨트롤하기 쉽다. 이것은, 보호층의 상방에 유기 수지 등으로 이루어지는 잉크 유로 등의 헤드 구조부재를 형성하는 경우, 특히, 유기 수지 등과 보호층과의 응력의 밸런스를 고려하여 박막 형성을 행할 수 있으므로 잉크 제트 헤드 제조상, 적합하다.
잉크 제트 헤드에는, 금후의 잉크 제트 프린터(잉크 제트 기록 장치의 일 형태)의 고속화·고해상도화에 대응하기 위하여 가일층의 다노즐화(잉크 토출구의 증가)가 요구되고 있다. 이에 따라, 노즐 길이가 길어져 그 결과, 잉크 제트 헤드 기판이 길어지는 경향이 있다.
반도체 집적 회로(LSI)의 칩은, 정방형에 가까운 직사각형이므로 보호층의 응력에 의한 변형이 적다. 그러나, 잉크 제트 프린터용의 칩(잉크 제트 헤드 기판)은, 상술한 바와 같은 이유에 의해, 일변에 대하여 다른 변이 극단적으로 긴 형상의 칩으로 된다. 이때문에 칩의 변형, 파괴의 원인이 되는 보호층의, 막 응력(내부 응력)을 저감해 두는 것은 중요하다.
잉크 제트 헤드는, 컬러의 색채 재현을 개선하기 위하여 다수의 색의 잉크가 사용된다. 이 결과, 약 알카리성의 잉크나 중성의 잉크 혹은 약산성의 잉크가 사용된다. 이들의 잉크가 항상 막에 접할 뿐만 아니라, 잉크 토출 시의 가열된 잉크에 직접 접하기 때문에 잉크 제트 헤드에 사용하는 보호층에는, 각종 제약이 주어진다.
잉크 제트 헤드에 사용하는 보호층에는, 잉크에 관한 내성뿐만 아니라 발열체(발열 저항층)로부터의 열을 효율적으로 잉크에 전달하는 것이 요구된다. 그 때 문에 일반적인 반도체 분야의 소자의 보호층에 비교하여 제약이 크고, 잉크에의 내성이나 에너지 전달 효율의 관점에서의 막 설계가 요구된다. Cat-CVD법을 사용하여 형성된 보호층은, 이들의 요구를 충족시킬 수 있다는 것을 알았다.
(제1-1 실시예)
이하, 도면을 참조하여 제1-1 실시예를 상세하게 설명한다.
도1 및 도2는, 각각, 본 발명의 제1-1 실시예의 잉크 제트 헤드 기판(1100)의 열 작용부 주변의 모식적인 평면도 및 그 II-II선 단면도이다. 여기서, 도1 내지 도2의 각 부에서 동일하게 기능하는 부분에 대하여는 대응 개소에 동일한 부호를 부여하고 있다.
도1에 도시한 바와 같이 잉크 제트 헤드 기판(1100) 상에 형성된 전극 배선층(1105)의 일부의 배선층이 제거되고, 전극 배선층(1105) 밑에 형성된 발열 저항층(1104)이 노출되어 있다.
도2에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(1101)으로 이루어지는 잉크 제트 헤드 기판(1100) 위에 축열층(1102) 및 층간막(1103)이 이 순서대로 형성되고, 층간막(1103) 위에 발열 저항층(1104) 및 전극 배선층(1105)이 이 순서대로 형성된다. 그리고, 전극 배선층(1105)의 일부가 제거됨으로써 발열 저항층(1104)이 노출되어 형성되는 부위가 발열부(1104a)가 된다. 발열 저항층(1104) 및 전극 배선층(1105f)은, 도1에 도시한 바와 같은 배선 패턴을 갖고 있다. 또한 전극 배선층(l105) 상에 절연 보호층(1106) 및 상부 보호층(1107)이 이 순서대로 형성되어 있다. 여기서, 발열부(1104a)에 대응하는, 상부 보호층(1107)의 표면은, 열 작용 부(1108)가 된다.
다음에 상술한 잉크 제트 헤드 기판(1100)의 제조 방법을 설명한다. 우선, 평면의 결정방위가 <100>인 실리콘 기판(1101)을 준비하였다. 실리콘 기판(1101)은, 미리 구동용의 회로를 만들어 넣은 실리콘 기판을 사용해도 된다. 다음에 실리콘 기판(1101) 위에 열산화법에 의해 층 두께(막 두께) 1.8μm의 축열층(1102)이 되는 SiO막을 형성하고, 또한 축열층을 겸하는 층간막(1103)으로서 SiO막을 플라즈마 CVD법에 의해 막 두께 1.2μm로 형성하였다. 구동용의 회로를 만들어 넣은 실리콘 기판을 사용할 경우, 구동용의 회로를 구성하는 반도체 소자간을 분리하는 국소 산화막의 형성시의 열산화막을 사용하여 반도체 소자를 형성 후, SiO막을 플라즈마 CVD법에 의해 형성할 수 있다.
다음에 발열 저항층(1104)이 되는 TaSiN막 및 전극 배선층(1105)이 되는 알루미늄층을 스퍼터링법을 사용하여 형성하였다. TaSiN막은, 합금 타깃으로서 Ta-Si를 사용한 반응성 스퍼터링법에 의해, 발열 저항층(1104)이 되는 TaSiN막을 형성하였다.
다음에 포토리소그래피법을 사용하여 드라이 에칭을 행하고, 발열 저항층(1104) 및 전극 배선층(1105)을 동시에 패터닝하였다. 계속하여 포토리소그래피법을 사용하여 드라이 에칭을 행하고, 전극 배선층(1105)의 일부를 에칭 제거하여 히터로서 기능하는 20μm×20μm의 크기의 발열부(1104a)를 형성하였다. 또한, 패터닝된 전극 배선층(l105)의 단부는, 후의 공정에서 그 단부를 덮도록 형성되는 보호층의 커버리지성을 향상시키기 위하여 테이퍼 형상으로 하는 것이 바람직하다. 전극 배선층(l105)을 구성하는 알루미늄의 드라이 에칭은 등방성 에칭의 조건으로 행하는 것이 바람직하지만 습식 에칭에서 행하는 것도 가능하다.
계속하여 절연 보호층(1106)이 되는 막 두께 250nm의 SiN막을 Cat-CVD법을 사용하여 형성하였다.
마지막으로 스퍼터링법에 의해 상부 보호층(1107)으로서 탄탈막을 200nm의 두께로 형성한 후, 패터닝을 행하여 도2에 도시하는 잉크 제트 헤드 기판(1100)을 얻었다.
여기서, Cat-CVD법에 의한 성막을 도6을 사용하여 설명한다.
우선, 배기 펌프(305)를 사용하여 성막실(301) 내부의 기압이 1×10-5Pa 내지 1×1O-6Pa이 될 때까지 배기하였다. 이어서, 가스구(303)로부터 성막실(301)에 NH3 가스 200sccm을 도입하였다. 이때, 기판 온도를 300℃가 되도록 기판 가열용의 히터(미도시)를 조정하였다. 또한, 외부 전원을 조정함으로써, 가열 촉매체가 되는 히터(304)의 온도를 1700℃로 가열하였다.
다음에 SiH4 가스 5sccm을 도입하고, NH3 가스와 SiH4 가스와의 접촉분해 반응에 의해, 기판 홀더(302) 상에 적재된 실리콘 기판(1101)의 표면에 SiN막의 형성을 행하였다. 또한, 가스를 도입하여 성막을 행하고 있을 때의 성막실(301) 내의 압력(성막 압력)은 5Pa이었다.
성막된 SiN막의 막 두께는 250nm, 막 응력은 200MPa(인장 응력)이었다.
도입하는 가스의 조성을 연속적 혹은 단계적으로 변화시킴으로써, 막 두께 방향에서 조성을 변화시킨 SiN막 등의 절연 보호층을 형성할 수도 있다. 예를 들어 NH3 가스와 SiH4 가스의 유량을 변화시킴으로써, SiN막의 조성을 막 두께(층 두께) 방향으로 변화시킨 절연 보호층을 형성할 수 있다.
또한, 원료 가스로서 NH3 가스나 SiH4 가스 외에 미량의 산소를 첨가함으로써 SiON막을 제작할 수도 있다.
또한, 보호층으로서 성막한 막 두께 200nm의 탄탈막으로 이루어지는 상부 보호층(1107)은, 절연 보호층(1106)에 비하여 열전도율이 높고, 따라서 열 효율을 크게 저하시키는 것은 아니다. 또한, 상부 보호층(1107)은, 치밀한 절연 보호층(1106) 위에 직접적으로 형성된다는 점에서, 발열부(1104a)로부터의 열에너지를 열 작용부(1108)에 효율적으로 전도하여 잉크의 토출을 위하여 유효하게 작용시킬 수 있다.
계속하여 상술한 실리콘 기판(1101)을 사용하여 구성되는 잉크 제트 헤드 기판(1100)을 도4에 도시하는 잉크 제트 헤드의 모식적인 사시도를 사용하여 설명한다.
실리콘 기판(1101)의 표면에는, 토출되는 잉크를 공급하기 위한 가늘고 긴 잉크 공급구(9)와, 그 양측 각각에 열 작용부(1108)가 열 형상으로 배치되도록 각 층이 도2에 있는 바와 같이 적층되어 있다. 그 실리콘 기판(1101)의 표면에 잉크 토출구(5)와, 토출구(5)와 공급구(9)를 연통하는 유로(미도시)가 형성된 유로 형성 부재(4)를 형성함으로써, 잉크 제트 헤드 기판(1100)이 구성된다.
도5A, 5B, 5C 및 5D는 도4의 잉크 제트 헤드를 제조하는 공정을 나타내는 모식적인 단면도이다.
발열부(1104a)가 형성된 실리콘 기판(1101)의 이면에 형성된 SiOx막(1007) 상에 잉크 공급구(9)를 형성하기 위한 내알칼리성을 갖는 패터닝 마스크(1008)를 형성하였다.
다음에 도2와 같은 적층 구조가 형성된 실리콘 기판의 표면측에 포지티브형 포토레지스트를 스핀 코트에 의해 소정의 두께가 되도록 도포하였다. 다음에 포지티브형 포토레지스트를 포토리소그래피 기술을 사용하여 패터닝함으로써, 형재료(1003)를 형성하였다(도5A).
다음에 형재료(l003)를 피복하도록, 유로 형성 부재(4)의 소재를 스핀 코트에 의해 도포한 후, 포토리소그래피 기술에 의해, 원하는 형상으로 패터닝하였다. 그리고, 열 작용부(l108)와 대향하는 위치에 잉크 토출구(5)를 포토리소그래피 기술에 의해 개구시켰다.
그 후, 잉크 토출구(5)가 개구된 유로 형성 부재(4)의 표면에는, 드라이 필름의 라미네이트 등에 의해 발수층(1006)을 형성하였다(도5B).
유로 형성 부재(4)는, 잉크 유로의 유로 벽을 구성하는 것으로 잉크 제트 헤드 사용 시에는 항상 잉크와 접촉하게 되므로 그 재료로서는, 특히, 광반응에 의한 양이온 중합성 화합물이 적합하다. 그러나, 사용되는 잉크 등의 액체 및 특성에 의해 내구성 등이 크게 좌우되므로 사용하는 액체에 따라서는, 상기의 재료 이외의 상응하는 화합물을 선택해도 좋다.
다음에 실리콘 기판(1101)을 관통하는 관통구인 잉크 공급구(9)의 형성을 행할 때, 잉크 제트 헤드의 기능 소자[예를 들어 열 작용부(1108)나 구동 회로]가 형성된 면이나 실리콘 기판(1101)의 측면에 에칭액이 닿지 않도록 처치를 행한다. 구체적으로는, 수지로 이루어지는 보호 재료(1011)를 스핀 코트 등에 의해 도포함으로써 에칭액이 닿아서는 안되는 부분을 덮는다. 보호 재료(1011)의 재료로서는, 이방성 에칭을 행할 때에 사용하는 강 알칼리 액체에 대하여 충분한 내성을 갖는 재료를 사용한다. 이러한 보호 재료(1011)에 의해 유로 형성 부재(4)의 상면측도 덮음으로써 발수층(l006)의 열화를 방지하는 것도 가능해진다.
다음에 미리 형성해 둔 패터닝 마스크(1008)를 사용하여 실리콘 산화막(1007)을 습식 에칭 등에 의해 패터닝하고, 실리콘 기판(110l)의 이면이 노출되는 개구부(1009)를 형성하였다(도5C).
다음에 실리콘 산화막(1007)을 마스크로 하여 이방성 에칭에 의해 잉크 공급구(9)를 형성하였다.
그 후, 패터닝 마스크(1008)와 보호 재료(1011)를 제거하였다. 다음에 형재료(1003)를 용해시켜, 잉크 토출구(5) 및 잉크 공급구(9)로부터 제거하였다(도5D). 형재료(1003)의 용해·제거는, DeepUV 광에 의해 전체면 노광을 행한 후, 현상을 행함으로써 실시할 수 있어 필요에 따라 현상 시에 초음파 침지하면 형재료(1003)을 제거할 수 있었다.
이렇게 제조된 잉크 제트 헤드는, 프린터, 복사기, 통신시스템을 갖는 팩시밀리, 프린터부를 갖는 워드프로세서 등의 장치, 또한 각종 처리 장치와 복합적으로 조합한 산업 기록 장치에 탑재가능하다. 그리고, 이 잉크 제트 헤드를 사용함으로써, 종이, 실, 섬유, 포백, 피혁, 금속, 플라스틱, 글래스, 목재, 세라믹스 등의 각종 기록 매체에 기록을 행할 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 「기록」이란, 문자나 도형 등의 의미를 갖는 화상을 기록 매체에 대하여 부여하는 것뿐만 아니라, 패턴 등의 의미를 갖지 않는 화상을 부여하는 것도 의미한다.
다음에 잉크 제트 헤드를 잉크 탱크와 일체화한 카트리지 형태의 잉크 제트 카트리지(도7) 및 이것을 사용한 잉크 제트 기록 장치(도8)에 대하여 설명한다.
도7은, 기록 장치에 장착가능한 카트리지의 형태를 갖는 잉크 제트 카트리지(410)의 구성예를 도시하는 도면이다.
외부로부터 잉크 제트 카트리지(410)에 전력을 공급하기 위한 단자를 갖는 TAB(Tape Automated Bonding)용의 테이프 부재(402)가, 잉크 제트 카트리지(410)의 하우징 표면에 배치되어 있다. 잉크 제트 카트리지(410)에는, 잉크 탱크부(404)와 잉크 제트 헤드부(405)가 배치되고, 잉크 제트 헤드부(405)의 배선은, TAB용의 테이프 부재(402)의 단자(403)로부터 연장되는 배선(미도시)과 접속되어 있다.
도8은, 도7의 잉크 제트 카트리지(410)를 사용하여 기록을 행하는 잉크 제트 기록 장치의 개략 구성예를 도시하는 것이다.
잉크 제트 기록 장치에는, 무단 벨트(501)에 고정된 캐리지(500)가 설치되 고, 가이드 샤프트(502)를 따라 왕복 방향(도면 중의 A 방향)으로 주 주사된다.
캐리지(500) 상에는, 카트리지 형태의 잉크 제트 카트리지(410)가 탑재되어 있다. 잉크 제트 카트리지(410)는, 잉크 제트 헤드부(405)의 토출구(5)가 기록 매체로서의 용지 P와 대향하고, 또한 토출구(5)의 배열 방향이 주 주사 방향과 상이한 방향(예를 들어 용지 P의 반송 방향인 부 주사 방향)이 되도록, 캐리지(500)에 탑재된다. 또한, 잉크 제트 헤드부(405) 및 잉크 탱크부(404)의 조(組)는, 사용하는 잉크 색에 대응한 개수를 설치할 수 있고, 도시의 예에서는 4색(예를 들어 블랙, 옐로 마젠더, 시안)에 대응하여 4조 설치되어 있다.
기록 매체로서의 기록 용지(P)는, 캐리지(500)의 이동 방향과 직교하는 화살표 B 방향으로 간헐적으로 반송된다.
이상과 같은 구성에 의해, 캐리지(500)의 이동에 수반하여 잉크 제트 카트리지(410)의 토출구(5)의 길이에 대응한 폭의 기록의 실행과, 기록 용지(P)의 반송을 교대로 반복하면서, 기록 용지(P) 전체에 관한 기록이 행해진다.
또한, 캐리지(500)는, 기록 개시 시 또는 기록 중에 필요에 따라 홈 포지션으로 불리는 정위치에서 정지한다. 이 홈 포지션에는, 각 잉크 제트 카트리지(410)의 토출구(5)가 설치된 면(토출구면)을 캡핑하는 캡 부재(513)가 설치되어 있다. 캡 부재(513)에는, 토출구(5)로부터 강제적으로 잉크를 흡인함으로써, 토출구(5)의 눈 막힘 등을 방지하기 위한 흡인 회복 수단(미도시)이 접속되어 있다.
(제1-2 실시예)
본 실시예의 잉크 제트 헤드 기판(1100)은, 도2의 잉크 제트 헤드 기 판(1100)과는 달리, 절연 보호층(1106) 위에 상부 보호층(l107)이 형성되어 있지 않다(도3).
우선, 제1-1 실시예와 마찬가지로 하여 Cat-CVD법에 의해 절연 보호층(1106)인 SiN막을 형성하였다.
원료 가스로서, 성막실(301)에 NH3 가스 50sccm, SiH4 가스를 5sccm, H2 가스 100sccm을 각각 도입하였다. 성막 시의 성막실(301) 내의 압력을 5Pa, 히터(304)의 온도는 l700℃, 기판 온도는 350℃로 설정하여 행하였다. 형성된 절연 보호층(1106)은, 층 두께(막 두께) 250nm, 막 응력 150MPa(인장 응력)이었다.
(제1-3 실시예)
본 실시예의 잉크 제트 헤드 기판(1100)은, SiN막으로 이루어지는 절연 보호층(1106)의 조성을 Cat-CVD법을 사용하여 층 두께(막 두께) 방향으로 변화시켜서 형성하였다. 그 외는 제1-2 실시예와 동일한 구성이다. 절연 보호층(1106)은, 잉크에 접하는 측을 발열 저항층에 접하는 측보다도 Si 조성이 많은 조성으로 하도록 형성하였다. 이것은, Cat-CVD법에 의한 성막 시에 발열 저항층에 접하는 측으로부터 잉크에 접하는 측을 향하여 SiH4 가스 유량이 많아지도록 설정함으로써 얻어진다.
우선, NH3 가스를 50sccm, H2 가스를 100sccm, SiH4 가스를 5sccm, 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력을 5Pa, 히터(304)의 온도를 1700℃, 기판 온도를 350℃로 하는 조건에서 성막을 개시하였다. 그 후, SiH4 가스량을 서서히 증가시켜 가서 막 두께 300nm 두께의 SiN막으로 이루어지는 절연 보호층(1106)을 형성하였다. 이때의 막 응력은, 마이너스 150MPa(압축 응력)이었다.
(제1-4 실시예)
본 실시예의 잉크 제트 헤드 기판(1100)은, 제1-2 실시예에서 설명한 도3의 구성과 동일하고, Cat-CVD법을 사용하여 막 두께 200nm의 SiN막으로 이루어지는 절연 보호층(1106)을 형성하였다.
성막 조건은, NH3 가스를 10sccm, SiH4 가스를 5sccm, H2 가스를 20sccm으로 하고 성막일 때의 성막실(30l) 내의 압력은 5Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 380℃로 하였다. 이때의 막 응력은, 100MPa(인장 응력)이었다.
(제1-5 실시예)
본 실시예의 잉크 제트 헤드 기판(1100)은, 제l-4 실시예에서 설명한 성막 조건과 동일한 조건으로 Cat-CVD법을 사용하여 막 두께를 변화시킨 SiN막으로 이루어지는 절연 보호층(1106)을 형성하였다. 막 두께는 100nm이었다.
(제1-6 실시예)
본 실시예의 잉크 제트 헤드 기판(1100)은, 제1-2 실시예에서 설명한 성막 조건과 동일한 조건으로 Cat-CVD법을 사용하여 막 두께를 변화시킨 SiN막으로 이루어지는 절연 보호층(1106)을 형성하였다. 막 두께는 500nm이었다.
(제1-7 실시예)
본 실시예의 잉크 제트 헤드 기판(1100)은, 제1-2 실시예에서 설명한 도3의 구성과 동일하고, Cat―CVD법을 사용하여 막 두께 300nm의 SiON막으로 이루어지는 절연 보호층(1106)을 형성하였다.
· 성막 조건은, NH3 가스를 20sccm, SiH4 가스를 10sccm, H2 가스를 400sccm, O2 가스를 200sccm으로 하고, 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 20Pa, 히터(304)의 온도는 1,750℃, 기판 온도는 50℃로 하였다. 이때의 막 응력은, 500MPa(인장 응력)이었다.
(제1-8 실시예)
본 실시예의 잉크 제트 헤드 기판(1100)은, 제1-2 실시예에서 설명한 도3의 구성과 동일하고, Cat-CVD법을 사용하여 막 두께 230nm의 SiN막으로 이루어지는 절연 보호층(1106)을 형성하였다.
성막 조건은, NH3 가스를 10sccm, SiH4 가스를 5sccm, H2 가스를 20sccm으로 하고 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 6Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 400℃로 하였다. 이때의 막 응력은 100MPa(인장 응력)이었다.
(제1-1 비교예)
절연 보호층을 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성한 이외에는 제1-2 실시예에서 설명한 것과 동일하게 하여 잉크 제트 헤드 기판을 제작하였다.
성막 조건은, SiH4 가스와 NH3 가스를 사용하고, 기판 온도 400℃, 성막 시의 성막실 내의 압력 0.5Pa, 막 두께 250nm, 막 응력 마이너스 900MPa(압축 응력)이었다.
(제1-2 비교예)
본 비교예는, 상술한 각 실시예 및 제1-1 비교예에 있는 SiN막 밑에 SiN막의 형성에 앞서 플라즈마 CVD법을 사용하여 700nm의 PSG막(제1 보호층)을 형성한 것이다. 그리고, PSG막 상에 제2 보호층으로서 300nm의 SiN막을 형성하였다. 막 응력은 마이너스 500MPa(압축 응력)이었다.
(제1-3 비교예)
본 비교예는, 상술한 각 실시예 및 제1-1 비교예와 마찬가지로 제1 보호층은 형성하지 않는 층 구성이다. 본 비교예는, 제2 보호층에 상당하는 300nm의 막 두께의 SiN막을 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성하고, 그 위에 막 두께 250nm의 탄탈막을 형성하였다. 막 응력은 마이너스 300MPa(압축 응력)이었다.
(잉크 제트 헤드 기판 및 잉크 제트 헤드의 평가)
<내 잉크성의 평가 결과>
SiN막은 산에 대한 것보다도 알칼리에 대하여 내성이 부족하다. 그래서, 상부 보호층(Ta막)이 형성되어 있지 않은 제1-2 실시예 내지 제1-8 실시예, 제1-1 비교예 및 제1-2 비교예를 pH9의 약 알카리성의 잉크 중에 침지시켜, 70℃의 항온조에 3일간 방치하였다. 그리고, 절연 보호층의 침지 전의 층 두께(막 두께)에 대하여 침지 방치 후의 층 두께의 변화를 조사하였다.
그 결과, 제1-1 비교예 및 제1-2 비교예의 잉크 제트 헤드 기판에 있어서는, SiN막이 약 80nm 감소하였다. 한편, 제1-2 실시예 내지 제1-6 실시예의 잉크 제트 헤드 기판에 있어서는, SiN막이 약 10nm 감소하였다. 또한, 제1-7 실시예의 잉크 제트 헤드 기판에 있어서도 SiOx막이 약 10nm 정도 감소하였다. 이로부터, Cat-CVD법을 사용하여 형성한, SiN막 및 SiON막은, 종래의 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성한 SiN막에 비교하여 약 7배의 잉크 내성이 있는 것을 알 수 있었다.
또한, SiN막의 질소의 조성을 변화시킨 제1-3 실시예도 조성을 변화시키지 않은 SiN막과 동등한 잉크 내성을 가지고 있다는 것을 알았다. 이러한 점으로부터, Cat-CVD법을 사용하여 형성한 SiN막은, 질소의 조성에 관계없이, 종래의 플라즈마 CVD법으로 형성한 SiOx막보다도 잉크 내성이 높다는 것을 알았다.
또한, 보호층의 층 두께(막 두께)는, 엘립소 미터를 사용하여 5개소의 막 두께를 측정한 평균값을 사용하였다.
제1-2 실시예 내지 제1-8 실시예는, 전부가 약 10nm 정도의 층 두께(막 두께)의 감소 밖에 측정되지 않았다. 이로부터, Cat-CVD법을 사용하여 형성한 SiN막은, 종래의 플라즈마 CVD법을 사용하여 성막한 SiN막보다도 잉크에 대하여 내성이 강한 막이라는 것을 알았다.
이것은, 종래, 절연 보호층(절연 보호막)으로서 사용하고 있었던 플라즈마 CVD법으로 형성한 SiN막에 대하여 Cat-CVD법에 의해 형성한 SiN막은 잉크 내성이 우수하다는 점에서, 박막화해도 필요 충분한 보호 성능을 얻을 수 있다는 것을 나타내고 있다. 이에 의해, SiN막의 막 두께를 종래보다도 얇게 함으로써, 발열부(1104a)로부터 잉크에의 전열을 좋게 할 수 있으므로에너지 효율이 높은 잉크 제트 헤드를 얻는 것이 가능해진다.
표1에 실시예, 비교예 및 종래의 방법으로 작성한 보호층의 평가 결과를 나타낸다.
[표1]
| 제1 보호층 (nm) |
제2 보호층 (nm) |
상부 보호층(nm) | 내에칭성 (nm) |
응력 (MPa) |
내잉크성 | |
| 제1-1 실시예 | 없음 | 250 SiN Cat-CVD |
200 Ta 스퍼터 |
10 | 200 | ○ |
| 제1-2 실시예 | 없음 | 250 SiN Cat-CVD |
없음 | 10 | 150 | ○ |
| 제1-3 실시예 | 없음 | 300 SiN Cat-CVD |
없음 | 10 | -150 | ○ |
| 제1-4 실시예 | 없음 | 200 SiN Cat-CVD |
없음 | 10 | 100 | ○ |
| 제1-5 실시예 | 없음 | 100 SiN Cat-CVD |
없음 | 10 | 100 | ○ |
| 제1-6 실시예 | 없음 | 500 SiN Cat-CVD |
없음 | 10 | 150 | ○ |
| 제1-7 실시예 | 없음 | 300 SiON Cat-CVD |
없음 | 10 | 500 | ○ |
| 제1-8 실시예 | 없음 | 230 SiN Cat-CVD |
없음 | 10 | 100 | ○ |
| 종래 기술 | 700 PSG 플라즈마 CVD |
300 SiN 플라즈마 CVD |
250 Ta 스퍼터 |
80 | 900 | ○ |
| 제1-1 비교예 | 없음 | 300 SiN 플라즈마 CVD |
없음 | 80 | -900 | X |
| 제1-2 비교예 | 700 PSG 플라즈마 CVD |
300 SiN 플라즈마 CVD |
없음 | 80 | -500 | X 또는 △ |
| 제1-3 비교예 | 없음 | 300 SiN 플라즈마 CVD |
250 Ta 스퍼터 |
90 | -300 | X 또는 △ |
< 헤드 특성>
다음에 제1-1 실시예 내지 제1-8 실시예 및 제1-1 비교예의 잉크 제트 헤드 기판을 사용하여 구성한 각 잉크 제트 헤드를 잉크 제트 기록 장치에 설치하고, 토출을 개시하는 발포 개시 전압(Vth)의 측정 및 기록 내구시험을 행하였다. 본 시험은, A4 사이즈(일본 공업 규격에 의함)의 용지에 잉크 제트 기록 장치에 내장되어 있는 일반적인 테스트 패턴을 기록시킴으로써 행하였다. 이때, 구동 주파수 15KHz, 구동 펄스폭 1μs의 펄스 신호를 부여하고, 발포 개시 전압(Vth)을 구하였다. 그 결과를 표2에 나타낸다.
[표2]
| 발포 개시 전압 Vth[V] | 구동 전압 Vop[V] | |
| 제1-1 실시예 | 18.0 | 23.4 |
| 제1-2 실시예 | 14.5 | 18.9 |
| 제1-3 실시예 | 14.6 | 19.0 |
| 제1-4 실시예 | 14.2 | 18.5 |
| 제1-5 실시예 | 13.1 | 17.0 |
| 제1-6 실시예 | 15.5 | 20.2 |
| 제1-7 실시예 | 14.7 | 19.1 |
| 제1-8 실시예 | 14.3 | 18.6 |
| 제1-1 비교예 | 15.0 | 19.5 |
도2의 구성에 있어서, 절연 보호층(1106)을 Cat-CVD법에 의해 형성하고, 상부 보호층(1107)을 막 두께 300nm 형성한 것에서는, Vth=18.0V이었다(제1-1 실시예).
또한, 도3의 구성과 같이, 상부 보호층(1107)을 형성하지 않고 절연 보호층(1106)을 잉크에 접하는 구성(제1-2 실시예)으로 한 것에서는, 표2에 도시된 바와 같이 Vth=14.5V의 결과가 얻어졌다. 이 표2로부터 알 수 있는 바와 같이, 각 실시예에서는, Vth가 약 10 내지 약 15% 정도 저감되어 소비 전력의 개선이 보였다.
또한, SiN막으로 이루어지는 절연 보호층(1106)의 막 두께 방향으로 조성을 변화시킨 제1-3 실시예나, SiN막으로 이루어지는 절연 보호층(1106)의 막 두께를 변화시킨 제1-4 실시예 내지 제1-6 실시예 및 제1-8 실시예에 있어서도 표2와 같은 Vth의 저하가 보였다.
또한, SiON막으로 이루어지는 절연 보호층을 형성한 제1-7 실시예의 것에 있어서도 표2와 같은 Vth의 저하가 보였다.
제1-6 실시예에 있어서는, 발포 개시 전압(Vth)은 제1-1 비교예에 비교하여 높은 값으로 되어 있지만 이것은 제2 보호층의 막 두께를 500nm로 두껍게 하고 있기 때문이며, 같은 막 두께로 환산하여 평가하면 소비 전력이 개선되어 있었다.
다음에 이 Vth의 1.3배에 상당하는 전압을 구동 전압(Vop)으로 하여 1500 문자의 표준문서의 기록을 행하였다. 그 결과, 제1-1 실시예 내지 제1-8 실시예의 어느 잉크 제트 헤드에 있어서도 5000매 이상의 기록이 가능한 것이 확인되었고, 또한 기록 품위의 열화도 보이지 않았다.
한편, 제1-1 비교예의 잉크 제트 헤드에 있어서는, 1000매 정도의 기록 후, 기록 불능이 되었다. 이 원인을 확인한 바, 절연 보호층이 주로 캐비테이션 및 잉크에 의한 용출에 의해 단선에 이른 것이라는 것을 알았다.
즉, 본 실시형태에 관한 Cat-CVD법에 의한 절연 보호층을 사용한 잉크 제트 헤드는, 장기에 걸쳐 화상이 안정되어 있고, 내구 특성에도 우수하다는 것을 알았다.
(제2 실시 형태)
잉크 제트 헤드 기판은, 발열 저항층 및 전극 배선 등을 고밀도로 다수 배치 하면 전극 배선의 폭이 좁아지는 경우가 있다. 일정한 전력을 공급하는 것을 고려하면 전극 배선의 막 두께는 두꺼워지므로 배선 단부의 단차는 커져 버린다.
Cat-CVD법에 의해 얻어지는 막은, 커버리지성이 좋은 치밀한 막이지만 단차가 커지면 커버리지성과 막의 치밀성을 동시에 만족시키는 성장 조건을 구하는 것은 가능하지만 막 성장 조건의 허용 범위가 좁아져 양산성을 악화시키는 경우가 있었다.
그래서, 전극 배선, 발열 저항층 혹은 발열부와 같은 배선측의 절연 보호막을 커버리지성이 좋은 성장 조건으로 성막하고, 한편으로 잉크에 가까운 측의 절연 보호막을 내 잉크성이 높은 치밀한 절연막으로 한다. 이 구성에 의해, 내 잉크성과 단차 커버리지성을 양립시킨 절연 보호막을 얻을 수 있다.
(제2-1 실시예)
이하, 도면을 참조하여 제2-1 실시예를 상세하게 설명한다.
도9는, 본 발명의 제2-1 실시예의 잉크 제트 헤드 기판(1100)의 열 작용부(1108) 주변의 모식적인 단면도이다.
도9에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(1101)으로 이루어지는 잉크 제트 헤드 기판(1100) 위에 축열층(1102) 및 층간막(1103)이 이 순서대로 형성되어 있다. 층간막(1103) 상에 발열 저항층(1104) 및 전극 배선층(1105)이 이 순서대로 형성되고, 전극 배선층(1105)의 일부가 제거되어 발열 저항층이 노출된 발열부(1104a)가 형성되어 있다. 발열 저항층(1104) 및 전극 배선층(1105)은, 도1에 도시되는 배선 패턴을 갖고 있다.
본 실시예에서는, 또한 전극 배선층(1105) 또는 발열 저항층(1104),혹은 발열부(1104a) 등의 도전 재료로 형성된 배선층 상에 제1 보호층(1106a) 및 제2 보호층(1106b)이 이 순서대로 형성되어 있다. 즉, 본 실시예에서는, 제1 보호층(1106a)은 전극 배선층 등이 배치된 측에 배치되고, 제2 보호층(1106b)은 잉크(액체) 유로 측에 배치되어 있다. 이 상이점 이외는, 잉크 제트 헤드 기판의 제조 방법은 제1 실시 형태의 제조 방법과 마찬가지이다.
즉, 전극 배선층(1105)이 형성된 후, 계속하여 제1 보호막(1106a)이 되는 막 두께 150nm의 SiN막을 Cat-CVD법을 사용하여 형성하였다. 그 후, 계속하여 제2 보호층(1106b)으로서 막 두께 100nm의 SiN막을 Cat-CVD를 사용하여 형성하고, 패터닝을 행하여 도9에 도시하는 잉크 제트 헤드 기판(1100)을 얻었다.
본 실시예에서는, 도6의 장치를 사용한 성막은 이하와 같이 행하였다.
배기 펌프(305)를 사용하여 성막실(301)의 내부의 기압이 1×10-5Pa 내지 1×10-6Pa이 될 때까지 배기하였다. 이어서, 가스 도입구(303)로부터 성막실(301)에 NH3 가스 200sccm을 도입하였다. 이때, 기판 온도가 300℃로 되도록 기판 가열용의 히터(미도시)를 조정하였다. 또한, 외부 전원을 조정함으로써, 가열 촉매체가 되는 히터(304)의 온도를 1700℃로 가열하였다.
다음에 원료 가스로서, SiH4 가스 10sccm, NH3 가스 100sccm, H2 가스 400sccm을 도입하였다. 그리고, 그들 가스의 접촉분해 반응에 의해, 기판 홀 더(302) 상에 적재된 실리콘 기판(1101)의 표면에 제l 보호층(1106a)으로서의 SiN막의 형성을 행하였다. 또한, 가스를 도입하여 성막을 행하고 있을 때의 성막실 내의 압력은 5Pa이었다. 이때 성막된 SiN막의 막 두께는 150nm, 막 응력은 200MPa(인장 응력)이었다.
계속하여 원료 가스의 조건을 변화시킴으로써, 제2 보호층의 형성을 행하였다. 이때의 원료 가스의 유량은, SiH4 가스 5sccm, NH3 가스 200sccm이며, 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 5Pa, 히터(304)의 온도는 l700℃, 기판 온도는 200℃에서 제2 보호층(1106b)으로서의 SiN막의 형성을 행하였다. 이때 성막된 SiN막의 막 두께는 100nm, 막 응력은 400MPa(인장 응력)이었다.
잉크 제트 기록 헤드 기판(1101)을 사용하여 구성되는 잉크 제트 헤드(1100)는 상술한 제1 실시 형태의 제1-1 실시예의 도4에 도시하는 잉크 제트 기록 헤드에서 설명한 것과 동일하다. 따라서, 그 상세한 설명은 생략한다. 잉크 제트 헤드의 제법은, 상술한 제1 실시 형태의 제1-1 실시예의 도5A, 5B, 5C 및 5D의 모식적 공정 단면에서 설명한 제법과 동일하다. 따라서, 여기에서의 상세한 설명은 생략한다.
잉크 제트 헤드를 잉크 탱크와 일체화한 카트리지 형태의 잉크 제트 카트리지(도7) 및 이것을 사용한 잉크 제트 기록 장치(도8)는, 상술한 제1 실시 형태의 제1-1 실시예에서 설명한 것과 동일하다. 따라서, 그 상세한 설명은 생략한다.
(제2-2 실시예)
본 실시예에서는, 상술한 도9와 달리, 도10에 도시한 바와 같이 제1 보호층(1106a) 및 제2 보호층(1106b) 상에 상부 보호층(1107)이 형성되어 있다.
제2-1 실시예와 마찬가지로 하여 Cat-CVD법에 의해 형성한 SiN막으로 이루어지는 막 두께 150nm의 제1 보호층(1106a) 상에 Cat-CVD법에 의해 SiN막으로 이루어지는 막 두께 100nm의 제2 보호층(1106b)을 형성하였다. 이때의 성막 조건은, 제2-1 실시예와 동일한 조건으로 행하였다.
마지막으로 스퍼터링법에 의해 상부 보호층(1107)으로서 탄탈막을 100nm의 두께로 형성하고, 패터닝을 행하여 도10에 도시하는 잉크 제트 헤드 기판(1100)을 얻었다.
탄탈막으로 이루어지는 상부 보호층(1107)은, 제1 보호층(1106a)이나 제2 보호층1106b에 비하여 열전도율이 높아, 열 효율을 크게 저하시키는 것은 아니다. 또한, 상부 보호층(1107)은, 치밀한 절연 보호층인 제2 보호층(1106b) 위에 직접적으로 형성되는 점으로부터 발열부(1104a)로부터의 열에너지를 열 작용부(1108)에 효율적으로 전도할 수 있었다.
(제2-3 실시예)
본 실시예에서는, 보호층을 제2-1 실시예와 같은 2층 구성으로 하여 제1 보호층(1106) 및 제2 보호층(1106b)을 형성하였다.
우선, 제1 보호층(1106a)으로서, Cat-CVD법에 의해 막 두께 100nm의 SiOC막을 형성하였다. 이때의 원료 가스로서는 상술한 TEOS를 15sccm으로 하고, 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 10Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도 200℃ 로 설정하여 행하였다. 이때의 막 두께는 100nm, 막 응력은 500MPa(인장 응력)이었다.
다음에 제1 보호층(1106a) 상에 Cat-CVD법에 의해 SiN막으로 이루어지는 제2 보호층(1106b)을 형성하였다. 성막 조건은, NH3 가스를 50sccm, SiH4 가스를 5sccm, H2 가스를 100sccm으로 하고, 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 4Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 200℃로 하였다. 이때의 막 두께는 100nm, 막 응력은 400MPa(인장 응력)이었다.
(제2-4 실시예)
본 실시예에서는, 보호층을 제2-1 실시예와 마찬가지의 2층 구성으로 하여 제1 보호층(1106a) 및 제2 보호층(1106b)을 형성하였다.
우선 제1 보호층(1106a)으로서, Cat-CVD법에 의해 막 두께 120nm의 SiOC막을 형성하였다. 성막 조건은, HMDS 가스를 30sccm, NH3 가스를 10sccm으로 하고, 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 10Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도 200℃로 설정하여 행하였다. 이때의 막 두께는 l20nm, 막 응력은 500MPa(인장 응력)이었다.
다음에 제1 보호층(1106a) 상에 Cat-CVD법에 의해 SiN막으로 이루어지는 제2 보호층(1106b)을 형성하였다. 성막 조건은, NH3 가스를 50sccm, SiH4 가스를 8sccm, H2 가스를 100sccm으로 하고, 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 5Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 150℃로 하였다. 이때의 막 두께는 80nm, 막 응력은 300MPa(인장 응력)이었다.
(제2-5 실시예)
본 실시예에서는, 제1 보호층(1106a), 제2 보호층(1106b)을 순서대로 형성후, 제2 보호층(1106b) 위에 다시 제3 보호층을 형성하였다.
우선, 제1 보호층(1106a)으로서, Cat-CVD법에 의해 막 두께 100nm의 SiOC막을 형성하였다. 성막 조건은, TEOS를 5sccm, O2 가스를 10sccm으로 하고, 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 10Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 250℃로 하였다. 이때의 막 두께는 100nm, 막 응력은 400MPa(인장 응력)이었다.
다음에 제1 보호층(1106a) 상에 Cat-CVD법에 의해 막 두께 100nm의 SiN막으로 이루어지는 제2 보호층(1106)을 형성하였다. 성막 조건은, HMDS 가스를 40sccm, NH3 가스를 10sccm으로 하고, 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 10Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 200℃로 하였다. 이때의 막 두께는 100nm, 막 응력은 400MPa(인장 응력)이었다.
마지막으로 제2 보호층(1106b) 위에 Cat-CVD법에 의해 SiN막으로 이루어지는 제3 보호층을 형성하였다. 성막 조건은, NH3 가스를 50sccm, SiH4 가스를 7sccm, H2 가스를 100sccm으로 하고, 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 4Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 250℃로 하였다. 이때의 막 두께는 50nm, 막 응력은 500MPa(인장 응력)이었다.
(제2-6 실시예)
본 실시예에서는, 보호층을 제2-1 실시예와 같은 2층 구성으로 하여 제1 보호층(1106a) 및 제2 보호층(1106b)을 형성하였다.
우선 제1 보호층(1106a)으로서, Cat-CVD법에 의해 막 두께 l00nm의 SiOC막을 형성하였다. 성막 조건은, TEOS를 15sccm으로 하고, 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 10Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 200℃로 하였다. 이때의 막 두께는 100nm, 막 응력은 500MPa(인장 응력)이었다.
다음에 제1 보호층(1106a) 상에 Cat-CVD법에 의해 SiN막으로 이루어지는 제2 보호층(1106b)을 형성하였다. 성막 조건은, NH3 가스를 50sccm, SiH4 가스를 5sccm, H2 가스를 100sccm으로 하고, 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 4Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 200℃로 하였다. 이때의 막 두께는 300nm, 막 응력은 500MPa(인장 응력)이었다.
(제2-1 비교예)
보호층(절연 보호층)을 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성하는 이외는, 제2-1 실시예와 마찬가지로 하여 잉크 제트 헤드 기판을 제작하였다. 성막 조건은, SiH4 가스와 NH3 가스를 사용하고, 기판 온도는 400℃, 성막일 때의 성막실 내의 압력은0.5Pa, 막 두께는 250nm, 막 응력은 마이너스 900MPa(압축 응력)로 하였다.
(잉크 제트 헤드 기판 및 잉크 제트 헤드의 평가)
<내 잉크성의 평가 결과>
상부 보호층(Ta막)이 형성되어 있지 않은 제2-1 실시예, 제2-3 실시예 내지 제2-6 실시예 및 제2-1 비교예의 잉크 제트 헤드 기판을 잉크 중에 침지시켜, 70℃의 항온조에 3일간 방치하였다. 그리고 절연 보호층(보호층)의 침지 전의 층 두께(막 두께)에 대하여 침지 방치 후의 층 두께의 변화를 조사하였다. 여기서, SiN막 및 SiON막은, 산보다도 알카리성의 액체에 대하여 에칭되기 쉬우므로 내 잉크성 시험에는, pH9 정도의 약 알카리성의 잉크를 사용하였다.
그 결과, 제2-1 비교예의 잉크 제트 헤드 기판에 있어서는, SiN막이 초기의 막 두께에 대하여 약 80nm 감소한 것에 대해, 본 실시 형태의 각 실시예의 잉크 제트 헤드 기판에 있어서는 약 10nm 정도의 막 두께의 감소밖에 보이지 않았다. 이로부터, Cat-CVD법으로 성막한 각 실시예의 보호층(보호막)은, 잉크에 대하여 내성이 강한 막이라는 것을 알았다.
이것은, 종래, 절연 보호막(절연 보호층)으로서 사용하고 있는 플라즈마 CVD법으로 형성한 SiN막에 대하여 본 실시 형태에 있어서의 각 실시예와 같이, 복수의 Cat-CVD법을 사용하여 형성한 절연 보호층에서는, 잉크 내성이 우수하다는 것을 알았다. 또한, 절연 보호막의 단차부에서의 크랙의 발생 등은 없고, 커버리지성에도 우수하다는 것을 알았다.
즉, 복수의 보호층으로 형성된 절연 보호층은, 비교적 유연성이 있는 막으로 성막되어서 우수한 커버리지성을 구비한 보호층을 배선측에 배치하고, 치밀한 막으로 성막되어서 우수한 내 잉크성을 구비한 보호층을 잉크(액체), 유로측에 배치하는 구성으로 하였다. 이 구성에 의해, 커버리지성과 내 잉크성의 쌍방의 특성이 우수하고, 액체 토출 헤드 혹은 잉크 제트 헤드에 적합한 절연 보호층이 얻어졌다.
< 헤드 특성>
다음에 본 실시 형태의 각 실시예 및 제2-1 비교예의 잉크 제트 헤드 기판을 사용하여 구성한 각 잉크 제트 헤드를 잉크 제트 기록 장치에 설치하고, 토출을 개시하는 발포 개시 전압(Vth)의 측정 및 기록 내구시험을 행하였다. 본시험은, A4 사이즈의 용지에 잉크 제트 기록 장치에 내장되어 있는 일반적인 테스트 패턴을 기록시킴으로써 행하였다. 이때, 구동 주파수 15KHz, 구동 펄스폭 1μs의 펄스 신호를 부여하여 발포 개시 전압(Vth)을 구하였다. 그 결과를 표3에 나타낸다.
[표3]
| 발포 개시 전압Vth[V] | 구동 전압 Vop[V] | |
| 제2-1 실시예 | 14.2 | 18.5 |
| 제2-2 실시예 | 17.0 | 22.1 |
| 제2-3 실시예 | 14.0 | 18.2 |
| 제2-4 실시예 | 14.0 | 18.2 |
| 제2-5 실시예 | 14.5 | 18.9 |
| 제2-6 실시예 | 15.4 | 20.0 |
| 제2-1 비교예 | 15.0 | 19.5 |
도9의 구성에 있어서, 제1 보호층(1106a)을 Cat-CVD법에 의한 SiN막으로 제2 보호층(1106b)을 Cat-CVD법에 의한 SiN막에 의해 형성한 것에서는, Vth=14.2V이었다(제2-1 실시예). 또한, 다른 실시예에 있어서도 같은 결과가 얻어졌다. 이 표3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 각 실시예에서는, Vth가 약 10% 내지 약 15% 정도 저감되어 소비 전력의 개선이 보였다.
제2-6 실시예에 있어서는, 제1 보호층 및 제2 보호층을 합하여 400nm의 두께로 형성하고 있으므로 Vth가 높게 되어 있다. 그러나, 실제로 토출 구동 가능한 범위이며, 장기에 걸치는 잉크 제트 기록을 행하기 위하여는 바람직한 구성으로 되 어 있다.
다음에 이 Vth의 1.3배에 상당하는 전압을 구동 전압(Vop)으로 하여 1500 문자의 표준문서의 기록을 행하였다. 그 결과, 제2-1 실시예 내지 제2-6 실시예의 어느 잉크 제트 헤드에 있어서도 5000매 이상의 기록이 가능한 것이 확인되었고, 또한 기록 품위의 열화도 보이지 않았다.
한편, 제2-1 비교예의 잉크 제트 헤드에 있어서는, 1000매 정도의 기록 후, 기록 불능이 되었다. 이 원인을 확인한 바, 절연 보호층이 주로 캐비테이션 및 잉크에 의한 용출에 의해 단선에 이른 것이라는 것을 알았다.
즉, 본 실시형태에 관한 Cat-CVD법에 의한 절연 보호층을 사용한 잉크 제트 기록 헤드에서는, 장기에 걸쳐 화상이 안정되어 있고, 내구 특성에도 우수하다는 것을 알았다.
(제3 실시 형태)
본 실시 형태의 적층 구조를 갖는 보호층(절연 보호층 또는 절연 보호막,혹은 단순히 보호막)은, 제2 실시 형태와 같이 잉크(액체) 유로측(잉크에 가까운 측)에 Cat-CVD법에 의해 성막한 보호층을 구비하고 있다. 제2 실시 형태와 상이한 구성으로서는, Cat-CVD법으로 성막한 보호층의 하측에 있어서, 전극 배선 또는 발열 저항층 혹은 발열부 등의 배선측의 보호층을 플라즈마 CVD법으로 성막한 것에 있다.
Cat-CVD법을 사용하여 형성한 SiN계의 절연막은, 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성한 Si계의 절연막과 비교하여 치밀하고, 내 잉크성 및 내 캐비테이션성이 우수 한 막이다. 한편, 플라즈마 CVD법으로 형성된 Si계의 절연막은, Cat-CVD법으로 형성된 SiN계의 절연막에 비교하여 치밀성이란 점에서는 떨어지는 막이지만 Cat-CVD법에 의해 형성된 SiN막과 비교하면 부드러운 막이다. 그 때문에 Cat-CVD법에 의해 형성된 실리콘 질화막과 비교하면 부드러운 막인 플라즈마 CVD법을 사용한 실리콘 질화막이 배치되고 있으므로 크랙의 발생을 억제할 수 있다. Cat-CVD법에 의한 SiN막은, 플라즈마 CVD법에 의한 보호층에 의해 단차부의 급경사성이 개선된(완만한 모양이 된) 상태에서 형성된다. 그 때문에 Cat-CVD법에 의한 SiN막은, 단차부에 있어서의 응력 집중의 발생이 대폭 완화된다.
또한, Cat-CVD법에 의한 보호막은, 종래의 보호막보다도 치밀한 막이며, 내 캐비테이션성이 있어서, 그 보호층 상에 다시 Ta 등의 금속막으로 이루어지는 상부 보호막을 형성하지 않는 것도 가능해진다.
또한, 발열부(1104a)를 덮는 보호막의 막 두께를 얇게 하는 것이 가능해져 잉크로의 열전도성이 양호해진다.
또한, 직접적으로 막이 잉크에 접하는, 혹은 직접적이지 않다고 해도 열에너지를 사용하여 잉크를 토출하기 때문에 잉크에의 열전도 효율성이 좋은 것이 요구되어 일반적인 반도체 분야의 소자의 보호막에 비교하여 제약이 크다. 따라서, 잉크에의 내성이나 에너지 효율의 관점에서의 막 설계가 요구된다.
플라즈마 CVD법을 사용하여 형성된 SiN막의 막 두께(Tps)(nm)는, 배선의 단차부의 급경사성을 완화하고, 또한, 단차부의 응력에 의해 보호 절연막의 크랙을 방지하는 목적에서 설치한 막이다. 발열 저항층의 층 두께(막 두께)를 The(nm), 배선의 막 두께를 Tw(nm)로 했을 때에 잉크 제트 헤드의 층 구성의 범위 내에서는, 실험 데이터로부터 경험적으로 얻어진 지견으로서, 100+(The+Tw)/3≥Tps≥(The+Tw)/3인 것이 바람직하다. 즉, 적어도 보호막의 막 두께는, 발열 저항층의 층 두께[The(nm)]와 배선의 막 두께[Tw(nm)]와의 합의 1/3 이상의 막 두께가 있으면 단차부의 응력을 완화할 수 있다. 보호층의 막 두께의 상한은, 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성된 SiN막의 막 두께[Tps(nm)]와, Cat-CVD법을 사용하여 형성한 SiN막의 막 두께[Tct(nm)]를 합한 막 두께의 값으로 제한된다. 이들의 막 두께의 합계 막 두께가 커지면 토출 구동 전압도 커지나, 인가할 수 있는 구동 전압에도 일정한 제한이 있기 때문이다. Cat-CVD법에 의한 성막은, 그 막 응력의 크기를 성막 조건에 의해 제어할 수 있어, 내 잉크성 및 내 캐비테이션성이 우수하다. 이들을 고려하면 Cat―CVD법을 사용하여 형성한 SiN막의 막 두께(Tct)의 막 두께를 두껍게 하는 것이 바람직하므로 Tct의 값은 (The+Tw)/2(nm) 정도인 것이 바람직하다.
Cat-CVD법을 사용하여 형성한 SiN막은, 내 잉크 시험에서, 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성된 SiN막에 비교하여 약 8배의 내성이 있으므로 적어도 50nm 이상인 것이 바람직하고, 70nm 이상인 것이 더욱 바람직하다. 막 두께의 크기의 상한은, 특별히 제한되는 것은 아니지만 인가할 수 있는 구동 전압의 크기로 결정되는 절연 보호막의 막 두께의 크기의 상한으로 결정된다. 또한, 막의 응력은 500MPa 이하인 것이 바람직하다.
플라즈마 CVD법을 사용하여 형성하는 Si계의 절연막은, SiN막, SiOx막 혹은 SiOx막과 SiN막 혹은 SiON막과의 적층 구조라도 좋다.
(제3-1 실시예)
이하, 도면을 참조하여 제3-1 실시예를 상세하게 설명한다.
본 실시예의 잉크 제트 헤드 기판(1100)은, 상술한 도9의 층 구성과 마찬가지이므로 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 보호층의 형성 방법 이외의 잉크 제트 헤드 기판의 제조 방법도 상술한 실시 형태의 것과 마찬가지이므로 그 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에서는, 제1 보호막(1106a)이 되는 막 두께 150nm의 SiN막을 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성하였다. 성막 조건은, 원료 가스로서 SiH4 가스와 NH3 가스를 사용하고, 기판 온도는 400℃, 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 0.5Pa로 하였다.
다음에 제2 보호층(1106b)으로서 막 두께 250nm의 SiN막을 Cat-CVD를 사용하여 형성하고, 패터닝을 행하여 도9에 도시하는 잉크 제트 헤드 기판(1100)을 얻었다.
본 실시예에서는, 도6의 장치를 사용한 성막은, 상술한 제1 실시 형태의 제1-1 실시예에서 설명한 각종 성막 조건과 동일한 방법으로 행하였다.
또한, 잉크 제트 헤드 기판(1100)을 사용한 잉크 제트 헤드는, 상술한 제1 실시 형태의 제1-1 실시예의 도4에 도시하는 잉크 제트 헤드의 설명과 동일하므로 여기에서의 상세한 설명은 생략한다.
또한, 잉크 제트 헤드의 제법은, 상술한 제1 실시 형태의 제1-1 실시예의 도5A, 5B, 5C 및 5D의 모식적 공정 단면에서 설명한 제법과 같으므로 여기에서의 상세한 설명은 생략한다.
또한, 잉크 제트 헤드를 잉크 탱크와 일체화한 카트리지 형태의 잉크 제트 카트리지(도7) 및 이것을 사용한 잉크 제트 기록 장치(도8)는, 상술한 제1 실시 형태의 제1-1 실시예에서 설명한 것과 동일하다. 따라서, 여기에서의 상세한 설명은 생략한다.
(제3-2 실시예)
본 실시예의 잉크 제트 헤드 기판(1100)은, 도9와 달리, 도l0에 도시한 바와 같이 제1 보호층(1106a)과 제2 보호층(1106b)을 이 순서대로 성막한 후, 제2 보호층(1106b) 위에 상부 보호층(1107)이 형성되어 있다.
제3-1 실시예와 마찬가지로 하여 플라즈마 CVD법에 의해 형성한 SiN막으로 이루어지는 막 두께 200nm의 제1 보호층(1106a) 상에 Cat-CVD법에 의해 SiN막으로 이루어지는 제2 보호층(1106b)을 형성하였다. 성막 조건은, NH3 가스를 50sccm, SiH4 가스를 5sccm, H2 가스를 100sccm으로 하고, 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 10Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 350℃로 하였다. 이때의 막 두께는 50nm, 막 응력은 150MPa(인장 응력)이었다.
마지막으로 스퍼터링법에 의해 상부 보호층(1107)으로서 Ta막을 100nm의 두께로 형성하고, 패터닝을 행하여 도10에 도시하는 잉크 제트 헤드 기판(1100)을 얻 었다.
Ta막으로 이루어지는 상부 보호층(1107)은, 제l 보호층(1106a)이나 제2 보호층(1106b)에 비하여 열전도율이 높아, 열 효율을 크게 저하시키는 것은 아니다. 또한, 상부 보호층(1107)은, 치밀한 절연 보호층(1106b) 위에 직접적으로 형성되는 점에서, 발열부(1104a)로부터의 열에너지를 열 작용부(1108)을 통하여 그 상측의 잉크(액체)에 효율적으로 전도할 수 있었다.
(제3-3 실시예)
본 실시예의 잉크 제트 헤드 기판(1100)은, 제3-1 실시예와 동일한 층 구성이며, 제1 보호층(1106a), 제2 보호층(1106b)이 형성되어 있다.
우선, 제1 보호층(1106a)으로서, 플라즈마 CVD법에 의해 막 두께 200nm의 SiO막을 형성하였다. 다음에 제1 보호층(1106a) 상에 Cat-CVD법에 의해 SiN막으로 이루어지는 제2 보호층(1106b)을 형성하였다. 성막 조건은, NH3 가스를 50sccm, SiH4 가스를 5sccm, H2 가스를 100sccm으로 하고 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 4Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 350℃로 하였다. 이때의 막 두께는 100nm, 막 응력은 500MPa(인장 응력)이었다.
(제3-4 실시예)
본 실시예의 잉크 제트 헤드 기판(1100)은, 제l 보호층(1106a), 제2 보호층(1106b) 상에 다시 제3 보호층이 형성되어 있다.
우선, 제1 보호층(1106a)으로서, 플라즈마 CVD법에 의해 막 두께 100nm의 SiO막을 형성하였다. 다음에 제l 보호층(1106a) 상에 플라즈마 CVD법에 의해 막 두께 100nm의 SiN막으로 이루어지는 제2 보호층(1106b)을 형성하였다.
마지막으로 제2 보호층(1106b) 상에 Cat-CVD법에 의해 SiN막으로 이루어지는 제3 보호층을 형성하였다. NH3 가스를 50sccm, SiH4 가스를 5sccm, H2 가스를 100sccm으로 하고 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 4Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 100℃로 하였다. 이때의 막 두께는 80nm, 막 응력은 400MPa(인장 응력)이었다.
(제3-5 실시예)
본 실시예의 잉크 제트 헤드 기판(1100)은, 상술한 제3-2 실시예와 동일한 층 구성이며, 제1 보호층(1106a), 제2 보호층(1106b) 및 상부 보호층(1107)이 형성되어 있다.
제1 보호층(1106a)으로서, 플라즈마 CVD법에 의해 막 두께 300nm의 SiN막을 형성하였다. 다음에 제1 보호층(1106a) 상에 Cat-CVD법에 의해 SiN막으로 이루어지는 제2 보호층(1106b)을 형성하였다. 성막 조건은, NH3 가스를 50sccm, SiH4 가스를 5sccm, H2 가스를 100sccm으로 하고 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 10Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 350℃로 하였다. 이때의 막 두께는 200nm, 막 응력은 200MPa(인장 응력)이었다.
마지막으로 스퍼터링법에 의해 상부 보호층(1107)으로서 Ta막을 100nm의 두께로 형성하였다.
(제3-6 실시예)
본 실시예의 잉크 제트 헤드 기판(1100)은, 상술한 제3-1 실시예와 같은 층 구성이며, 제1 보호층(1106a), 제2 보호층(1106b)이 형성되어 있다.
제1 보호층(1106a)으로서, 플라즈마 CVD법에 의해 막 두께 200nm의 SiO막을 형성하였다. 다음에 제1 보호층(1106a) 상에 Cat-CVD법에 의해 SiON막으로 이루어지는 제2 보호층(1106b)을 형성하였다. 성막 조건은 NH3 가스를 20sccm, SiH4 가스를 10sccm, H2 가스를 400sccm, O2 가스를 200sccm으로 하고 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 20Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 350℃로 하였다. 이때의 막 두께는 100nm, 막 응력은 500MPa(인장 응력)이었다.
(제3-1 비교예)
절연 보호층을 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성하는 이외는, 제3-1 실시예와 마찬가지로 하여 잉크 제트 헤드 기판을 제작하였다. 성막 조건은, SiH4 가스와 NH3 가스를 사용하고, 기판 온도는 400℃, 성막일 때의 성막실 내의 압력은 0.5Pa, 막 두께는 250nm로 하였다. 막 응력은 900MPa(압축 응력)이었다.
(잉크 제트 헤드 기판 및 잉크 제트 헤드의 평가)
<내 잉크성의 평가 결과>
상부 보호층(Ta막)을 형성하고 있지 않은 제3-1 실시예, 제3-3 실시예, 제3-4 실시예, 제3-6 실시예 및 제3-1 비교예의 잉크 제트 헤드 기판을 잉크 중에 침지시켜, 70℃의 항온조에 3일간 방치하였다. 그리고, 보호층의 침지 전의 층 두께 (막 두께)에 대하여 침지 방치 후의 막 두께의 변화를 조사하였다. 여기서, SiN막 및 SiON막은, 산보다도 알카리성의 액체에 대하여 에칭되기 쉬우므로 내 잉크성 시험에는, pH9 정도의 약 알칼리성의 잉크를 사용하였다.
그 결과, 제3-1 비교예의 잉크 제트 헤드 기판에 있어서는 SiN막의 막 두께가 약 80nm 감소한 데 비해, 제3-1 실시예, 제3-3 실시예, 제3-4 실시예, 제3-6 실시예의 잉크 제트 헤드 기판에 있어서는 약 10nm 정도의 막 두께의 감소밖에 보이지 않았다. 이러한 점에서, 본 실시형태에 관한 실시예의 보호층은, 잉크에 대하여 내성이 강한 막이라는 것을 알았다.
종래, 절연 보호막으로서 사용하고 있는 플라즈마 CVD법으로 형성한 SiN막에 대하여 본 실시 형태의 각 실시예에서는, 복수의 절연 보호 층으로 이루어지고, 적어도 최상층의 절연 보호층을 Cat-CVD법에 의해 형성한 막으로 하였다. 이와 같이 하여 형성된 보호층은, 우수한 내 잉크성을 구비하고 있다는 것을 알았다. 또한, 이 보호층은, 막의 단차부에서 크랙의 발생 등은 없고, 우수한 커버리지성을 구비하고 있다는 것을 알았다.
<헤드 특성>
다음에 제3-1 실시예 내지 제3-6 실시예 및 제3-1 비교예의 잉크 제트 헤드 기판을 사용하여 구성한 각 잉크 제트 헤드를 잉크 제트 기록 장치에 설치하고, 토출을 개시하는 발포 개시 전압(Vth)의 측정 및 기록 내구시험을 행하였다. 본시험은, A4 사이즈의 용지에 잉크 제트 기록 장치에 내장되어 있는 일반적인 테스트 패턴을 기록시킴으로써 행하였다. 이때, 구동 주파수 15KHz, 구동 펄스폭 1μs의 펄 스 신호를 부여하여 발포 개시 전압(Vth)을 구하였다. 그 결과를 표4에 나타낸다.
[표4]
| 플라즈마 CVD SiO 성막온도(℃) 막두께(nm) 응력(Mpa) |
플라즈마 CVD SiN 성막온도(℃) 막두께(nm) 응력(Mpa) |
Cat-CVD SiON 성막온도(℃) 막두께(nm) 응력(Mpa) |
Cat-CVD SiN 성막온도(℃) 막두께(nm) 응력(Mpa) |
Ta 막두께(nm) | 총 막두께(nm) | 발포 개시 전압 Vth(V) | 구동 전압 Vop (V) | |
| 제3-1 실시예 |
- | 400 150 -500 |
- | 300 250 200 |
- | 400 | 14.2 | 18.5 |
| 제3-2 실시예 |
- | 400 200 -700 |
- | 350 50 150 |
100 | 250 +100 |
16.4 | 21.3 |
| 제3-3 실시예 |
200 | - | - | 350 100 500 |
- | 300 | 15 | 19.5 |
| 제3-4 실시예 |
100 | 400 100 -500 |
- | 100 80 400 |
- | 280 | 14.9 | 19.4 |
| 제3-5 실시예 |
- | 400 300 -900 |
- | 300 200 200 |
100 | 500 +100 |
18.5 | 24.1 |
| 제3-6 실시예 |
200 | - | 300 100 500 |
- | - | 300 | 14.7 | 19.1 |
| 제3-1 비교예 |
- | 400 250 -900 |
- | - | - | 250 | 15 | 19.5 |
도9의 구성에 있어서, 제1 보호층(1106a)을 플라즈마 CVD에 의해, 제2 보호층(1106b)을 Cat-CVD법에 의해 형성한 것에서는, Vth=14.2V이었다(제3-1 실시예). 또한, 다른 실시예에 있어서도 동일한 결과가 얻어졌다. 이 표4로부터 알 수 있는 바와 같이, 각 실시예에서는, Vth가 약 5% 정도 저감되어 소비 전력의 개선이 보였다. 또한, 제3-5 실시예에 있어서는, 제l 보호층, 제2 보호층 및 상부 보호층의 총막 두께는 600nm로 다른 실시예에 비교하여 두껍기 때문에 Vth는 높게 되어 있 다. 그러나, 실제의 구동할 수 있는 범위이며 장기의 기록을 행하기 위하여는 바람직한 구성으로 되어 있다.
다음에이 Vth의 1.3배에 상당하는 전압을 구동 전압(Vop)으로 하여 1500 문자의 표준문서의 기록을 행하였다. 그 결과, 제3-1 실시예 내지 제3-6 실시예의 어느 잉크 제트 헤드에 있어서도 5000매 이상의 기록이 가능한 것이 확인되었고, 또한 기록 품위의 열화도 보이지 않았다.
한편, 제3-1 비교예의 잉크 제트 헤드에 있어서는, 1000매 정도의 기록 후, 기록 불능이 되었다. 이 원인을 확인한 바, 절연 보호막이 주로 캐비테이션 및 잉크에 의한 용출에 의해 단선에 이르렀기 때문인 것을 알았다.
즉, 본 실시형태에 관한 보호층(보호막)을 적용한 잉크 제트 헤드에서는, 장기에 걸쳐 화상이 안정되어 있고, 내구 특성에도 우수하다는 것을 알았다.
(제4 실시 형태)
본 실시 형태의 잉크 제트 헤드 기판(1100)은, 기판 상에 복수의 발열부(1104a)가 형성되어 있다. 각각의 발열부(1104a)는, 발열 저항층(1104)을 덮는 절연 보호층에 설치된 개구(보호층을 관통하는 스루홀)를 통하여 외부 전원과 전기적으로 접속되어 있다. 이것은, 발열 저항층(1104)이, 절연 보호막에 설치된 개구에 도금법에 의해 형성된 금, 구리 등의 금속으로 이루어지는 공통 배선과 접속되는 구성으로 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 액체 토출 헤드 기체(잉크 제트 헤드 기판)의 공통 배선을 덮는 절연 보호막을 기판 온도를 실온 혹은 50℃ 내지 200℃의 조건에서 Cat-CVD법을 사용하여 형성하는 것이다.
Cat-CVD법은, 기판의 온도를 실온 혹은 50℃ 내지 200℃로 내려서 성막해도 막의 치밀성 및 피복성이 악화되는 일이 없다. 이 때문에 금 및 구리와 같은 도금법을 사용하여 막 두께가 두꺼운 공통 배선을 형성 후에 기판 표면의 보호막으로서 SiN계의 절연막을 성막해도 금 등의 금속 재료가 열에 의해 확산되어 인접하는 배선간에서의 마이그레이션을 일으키는 일이 없다.
(제4-1 실시예)
이하, 도면을 참조하여 제4-1 실시예를 상세하게 설명한다.
본 실시예의 잉크 제트 헤드 기판(1100)의 구성은, 상술한 제1-1 실시예와 기본적으로는 동일한 구성이다. 본 실시예에서는, 상술한 각 실시 형태에서는 설명되어 있지 않은, 공통 배선과 전극 배선의 접속부의 구성에 관한 것이다.
도11은, 공통 배선과 전극 배선과의 접속부를 도시하는 모식적인 단면이다.
발열 저항층(1104) 상에 형성된 알루미늄, 혹은 알루미늄을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 전극 배선층(1105)은, 표면을 보호층(1106)이 덮고 있다. 전극 배선(1105) 상에 형성된 보호층(1106)을 관통하는 스루홀의 측면 저면 및 보호층(1106)의 공통 배선이 형성되는 영역에 막 두께 200nm의 TiW로 이루어지는 밀착 향상층(배리어 메탈)(3001)을 형성하였다. 그 후, 밀착 향상층(3001) 상에 금으로 이루어지는 막 두께 50nm의 도금용 도체의 금속(3002) 및 공통 배선을 형성하는 막 두께 5μm의 도금 배선층(3003)을 형성하였다. 그 후, 기판 상에 다시, Cat-CVD법에 의한 막 두께 300nm의 실리콘 질화막으로 이루어지는 절연 보호막(3004)을 형성하였다.
다음에 도12A, 12B, 12C, 12D, 12E, 12F 및 12G의 제조 공정 단면도를 사용하여 도금법에 의한 후막 배선의 제조 방법을 설명한다.
보호막(1106) 상에 통상의 포토리소그래피법을 사용하여 보호막(1106)의 에칭 보호막이 되는 레지스트 패턴(미도시)을 형성하였다. 그 후, 통상의 드라이 에칭법을 사용하여 전극 배선(1105)이 노출되는 개구를 형성하였다. 그 후, 고융점 금속 재료인 TiW 등의 밀착 향상층(배리어 메탈)(3001)을 스퍼터링에 의해 200nm 성막하였다(도12A).
다음에 배선용 금속이 되는 도금용 도체의 금층(3002)을 스퍼터링에 의해 50nm 성막하였다(도12B). 본 실시예에서는 도체 금속으로서 금을 사용하였다.
그 후, 도금용 도체의 금층의 표면에 포토레지스트(3005)를 스핀 코트법에 의해 도포하였다(도12C). 이때, 원하는 공통 배선의 두께보다도 두꺼워지도록 포토레지스트를 도포하였다. 예를 들어 5μm의 도금 두께를 형성하는 경우에는, 6μm의 포토레지스트 막 두께로 되는 회전수 조건으로 스핀 코트 도포를 행하였다.
다음에 포토리소그래피법으로 레지스트 노광·현상 처리가 행해지고, 공통 배선을 형성하는 부위의 도금용 도체의 금속이 노출되도록 포토레지스트(3005)를 제거하고, 도금용 형재가 되는 레지스트를 형성하였다.
그 후, 전해 도금법에 의해 아황산금염의 전해욕 중에서 도금용 도체의 금속에 소정의 전류를 흘려서, 포토레지스트(30O5)에 의해 덮혀져 있지 않은 소정의 영역에 금(3003)을 석출시켰다(도12D).
다음에 공통 배선층의 형성에 사용한 포토레지스트(3005)를 레지스트 제거 액으로 제거하였다(도12E). 이에 의해, 밀착 향상층(3001)을 노출시켰다(도12F).
그 후, 공통 배선을 마스크로 하여 밀착 향상층(300l)을 H2O2계의 에칭액에 소정의 시간에 걸쳐 침지시켰다. 이에 의해, 노출되어 있었던 고융점 금속 재료로 이루어지는 밀착 향상층(3001)을 제거하였다(도12G).
다음에 막 두께 300nm의 SiN막으로 이루어지는 절연 보호막(3004)을 Cat-CVD법을 사용하여 형성하였다. 막 응력은 200MPa(인장 응력)이었다.
여기서, Cat-CVD법에 의한 성막은, 상술한 도6에 도시하는 장치로 상술한 바와 마찬가지로 하여 행하였다.
또한, 잉크 제트 헤드 기판(1100)을 사용하여 구성되는 잉크 제트 헤드는, 상술한 제l 실시 형태의 제1-1 실시예의 도4에 도시하는 잉크 제트 헤드에서 설명한 것과 동일하므로 여기에서의 상세한 설명은 생략한다.
또한, 잉크 제트 헤드의 제법은, 상술한 제1 실시 형태의 제1-1 실시예의 도5A, 도5B, 도5C 및 도5D의 모식적 공정 단면에서 설명한 제법과 같으므로 여기에서의 상세한 설명은 생략한다.
또한, 잉크 제트 헤드를 잉크 탱크와 일체화한 카트리지 형태의 잉크 제트 카트리지(도7) 및 이것을 사용한 잉크 제트 기록 장치(도8)는, 상술한 제1 실시 형태의 제1-1 실시예에서 설명한 것과 동일하다. 따라서, 여기에서의 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 실시예에서는, 발열 저항체층(1104) 상에 형성하는 절연 보호 막(1106)은 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성하고, 절연 보호막(1106) 위에 상부 보호막이 되는 Ta막을 형성하고 있다. 절연 보호막(1106)은, 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같이, Cat-CVD법을 사용하여 형성한 SiN막인 것이 바람직하고, 이 경우에는, 상부 보호막이 되는 Ta막을 형성하지 않더라도 좋다.
(제4-1 비교예)
절연 보호층을 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성하는 이외는, 제4-1 실시예와 마찬가지로 하여 잉크 제트 헤드 기판을 제작하였다. 성막 조건은, SiH4 가스와 NH3 가스를 사용하고, 기판 온도는 400℃, 성막실 내의 압력은 0.5Pa, 막 두께는 l000nm로 하였다. 막 응력은 마이너스 900MPa(압축 응력)이었다.
(제4-2 실시예)
본 실시예에서는, 제4-1 실시예와 마찬가지로 하여 Cat-CVD법에 의해 SiN막을 형성하였다. 성막 조건은, NH3 가스를 10sccm, SiH4 가스를 5sccm, H2 가스를 20sccm으로 하고 성막실(301) 내의 압력은 5Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 50℃로 하였다. 이때의 막 두께는 300nm, 막 응력은 150MPa(인장 응력)이었다.
그 후, 제4-1 실시예와 마찬가지로 하여 잉크 제트 헤드를 제작하였다.
(잉크 제트 헤드 기판 및 잉크 제트 헤드의 평가)
제4-1 실시예 및 제4-2 실시예에 있어서는, 200℃ 이하의 저온에 있어서의 성막을 행하고 있다. 이 때문에 도금법으로 형성된 금속이 열에 의해 확산되어서 발생하는 마이그레이션에 의해, 인접 배선 간에서 전류 누설이 발생하는 등의 문제가 해소되었다.
한편, 제4-1 비교예에 있어서 형성된 플라즈마 CVD법에 의한 절연 보호막은, 400℃의 고온에서 성막이 행해지고 있다. 이 때문에 금속의 열확산에 의한 마이그레이션에 의해, 인접 배선 간에서 전류의 리크가 발생하였다. 이와 같이, 제4-1 비교예의 잉크 제트 헤드에서는, 탑재되어 있는 구동 소자의 내압 저하의 문제가 발생하여 수율의 저하를 야기시켰다.
이 결과, 본 실시 형태의 각 실시예에 의하면 고온에 있어서의 성막을 행하는 제4-1 비교예에 나타내는 플라즈마 CVD 성막보다도 배선 간의 리크 전류가 작아, 내압이 크고 신뢰성이 높은 잉크 제트 헤드를 얻을 수 있었다.
또한, Cat-CVD법에 의한 보호막의 성막은 200℃ 이하 실온 이상의 저온에서 행하고 있지만 내 잉크성은 특별히 문제가 없었다.
(제5 실시 형태)
실리콘 기판 상에 잉크 제트 헤드를 구동하기 위한 반도체 소자를 형성했을 경우, 반도체 소자의 특성의 안정화를 위하여 수소화 처리가 행해지고 있다. 수소 분위기 중에서 350℃ 내지 450℃ 정도의 온도의 확산로 등에서 처리를 행하는 수소화 처리가 행해지고 있다. 수소화 처리는, 표면 보호막이 되는 SiN막의 형성 후, 350℃ 내지 450℃ 정도의 온도의 확산로 내부를 수소 분위기로 하여 실리콘 기판을 건조시키는 처리이다. 이 처리에 의해, 알루미늄계의 금속 배선과 실리콘 기판 및 절연막과의 밀착성을 높일 수 있다.
수소화 처리의 상한 온도는, p형 불순물이 되는 붕소의 확산이 발생하지 않는 온도인 450℃ 이하인 것이 바람직하다. 실리콘 기판을 구성하는 실리콘 원자의 미 결합 수(댕글링 본드)가 수소와 결합하기 위하여는 소정의 에너지가 필요하기 때문에 수소화 처리는, 350℃ 이상의 온도에서의 열처리가 필요하다.
통상, 수소화 처리는, 보호막이 되는 SiN막을 형성 후, 기판을 성막실로부터 확산로에 이송하고, 배치 처리함으로써 행해지고 있다. 즉, 연속한 공정으로 처리하는 것이 아니라, 별도의 공정으로 행할 필요가 있었다. 그 때문에 잉크 제트 헤드 기판의 제조에 요하는 시간이 걸려, 비용적으로 불리해지는 것을 피할 수 없었다. 종래의 플라즈마 CVD법을 사용할 경우, 알루미늄계의 금속을 사용한 배선의 표면에 플라즈마에 의한 손상과 높은 기판 온도에 의한 손상으로부터, 힐록이 발생한다.
한편, Cat-CVD의 경우, 플라즈마에 의한 손상이 없기 때문에 기판 온도를 350℃ 내지 400℃로 하여 막 성장시켜도 알루미늄 배선 표면에 힐록이 발생하는 일이 없다. 이 때문에 보호막을 얇게 형성할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 원료 가스로서 SiH4 가스 및 NH3 가스, 희석 가스로서 H2 가스를 사용하고, Cat-CVD법에 의해, 막 두께 100nm 내지 500nm의 SiN막으로 이루어지는 절연 보호막을 형성하였다. 이때의 SiN막의 성장 시간은 30분 내지 1시간이었다.
이와 같이, 기판 온도를 350℃ 내지 400℃로 하여 H2 가스로 분위기를 희석 하면서 SiN막 등의 보호층을 성막함으로써, 실리콘 기판의 수소화 처리를 겸하게 할 수 있었다.
알루미늄계의 금속보다도 융점의 높은 Au, Cu 등의 배선을 사용할 경우에는, 상술한 기판 온도보다도 높은 온도로 설정하여 기판의 수소화 처리를 행하는 것이 가능하다. 기판 온도는, 상술한 기판 온도에 한정되는 것은 아니다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은, 이하에 설명하는 각 실시 형태에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 것이면 특허 청구 범위를 일탈하는 일 없이 적절한 구성을 채용해도 되는 것은 물론이다.
본 실시 형태에 있어서의 잉크 제트 헤드 기판의 제조는, 예를 들어 상술한 제l 실시 형태에서 설명한 것과 마찬가지이다. 양자가 서로 다른 점은, Cat-CVD법으로 보호층을 성막할 때의 기판 온도의 설정 내용이나, 본 실시 형태에서는 희석 가스로서 H2 가스가 사용되는 것이다.
이하에 상술한 도6에 있는 Cat-CVD 장치를 사용한, 본 실시 형태의 절연 보호층의 성막에 대하여 설명한다.
Cat-CVD법으로 성막되는 절연 보호층(막)(1106)이 되는 SiN막은, 막 두께 250nm로 하였으나, 100nm 이상 500nm 이하, 바람직하게는 150nm 이상 300nm 이하가 바람직하다.
막의 응력은, 응력에 의한 크랙의 발생이나 기판의 변형이 발생하지 않는 범 위로 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들어 500MPa(인장 응력)에서 마이너스 500MPa(압축 응력)의 범위가 바람직하다.
Cat-CVD법은, 상술한 바와 같이, 촉매체가 되는 히터(304) 표면에서의 원료 가스의 촉매반응을 사용하는 것이므로 본래, 기판 온도를 내려서 성막하는 것이 가능해진다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 절연 보호층의 성막과 동시에 수소화 처리도 겸하기 때문에 기판 온도를 350℃ 내지 400℃로 제어하였다.
우선, 배기 펌프(305)를 사용하여 성막실(301)의 내부의 기압이 1×10-5Pa 내지 1×10-6Pa이 될 때까지 배기하였다. 이어서, 가스 도입구로부터 성막실(301)에 H2 가스 100sccm 및 NH3 가스 50sccm을 도입하였다. 이때, 기판 온도를 400℃로 되도록 기판 온도 조정용의 히터를 조절하였다. 다음에 외부의 전원에 의해 가열 촉매체가 되는 히터(1304)의 온도를 1700℃가 되도록 조정하였다. 다음에 SiH4 가스를 10sccm 도입하고, NH3 가스와 SiH4 가스와의 접촉 분해 반응에 의해 SiN막을 형성하였다.
성막 시간은 약 30분이고, 막 응력은 200MPa(인장 응력)이었다. 또한, 이때의 성막실(301) 내의 압력은 5Pa이었다.
Cat-CVD법에서는, 희석 가스로서 수소 가스를 사용할 경우, 기판 온도를 350℃ 이상으로 설정하고, 성장 시간을 30분 이상으로 함으로써, 종래의 수소 어닐을 Cat-CVD법에 의한 보호막 성장과 겸할 수가 있다.
기판 온도의 상한은, 트랜지스터 소자의 드레인·소스 영역에 확산한 불순물이 보호막을 성장할 때의 기판 온도에 의해 확산하고, 특성을 변화시키지 않는 범위에서 선택하는 것이 가능하다. 한편, 성막 온도를 올림으로써 기판과 보호막과의 스트레스가 증대하므로 스트레스의 증대를 방지하기 위하여 450℃ 이하인 것이 바람직하고, 400℃ 이하인 것이 보다 바람직하다.
이상과 같이 하여 절연 보호층의 형성과 동시에 반도체 소자의 수소 얼로이 처리를 행하였다.
마지막으로 스퍼터링법에 의해 상부 보호층으로서 Ta막(1107)을 200nm의 두께로 형성하였다.
잉크 제트 헤드 기판(1101)을 사용하여 구성되는 잉크 제트 헤드(1100)는, 상술한 제1 실시 형태의 제1-1 실시예의 도4에 도시하는 잉크 제트 헤드에서 설명한 것과 동일하므로 여기에서의 상세한 설명은 생략한다.
잉크 제트 헤드의 제법은, 상술한 제1 실시 형태의 제1-1 실시예의 도5A, 5B, 5C 및 5D의 모식적 공정 단면에서 설명한 제법과 같으므로 여기에서의 상세한 설명은 생략한다.
또한, 잉크 제트 헤드를 잉크 탱크와 일체화한 카트리지 형태의 잉크 제트 카트리지(도7) 및 이것을 사용한 잉크 제트 기록 장치(도8)는, 상술한 제l의 실시 형태의 제1-1 실시예에서 설명한 것과 동일하다. 따라서, 여기에서의 상세한 설명은 생략한다.
(제5-1 실시예)
상술한 제조 방법을 사용하여 이하와 같은 잉크 제트 헤드 기판을 제조하였다.
막 구성으로서는, 우선, 축열층(1102)(열산화막)을 1.8μm, 층간막(1103)(CVD에 의한 SiO막)을 l.0μm, 발열 저항층(1104)(TaSiN막)을 40nm, 전극 배선층(1105)(Al)을 400nm, 각각 성막하였다. 그 후, 절연 보호막(1106)(Cat-CVD에 의한 SiN막)을 250nm, 상부 보호층(1107)(Ta)을 200nm, 각각 성막하였다.
(제5-2 실시예)
본 실시예는, 제5-1 실시예와 마찬가지로 하여 Cat-CVD법을 사용하여 SiN막을 형성하였다. 성막 조건은 NH3 가스를 60sccm, SiH4 가스를 8sccm, H2 가스를 80sccm으로 하고 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 4Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 380℃로 하여 40분간, 성막을 행하였다. 이때의 막 두께는 250nm, 막 응력은 150MPa(인장 응력)이었다.
제5-1 실시예에 있어서는, 상부 보호층(1107)으로서 Ta막을 형성했지만 본실시예에 있어서는, 도3과 같은 상부 보호층을 설치하지 않는 구성으로 하였다.
(제5-3 실시예)
본 실시예는, 도9의 구성과 같이, Cat-CVD법을 사용하여 SiN막을 막 두께 방향으로 그 조성을 변화시켜서 형성하였다. SiN막은, 잉크에 가까운 측을 발열 저항층(1104)에 접하는 측보다도 Si가 많은 조성이 되도록 형성하였다. 즉, 발열 저항층(1104)에 접하는 측으로부터 잉크에 가까운 측을 향하여 SiH4가스 유량이 많아 지도록 설정하였다.
우선, H2 가스를 120sccm, NH3 가스를 50sccm, SiH4 가스를 5sccm, 성막실(301) 내의 압력을 5Pa, 히터(304)의 온도를 1800℃, 기판 온도를 390℃로 하는 조건에서 성막을 개시하였다. 그 후, SiH4 가스의 유량을 6sccm, 7sccm으로 서서히 증가시켜서, 막 두께 300nm의 SiN막을 형성하였다. 성막 시간은, 전체적으로 40분이었다. 이때의 막 응력은, 마이너스150MPa(압축 응력)이었다.
그 이외는, 제5-2 실시예와 마찬가지로 하여 잉크 제트 헤드 기판을 제조하였다.
(제5-4 실시예)
본 실시예는, 제5-2 실시예와 마찬가지로 하여 Cat-CVD법을 사용하여 SiN막을 형성하였다.
성막 조건은 NH3 가스를 60sccm, SiH4 가스를 8sccm, H2 가스를 80sccm으로 하고 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 2Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 380℃로 하여 60분간, 성막을 행하였다. 이때의 막 두께는 250nm, 막 응력은 160MPa(인장 응력)이었다.
(제5-5 실시예)
본 실시예는, 제5-2 실시예와 마찬가지로 하여 Cat-CVD법을 사용하여 SiN막을 형성하였다. 성막 조건은 NH3 가스를 60sccm, SiH4 가스를 8sccm, H2 가스를 80sccm으로 하고 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 4Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 350℃로 하여 40분간, 성막을 행하였다. 이때의 막 두께는 250nm, 막 응력은 150MPa(인장 응력)이었다.
(제5-6 실시예)
본 실시예는, 제5-2 실시예와 마찬가지로 하여 Cat-CVD법을 사용하여 SiN막을 형성하였다. 성막 조건은 NH3 가스를 50sccm, SiH4 가스를 10sccm, H2 가스를 100sccm으로 하고 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 5Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 400℃로 하여 15분간, 성막을 행하였다. 이때의 막 두께는 100nm, 막 응력은 220MPa(인장 응력)이었다.
(제5-7 실시예)
본 실시예는, 제5-2 실시예와 마찬가지로 하여 Cat-CVD법을 사용하여 SiN막을 형성하였다. 성막 조건은 NH3 가스를 50sccm, SiH4 가스를 10sccm, H2 가스를 100sccm으로 하고 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 5Pa, 히터(304)의 온도는 1700℃, 기판 온도는 400℃로 하여 60분간, 성막을 행하였다. 이때의 막 두께는 500nm, 막 응력은 300MPa(인장 응력)이었다.
(종래 기술)
종래부터 제조되고 있는 잉크 제트 헤드 기판을 이하와 같은 성막 조건에서 제조하였다.
제1 보호층은, 플라즈마 CVD법을 사용하여 성막한, 막 두께 700nm의 PSG막이다. 제2 보호층은, 플라즈마 CVD법을 사용하여 성막한, 막 두께 300nm의 실리콘 산화막이다. 상부 보호층은, 스퍼터법을 사용하여 성막한, 막 두께 250nm의 Ta막이다. 그리고, 이들을 순서대로 적층하여 잉크 제트 헤드 기판을 작성하였다. 제2 보호막의 막 응력은 900Pa(인장 응력)이었다.
(제5-1 비교예)
본 비교예는, 절연 보호층을 플라즈마 CVD법을 사용하여 형성하는 이외는, 제5-2 실시예와 마찬가지로 하여 잉크 제트 헤드 기판을 작성하였다. 성막 조건은 SiH4 가스를 200sccm, NH3 가스를 1500sccm, 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 0.5Pa, 기판 온도는 400℃로 하였다. 이때의 막 두께는 250nm, 막 응력은 마이너스 900MPa(압축 응력)이었다.
본 비교예에 있어서는, 절연 보호막을 형성한 잉크 제트 헤드 기판을 가열로에 넣고, 노 내 분위기를 H2 가스와 N2 가스와의 혼합 가스로 하여 수소 처리를 행하였다. 그 때의 기판 온도는 400℃, 처리 시간은 30분이었다.
(제5-2 비교예)
본 비교예는, 제5-2 실시예와 마찬가지이며, 상부 보호막이 되는 Ta가 형성되어 있지 않고, 또한, SiN막은 Cat-CVD법을 사용하여 형성되어 있다. 본 비교예가 제5-2 실시예와 상이한 것은, 제5-2 실시예가 Cat-CVD법에 의한 보호층 성막과 동시에 수소화 처리를 행하는 것에 대하여 본 비교예에서는, 수소화 처리를 Cat-CVD법에 의한 보호층 형성 후에 별도의 공정으로 행하는 것이다.
성막 조건은 NH3 가스를 20sccm, SiH4 가스를 10sccm, H2 가스를 400sccm, O2 가스를 200sccm으로 하고 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 20Pa, 히터(304)의 온도는 l750℃, 기판 온도는 100℃로 하였다. 이와 같이 하여 막 두께 300nm의 SiN막을 형성하였다. 성막 시간은 80분이었다. 또한, 막 응력은 500MPa(인장 응력)이었다.
그 후, 제5-1 비교예와 마찬가지로 기판 온도 400℃로 하여 H2 가스와 N2 가스와의 혼합 가스 중에서, 30분간의 수소 처리를 행하였다.
(제5-3 비교예)
본 비교예는, 제5-2 실시예와 마찬가지로 하여 Cat-CVD법에 의해 SiN막을 형성하였다. 본 비교예가 제5-2 실시예와 상이한 것은, 제5-2 실시예가 Cat-CVD법에 의한 보호층 성막과 동시에 수소화 처리를 행하는 것에 대해, 본 비교예에서는, 수소화 처리를 Cat-CVD법에 의한 보호층 형성 후에 별도의 공정으로 행하는 것이다.
성막 조건은 NH3 가스를 60sccm, SiH4 가스를 5sccm, H2 가스를 80sccm으로 하고 성막일 때의 성막실(301) 내의 압력은 4Pa, 히터(304)의 온도는 l700℃, 기판 온도는 300℃로 하여 막 두께 250nm의 SiN막을 형성하였다. 성막 시간은 40분간이었다. 이 SiN막의 막 두께는 250nm, 막 응력은 150MPa(인장 응력)이었다.
그 후, 제5-1 비교예와 마찬가지로 기판 온도 400℃로 하여 H2 가스와 N2 가스와의 혼합 가스 중에서, 30분간의 수소 처리를 행하였다.
(잉크 제트 헤드 기판 및 잉크 제트 헤드의 평가)
<내 잉크성의 평가 결과>
SiN막 및 SiON막은, 산보다도 알카리성의 액체에 대하여 에칭되기 쉬우므로 pH9 정도의 약 알칼리성의 잉크를 사용하여 내 잉크성의 시험을 행하였다.
상부 보호층(Ta막)을 형성하고 있지 않은 제5-2 실시예 내지 제5-7 실시예 및 제5-1 비교예 내지 제5-3 비교예의 잉크 제트 헤드 기판을 잉크 중에 침지시켜, 70℃의 항온조에 3일간 방치하였다. 그리고, 보호층의 침지 전의 층 두께(막 두께)에 대하여 침지 방치 후의 막 두께의 변화를 조사하였다.
그 결과, 제5-1 비교예의 잉크 제트 헤드 기판에 있어서는, SiN막의 막 두께가 80nm감소한 것에 대해, 제5-2 실시예 내지 제5-7 실시예, 제5-2 비교예 및 제5-3 비교예의 잉크 제트 헤드 기판에 있어서는, 10nm의 감소밖에 보이지 않았다.
이로부터, 종래, 절연 보호막으로서 사용하고 있는 플라즈마 CVD법으로 형성한 SiN막에 대하여 본 실시 형태의 각 실시예의 Cat-CVD법에 의해 형성한 막은 잉크 내성이 우수하다는 것을 알았다. 그 때문에 보호층을 박막화해도 요구되는 보호 성능을 얻을 수 있으므로 종래부터도 박막화 할 수가 있다. 이 결과, 에너지 효율이 높은 층 구성이 얻어지는 것을 알았다.
또한, 이 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 제5-2 비교예 및 제5-3 비교예에서도 Cat-CVD법에서 보호층을 형성 후에 별도의 공정에서 수소화 처리를 행해도 양호한 결과를 얻을 수는 있었다. 그러나, 본 실시예와 같이 Cat-CVD법에 의한 보호층 형성과 함께 수소화 처리를 행함으로써, 제조에 관한 시간의 단축화와 간소화를 도모할 수 있었다.
[표5]
| 제1 보호막(nm) | 제 보호막(nm) 기판온도(℃) 성막시간(분) |
상부 보호막(nm) | 내에칭성(nm) | 응력(MPa) | 수소화 처리 | 내잉크성 | |
| 제5-1 실시예 |
없음 | 250 SiN Cat CVD 400 30 |
200 Ta 스퍼터 |
- | 200 | 없음 | ○ |
| 제5-2 실시예 |
없음 | 250 SiN Cat CVD 380 40 |
없음 | 10 | 150 | 없음 | ○ |
| 제5-3 실시예 |
없음 | 300 SiN Cat CVD 390 40 |
없음 | 10 | -150 | 없음 | ○ |
| 제5-4 실시예 |
없음 | 250 SiN Cat CVD 380 60 |
없음 | 10 | 160 | 없음 | ○ |
| 제5-5 실시예 |
없음 | 250 SiN Cat CVD 350 40 |
없음 | 10 | 150 | 없음 | ○ |
| 제5-6 실시예 |
없음 | 100 SiN Cat CVD 400 40 |
없음 | 10 | 220 | 없음 | ○ |
| 제5-7 실시예 |
없음 | 500 SiN Cat CVD 400 60 |
없음 | 10 | 300 | 없음 | ○ |
| 종래 기술 | 700 PSG 플라즈마 CVD |
300 SiN 플라즈마 CVD |
250 Ta 스퍼터 |
- | 900 | 있음 | ○ |
| 제5-1 비교예 |
없음 | 250 SiN 플라즈마 CVD |
없음 | 80 | -900 | 있음 | X |
| 제5-2 비교예 |
없음 | 300 SiN Cat CVD 100 80 |
없음 | 10 | 500 | 있음 | ○ |
| 제5-3 비교예 |
없음 | 250 SiN Cat CVD 300 40 |
없음 | 10 | 150 | 있음 | ○ |
<헤드 특성>
다음에 본 실시 형태에 관한 각 실시예 및 각 비교예의 잉크 제트 헤드 기판을 사용하여 제조한 잉크 제트 헤드를 잉크 제트 기록 장치에 설치하고, 토출을 개시하는 발포 개시 전압(Vth)의 측정 및 기록 내구시험을 행하였다. 이 시험은, A4 사이즈의 용지에 잉크 제트 기록 장치에 내장되어 있는 일반적인 테스트 패턴을 기록시킴으로써 행하였다. 이때, 구동 주파수 15KHz, 구동 펄스폭 1μs의 펄스 신호를 부여하여 발포 개시 전압(Vth)을 구하였다. 그 결과를 표6에 나타낸다.
[표6]
| 발포 개시 전압 Vth(V) | 구동 전압 Vop(V) | |
| 제5-1 실시예 |
18.0 | 23.4 |
| 제5-2 실시예 |
14.5 | 18.9 |
| 제5-3 실시예 |
14.6 | 19.0 |
| 제5-4 실시예 |
14.5 | 18.9 |
| 제5-5 실시예 |
14.6 | 19.0 |
| 제5-6 실시예 |
12.9 | 16.8 |
| 제5-7 실시예 |
15.6 | 20.3 |
| 제5-1 비교예 |
15.0 | 19.5 |
| 제5-2 비교예 |
14.7 | 19.1 |
| 제5-3 비교예 |
14.5 | 18.9 |
도2의 구성에 있어서, 절연 보호층을 Cat-CVD법에 의해 형성하고, 상부 보호층을 막 두께 200nm로 형성한 것에서는 Vth=l8.0V이었다(제5-1 실시예).
또한, 도3과 같이, 상부 보호층을 형성하지 않고 절연 보호층을 잉크에 접하는 구성으로 한 제5-2 실시예 내지 제5-7 실시예의 경우, 표6의 결과로부터, Vth가 약 10 내지 약 15% 정도 저감된 것을 알 수 있어 소비 전력의 개선이 보였다.
또한, 제5-7 실시예에 있어서는, 보호층의 막 두께를 500nm로 두껍게 형성하고 있기 때문에 Vth는 높게 되어 있다. 그러나, 실제로 잉크 제트 헤드로서 구동할 수 있는 범위이며, 장기에 걸치는 기록을 행하기 위하여는 바람직한 구성으로 되어 있다.
또한, 절연 보호층의 막 두께 방향에서 조성을 변화시킨 제5-3 실시예도 포함하여 본 실시 형태의 제5-1 실시예 내지 제5-7 실시예에 있어서는, 각 비교예와 비교해도 헤드의 구동에 특별히 이상은 보이지 않았다.
또한, 제5-2 비교예 및 제5-3 비교예와 같이, 수소화 처리를 절연 보호층의 형성 후에 행한 것과, 본 실시 형태와 같이 절연 보호층의 형성과 동시에 수소화 처리를 행한 것에서도 차는 보이지 않았다. 이것은, 본 실시 형태의 제조 방법에 있어서도 수소화 처리가 종래와 마찬가지로 유효하게 행해지고 있다는 것을 나타낸다.
다음에 이 Vth의 1.3배에 상당하는 전압을 구동 전압(Vop)으로 하여서, 1500 문자의 표준문서의 기록을 행하였다. 그 결과, 제5-1 실시예 내지 제5-7 실시예, 제5-2 비교예 및 제5-3 비교예의 어느 잉크 제트 헤드에 있어서도 5000매 이상의 기록이 가능한 것이 확인되었고, 또한 기록 품위의 열화도 보이지 않았다.
한편, 제5-1 비교예의 잉크 제트 헤드에 있어서는, 1000매 정도의 기록 후, 기록 불능이 되었다. 이 원인을 확인한 바, 절연 보호층이 주로 캐비테이션 및 잉크에 의한 용출에 의해 단선에 이른 것이라는 것을 알았다.
즉, Cat-CVD법에 의한 기판 온도 조건을 수소화 어닐을 겸하기 위하여 350℃ 내지 400℃로 올린 실시예도 기판 온도를 100℃ 내지 300℃의 비교적 저온에서 성막한 비교예도 장기에 걸쳐 화상이 안정되어 있고, 내구 특성이 우수하다는 것을 알았다.
이것은, Cat-CVD의 기판 온도 조건을 수소화 어닐을 겸하기 위하여 350℃ 내지 400℃로 올려도 알루미늄계의 배선의 표면에 힐록이 발생하지 않고, 절연 보호막을 얇게 해도 절연 보호막에 핀홀의 발생이 없다는 것에 기인하는 것이다.
이 출원은, 2006년 2월 2일에 출원된 일본특허 출원 번호 제2006-026019호, 2006년 3월 10일에 출원된 일본특허 출원 번호 제2006-065815호, 2006년 3월 15일에 출원된 일본특허 출원 번호 제2006-070818호, 2006년 5월 10일에 출원된 일본특허 출원 번호 제2006-131415호 및 2006년 12월 1일에 출원된 일본특허 출원 번호 제2006-325987호의 우선권을 주장하는 것이며, 그 내용을 인용하여 이 출원의 일부로 하는 것이다.
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- 기체와,상기 기체에 형성된, 통전함으로써 발열하는 재료로 이루어지는 발열 저항층과,액체의 유로와,사이에 위치하는 상기 발열 저항층의 일부가 액체를 토출하기 위한 발열부가 되도록, 상기 발열 저항층과 적층된 한 쌍의 배선층과,상기 발열 저항층과 상기 한 쌍의 배선층을 덮고, 상기 발열 저항층과 상기 유로와의 사이에 배치된 보호층을 갖는 액체 토출 헤드 기체의 제조 방법으로서,상기 보호층이, 적어도 실리콘을 포함한 가스와 질소를 포함한 가스를 공급하여, 기판 온도가 50℃이상 400℃이하의 조건에서, Cat-CVD법으로 성막되고,상기 보호층이 복수의 층으로 형성되고, 상기 발열 저항층에 가장 가까운 보호층을 성막할 때의 기판 온도가, 상기 유로에 가장 가까운 보호층을 성막할 때의 기판 온도 이상인 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드 기체의 제조 방법.
- 기체와,상기 기체에 형성된, 통전함으로써 발열하는 재료로 이루어지는 발열 저항층과,액체의 유로와,사이에 위치하는 상기 발열 저항층의 일부가 액체를 토출하기 위한 발열부가 되도록, 상기 발열 저항층과 적층된 한 쌍의 배선층과,상기 발열 저항층과 상기 한 쌍의 배선층을 덮고, 상기 발열 저항층과 상기 유로와의 사이에 배치된 보호층을 갖는 액체 토출 헤드 기체의 제조 방법으로서,상기 보호층이, 적어도 실리콘을 포함한 가스와 질소를 포함한 가스를 공급하여, 기판 온도가 50℃이상 400℃이하의 조건에서, Cat-CVD법으로 성막되고,상기 보호층을 성막하기 전에 플라즈마 CVD법에 의해 상기 발열 저항층과 상기 한 쌍의 배선층을 덮는 다른 보호층을 형성하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드 기체의 제조 방법.
- 제15항 또는 제16항에 기재된 액체 토출 헤드 기체의 제조 방법으로 제조한 기체에 액체를 토출하는 토출구를 갖는 유로 형성 부재를 설치하는 것을 특징으로 하는 액체 토출 헤드의 제조 방법.
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