WO2005021268A1 - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Definitions
- Liquid Discharge Head Liquid Discharge Apparatus, and Method of Manufacturing Liquid Discharge Head
- the present invention relates to a liquid ejection head, a liquid ejection device, and a method for manufacturing a liquid ejection head, and can be applied to, for example, a thermal inkjet printer.
- a metal wiring according to a wiring pattern is formed by forming a wiring pattern by pattern jungling using dry etching and connecting the wiring pattern to a heating element through a contact portion formed by an opening provided in an insulating protection layer. Parasitic resistance due to the metal wiring layer can be reduced by sufficiently securing the thickness of the layer.
- color copying systems such as a sublimation thermal transfer system, a fusion heat transfer system, an ink jet system, an electrophotographic system, and a heat-developable silver salt system have been proposed.
- the ink jet method is a method in which droplets of a recording liquid (ink) fly from nozzles provided on a printer head, which is a liquid discharge head, and are attached to a recording target to form dots. Therefore, a high-quality image can be output with a simple configuration.
- the ink jet method is classified into an electrostatic attraction method, a continuous vibration generation method (piezo method), and a thermal method according to a method of flying ink droplets from a nozzle.
- the thermal method is a method in which bubbles are generated by local heating of the ink, and the bubbles are used to push out the ink from the nozzles and fly to the print target.
- a simple image is printed with a simple configuration.
- a heating element for heating ink is integrated with a driving circuit based on a logic integrated circuit for driving the heating element. Formed on top.
- the heating elements are arranged at a high density and can be reliably driven.
- heating elements in order to obtain high-quality printing results in this thermal printer, it is necessary to arrange heating elements at high density. Specifically, for example, in order to obtain printing results equivalent to 600 [DPI], it is necessary to arrange heating elements at intervals of 42.333 [ ⁇ ]. It is extremely difficult to arrange individual driving elements for heating elements arranged at a high density.
- switching transistors and the like are created on the semiconductor substrate and connected to the corresponding heating elements by integrated circuit technology.Furthermore, each switching transistor is similarly driven by a drive circuit created on the semiconductor substrate. By driving, each heating element can be easily and reliably driven.
- a thermal printer bubbles are generated in the ink by applying a predetermined power to the heating element, and the bubbles disappear when the ink jumps out of the nozzles. As a result, each time foaming and defoaming are repeated, a mechanical shock is applied by the cavitation. In addition, the printer repeats the temperature rise and fall due to the heat generated by the heat generating element in a short time [several seconds], which causes a large stress due to the temperature. Then, an insulating protective layer is formed on the heat generating element, and the heat generating element is protected from the ink by the insulating protective layer. Further, a metal protective layer is formed on the insulating protective layer. The metal protective layer reduces mechanical shock due to cavitation. The reaction is suppressed. As a result, the printer head is designed to protect the heating element with the insulating protective layer and the metal protective layer to ensure reliability.
- the constituent materials of the insulating protective layer and the metal protective layer and the film thickness of the constituent material are set according to the resistance value and the shape of the heating element, and the configuration is made by these settings.
- Printer heads Various conditions are required to drive the heating element and discharge ink in a stable manner, and the like, and the driving conditions of the heating element are set within the range of these conditions.
- an insulating protective layer composed of a silicon nitride film and a silicon carbide film is set in a range of 355 to 435 [nm] in thickness, and a rectangular wave-shaped drive signal is used for 1.
- a method of driving a heating element at 0 to 14 ⁇ J] has been proposed.
- an insulating protective layer made of a silicon nitride film is set in the range of 260-340 Cnm in thickness, and the insulating protective layer and the metal protective layer of the bracket Therefore, a method has been proposed in which the entire film thickness is set to 630 Cnm] or less, and the heating element is driven by a drive signal having a width of 1.2 ⁇ s] or less.
- the printer head having such a configuration is of a so-called face shutter type in which ink droplets are pushed out from nozzles provided on a heating element by the pressure of bubbles, and a semiconductor element is conventionally used as a heating element.
- a wiring pattern that is a metal wiring layer to be connected is formed by patterning the laminated wiring pattern material by a dry etching process and a wet etching process.
- this type of printer head 1 has an insulating layer (Si 2 ) or the like laminated on a semiconductor substrate 2 on which semiconductor elements are formed, and then generates heat. Element 3 is formed. Subsequently, as shown in FIG. 1 (B), a wiring pattern material layer 4 of aluminum or the like is deposited, and the wiring pattern material layer 4 is processed by a dry etching process to form a wiring pattern 5. You.
- the printer head 1 the wiring pattern 5 is created such that the wiring pattern material layer 4 on the heating element 3 is left.
- the printer head 1 has a photoresist layer 6 formed on the heating element 3 so as to be able to etch the remaining portion, and a chemical solution mainly containing phosphoric acid and nitric acid.
- the wiring pattern material layer 4 left on the heat generating element 3 is removed by an etching process using a silicon.
- the wiring pattern 5 and the heating element 3 overlap each other at the end of the heating element 3, and the heating element 3 is connected to the wiring pattern 5, as shown in FIG. 1 (D).
- Heating element 3 via wiring pattern 5 The heating element 3 is connected to a driven semiconductor element or the like.
- the printer head 1 although the heating element 3 and the wiring pattern 5 overlap with each other, a step is generated on the surface, but the end of the wiring pattern 5, which is the wall surface of the step, is tapered. Etching is performed so as to improve the coverage (step coverage) of the insulating protective layer 7 and the metal protective layer 8 which are sequentially formed in the upper portion of the wall surface portion.
- the printer head 1 has an insulating protective layer 7 made of silicon nitride (Si 3 N 4 ) or an insulating protective layer 7 made of silicon nitride and silicon carbide.
- a metal protective layer 8 is formed of 3-tantalum having a tetragonal structure.
- the printer head 1 is constructed such that the ink liquid chamber, the ink flow path, and the nozzle are formed by arranging predetermined members.
- the wiring pattern 5 is locally formed in an uneven shape in the wet etching step for exposing the heating element 3.
- the wiring pattern 5 is formed with a thickness of about 0.5 [; / m].
- the wet etching using a chemical solution prevents damage to the surface of the lower heating element 3 and allows selective patterning only of the wiring pattern material layer 4, but the wiring pattern to be processed
- the portion of the wall surface forming the step is unevenly etched, whereby the wiring pattern 5 on the wall portion of the printer head 1 is formed in an uneven shape.
- an insulating protective layer 7 and a metal protective layer 8 are sequentially formed on the wiring pattern 5 uniformly along the uneven shape of the wiring pattern 5.
- the wiring pattern is set in a range of 0.18 to 0.24 ⁇ ).
- Such a wall part Has been proposed to create a high precision.
- this technique is applied to reduce the thickness of the wiring pattern, such wall portions can be created with high precision as shown in Fig. 3 in comparison with Fig. 2.
- the weakness of the wiring pattern 5 itself becomes conspicuous, and the resistance value of the wiring pattern 5 increases.
- JP-A-2002-355971 when the wiring pattern 5 is formed with a film thickness of 0.2 ⁇ , the resistance value of the wiring pattern 5 and the resistance value of the wiring pattern 5 are added to the resistance value of the transistor.
- the parasitic resistance value occupies about 1/3 of the total resistance value for driving the heating element 3 to which the resistance value of the heating element 3 is added (53 [ ⁇ ]).
- the loss of power used to drive the heating element 3 increases due to the wiring resistance, and the ink There is a problem that the driving power of the heating element 3 related to the discharge of the ink increases.
- Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2000-108355 proposes a method of forming a wiring pattern by etching only by a dry etching process.
- the printer head created by this method is a so-called edge-shutter type that pushes ink droplets out of nozzles formed at locations other than directly above the heating elements by propagating pressure waves due to the pressure of air bubbles.
- the heating element is made of polycrystalline silicon, there is no problem even if a step of about 2 to 3 ⁇ ] is generated on the heating element due to the insulating protection layer and the metal protection layer. is there.
- the present invention has been made in consideration of the above points, and a liquid discharge head capable of sufficiently securing the thickness of a metal wiring layer related to a wiring pattern and reducing parasitic resistance due to the metal wiring layer.
- An object of the present invention is to propose a liquid discharge device and a method of manufacturing a liquid discharge head.
- a heating element for heating a liquid held in a liquid chamber and a semiconductor element for driving the heating element are integrally held on a predetermined substrate, and a predetermined element is driven by driving the heating element.
- an insulating protective layer that protects the heating element from the liquid and a metal wiring layer that connects the semiconductor element to the heating element are sequentially provided on the liquid chamber side of the heating element.
- the metal wiring layer, which is disposed, is connected to the heating element via a contact portion formed by an opening provided in the insulating protection layer, and is formed by patterning by dry etching using an etching gas.
- a heating element that heats the liquid held in the liquid chamber and a semiconductor element that drives the heating element are integrally held on a predetermined substrate, and a predetermined nozzle is driven by driving the heating element.
- an insulating protective layer that protects the heating element from the liquid and a metal wiring layer that connects the semiconductor element to the heating element are sequentially provided on the liquid chamber side of the heating element.
- the metal wiring layer is arranged and connected to the heating element via a contact portion formed by an opening provided in the insulating protection layer, and is formed by patterning by dry etching using an etching gas, thereby forming a heating element using an etching gas. Damage to the metal wiring layer is prevented, and the wall surface of the step formed by the metal wiring layer is accurately formed. Thereby, the thickness of the metal wiring layer related to the wiring pattern can be sufficiently ensured, and the parasitic resistance due to the metal wiring layer can be reduced.
- the present invention is applied to a liquid ejection device that ejects a droplet by driving a heating element provided in a liquid ejection head, wherein a liquid ejection head heats a liquid held in a liquid chamber.
- a semiconductor element for driving the heating element is integrally held on a predetermined substrate, and an insulating protective layer for protecting the heating element from liquid is provided on the liquid chamber side of the heating element.
- a metal wiring layer for connecting the semiconductor element to the heating element is sequentially arranged. The metal wiring layer is connected to the heating element via a contact portion formed by an opening provided in the insulating protection layer, and is patterned by dry etching using an etching gas. To be formed.
- the configuration of the present invention it is possible to provide a liquid ejecting apparatus capable of sufficiently securing the thickness of the metal wiring layer related to the wiring pattern and reducing the parasitic resistance due to the metal wiring layer.
- a heating element for heating the liquid held in the liquid chamber and a semiconductor element for driving the heating element are integrally held on a predetermined substrate, and the liquid is supplied from a predetermined nozzle by driving the heating element.
- the configuration of the present invention it is possible to provide a method of manufacturing a liquid discharge head capable of sufficiently securing the thickness of a metal wiring layer relating to a wiring pattern and reducing parasitic resistance due to the metal wiring layer. it can. According to the present invention, it is possible to sufficiently secure the thickness of the metal wiring layer related to the wiring pattern and reduce the parasitic resistance due to the metal wiring layer.
- FIGS. 1 (A), 1 (B), 1 (C), 1 (D), and 1 (E) are cross-sectional views for explaining a conventional printer head. It is.
- FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining patterning of a wiring pattern in the printer head of FIG.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the wiring pattern puttering.
- FIG. 4 is a perspective view showing a printer according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 5 is a plan view showing the arrangement of head chips in the printer head of FIG. FIG.
- FIG. 6 is a sectional view showing the printer head of FIG.
- 7 (A) and 7 (B) are cross-sectional views for explaining the steps of producing the printer head of FIG.
- FIG. 8 (A) and 8 (B) are cross-sectional views showing a continuation of FIG. 7 (B).
- 9 (A) and 9 (B) are cross-sectional views showing a continuation of FIG. 8 (B).
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a continuation of FIG. 9 (B).
- FIG. 11 is a cross-sectional view showing a continuation of FIG.
- FIG. 12 is a characteristic curve diagram for describing the ink ejection speed in the printer head of FIG.
- FIG. 13 (A), FIG. 13 (B), FIG. 13 (C), and FIG. 13 (D) are cross-sectional views for explaining the creation of a wiring pattern.
- FIGS. 14 (A), 14 (B), 14 (C), and 14 (D) show a printer head forming process applied to the printer according to the second embodiment of the present invention. It is sectional drawing for description. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
- FIG. 4 is a perspective view showing a printer according to Embodiment 1 of the present invention.
- the line printer 11 is formed by being housed in a rectangular housing 12 as a whole, and a paper tray 14 storing paper 13 to be printed is formed on a tray formed in front of the housing 12.
- the paper tray 14 is designed to feed paper 13 by being loaded from the entrance.
- paper 13 is fed by a predetermined mechanism.
- the paper 13 is pressed against the roller 15, and the rotation of the paper feed roller 15 causes the paper 13 to be sent out from the paper tray 14 toward the rear side of the line printer 11, as indicated by the arrow A.
- a reversing roller 16 is disposed on the paper feed side, and the rotation of the reversing roller 16 is Thus, as shown by arrow B, the feed direction of paper 13 is switched to the front direction.
- the line printer 11 is transported by the spur rollers 17 and the like so that the paper 13 whose paper feed direction is switched in the direction shown by the arrow B in this manner crosses the paper tray 14 and is moved by the arrow C. As shown, the paper is discharged from a discharge port arranged on the front side of the line printer 11.
- the head cartridge 18 is replaceably arranged as shown by an arrow D between the spur roller 17 and the discharge port.
- the head cartridge 18 has a printer head 19 in which yellow, magenta, cyan, and black line heads are arranged, and is arranged on the lower surface side of a holder 20 having a predetermined shape.
- the ink cartridges for yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (B) are arranged so as to be exchangeable.
- the line printer 11 can print an image by applying ink to the paper 13 from the line heads corresponding to the respective color inks.
- FIG. 5 is an enlarged plan view of a part of the array configuration of the printer head as viewed from the paper 13 side in FIG.
- the printer head 19 is configured such that head chips 22 of the same configuration are alternately (in a staggered manner) arranged on the nozzle plate on both sides of the ink flow path 21 of each color ink. Is done.
- the heating element is arranged so as to be on the ink flow path 21 side, that is, the head chips 22 on both sides are oriented in the direction of 1 via the ink flow path 21 side. They are arranged so as to be rotated by 80 degrees.
- the printer head 19 can supply ink to each head chip 22 through one ink flow path 21 for each color, and accordingly, the printing accuracy can be increased with a simple configuration. It has been made possible.
- connection pad 24 changes in the direction in which the nozzles 23 that are minute ink ejection ports are arranged.
- the connection pad 24 is arranged almost at the center of the direction in which these nozzles 23 are arranged (printing width direction) so that the print heads 19 are adjacent to each other.
- the flexible wiring board connected to the connection pad 24 of the head chip 22 is prevented from approaching, that is, the concentration on a part of the flexible wiring board is prevented.
- Each head chip 22 is configured to be able to switch the driving order in the driving circuit so as to correspond to such a driving order.
- FIG. 6 is a sectional view showing a printer head applied to this line printer. After a plurality of head driving circuits, heating elements, and the like are formed on a silicon substrate wafer, the printer head 19 is scribed to each head chip 22, and each head chip 22 is provided with an ink liquid chamber. Etc. are formed.
- a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) is deposited.
- the silicon substrate 31 is processed by a photolithography process and a reactive ion etching process, whereby the silicon nitride film is removed from a region other than a predetermined region forming a transistor.
- a silicon nitride film is formed in a region on the silicon substrate 31 where a transistor is to be formed.
- a thermal silicon oxide film having a thickness of 500 [nm] is formed in a region where the silicon nitride film has been removed by the thermal oxidation process, and the transistor is separated by the thermal silicon oxide film.
- (Local Oxidation Of Silicon) 32 is formed.
- the element isolation region 32 is finally formed to a thickness of 260 [nm] by the subsequent processing.
- a gate having a tungsten structure / polysilicon / thermal oxidation structure is formed in the transistor forming region.
- the silicon substrate 31 is processed by an ion implantation process and a heat treatment process for forming the source and drain regions, and MOS-type (Metal-Oxide-Semiconductor) type transistors 33, 34, etc. are formed.
- MOS-type (Metal-Oxide-Semiconductor) type transistors 33, 34, etc. are formed.
- switching transistor 3 Reference numeral 3 denotes an MS driver transistor having a withstand voltage of about 25 [V], which is used to drive a heating element.
- the switching transistor 34 is a transistor constituting an integrated circuit for controlling the driver transistor, and operates at a voltage of 5 [V].
- a low-concentration diffusion layer is formed between the gate and the drain, and the electric field of electrons accelerated at that portion is relaxed to secure a withstand voltage so that the dry transistor 33 is formed. Has been done.
- the printer head 19 is subsequently doped with phosphorus by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
- a PSG (Phosphorus Silicate Glass) film which is a silicon oxide film
- a BPSG (Boron Phosphorus Silicate Glass) film which is a silicon oxide film to which boron and phosphorus are added, have a thickness of 100 nm (nm) and 500 nm, respectively. [Nm], thereby forming a first interlayer insulating film having a thickness of 600 [nm] as a whole.
- a titanium film having a film thickness of 30 [nm] a titanium nitride oxide metal film having a film thickness of 70 [nm]
- a film thickness of 30 [ nm] of titanium silicon added with 1 [at%] of aluminum, or copper added with 0.5 (at%) of aluminum is deposited in order with a thickness of 500 [nm].
- titanium nitride oxide which is an antireflection film, is deposited to a thickness of 25 [nrn], and a wiring pattern material is formed by these.
- the formed wiring pattern material is selectively removed, whereby the first wiring is formed by the metal wiring layer made of aluminum or aluminum with silicon or copper added.
- the line pattern 37 is created.
- the printer head 19 is connected to the MOS transistors 34 constituting the drive circuit by the first-layer wiring pattern 37 created in this manner.
- Logic integrated circuit is formed The
- TEOS a silicon oxide film which is an interlayer insulating film by (tetraethoxysilane S i (OC 2 H 5) 4) CVD method using a raw material gas is deposited. Subsequently, the printer head 19 is flattened by applying a coating type silicon oxide film including SOG (Spin On Glass) and etching back, and these steps are repeated twice.
- a second-layer interlayer insulating film (P--Sio) 38 of a 440-nm-thick silicon oxide film that insulates the first-layer wiring pattern 37 from the subsequent second-layer wiring pattern is formed.
- the printer head 19 is mounted on a sputter deposition chamber in a sputtering apparatus, and then has a thickness of 50 to 100 [nm] by a sputtering method.
- a tantalum film is deposited, whereby a resistor film is formed on the silicon substrate 31.
- the substrate temperature is 200 to 400 degrees
- the DC power is 2 to 4 [kW]
- the argon gas flow rate is 25 to 40 [scm].
- the photolithography process, a dry etching process using the BC 1 3 / C 1 2 gas, by a square shape, or a resistor film by the folding shape connecting one end by a wire pattern is
- the heating element 39 having a resistance value of 40 to 100 [ ⁇ ] is formed by selective removal.
- a resistor film having a thickness of 83 [nm] is deposited, and a heating element 39 is formed in a folded shape so that the resistance value of the heating element 39 becomes 100 [ ⁇ ]. Has been done.
- a silicon nitride film having a thickness of 300 [nm] is deposited on the printer head 19 by the CVD method as shown in FIG.
- the insulating protection layer 40 is formed.
- the silicon nitride film 40 at a predetermined position is removed by a photoresist process and a dry etching process using CHF 3 / CF 4 / Ar gas as shown in FIG. 8 (B).
- an opening is formed in the insulating protection layer 40 to form the contact portion 41.
- an opening is formed in the interlayer insulating film 38 by a dry etching process using CHF 3 ZCF 4 Ar gas to form a via hole 42.
- the contact portion 41 is a connection portion provided in a previous step of the second-layer wiring pattern in order to connect the second-layer wiring pattern to the lower-layer heating element 39. This is a connection portion provided in a previous step of the second-layer wiring pattern in order to connect the lower-layer wiring pattern to the lower-layer first-layer wiring pattern 37.
- the printer head 19 is then provided with a metal wiring layer made of an aluminum or silicon-added aluminum as shown in FIG. 9 (A).
- a wiring pattern material layer 43 is formed, and as shown in FIG. 9 (B), an extra portion of the wiring pattern material layer 43 is removed, thereby forming a second wiring pattern layer. 4 4 is putt ceremonies.
- the thickness of the metal wiring layer of the wiring pattern material layer 43 is set to 400 [nm] or more. ′ Therefore, in the patterning of the wiring pattern 44, the dry etching of the wiring pattern material layer 43 except for the area above the heating element 39 with an etching gas containing a chlorine atom component is performed simultaneously with the heating element 3. The wiring pattern material layer 43 on 9 is removed.
- a chlorine-based gas is excited to generate a plasma flow containing a chlorine radical species, and the plasma flow is irradiated to a processing target, thereby producing chlorine in the plasma.
- the object to be processed is reduced and removed by radical species, and is anisotropic etching in which the object to be processed is etched in a direction substantially perpendicular to the substrate.
- the wiring pattern material layer 43 is removed by the chlorine radical species in the plasma on the heating element 39, whereby the printer head 19 forms a step formed by the wiring pattern 44.
- the wall surface is formed with high accuracy, and the occurrence of voids at the interface with the insulating protective layer formed thereafter is prevented.
- the printer head 19 the wiring pattern material layer 43 on the heating element 39 is removed in this manner, and the insulating protection layer 40 related to the formation of the contact portion 41 is exposed.
- the printer head 19 is exposed to the plasma flow containing the chlorine radical species by exposing the insulating protective layer 40 to be etched by the chlorine radical species in the plasma.
- the insulating protection layer 40 functions as a mask for the heating element 39, and the heating element 39 is not directly exposed to the plasma flow containing the chlorine radical species, thereby preventing the surface of the heating element 39 from being etched.
- the heating element 39 is prevented from being damaged by dry etching by the insulating protection layer 40 formed in advance for forming the contact portion 41.
- the printer head 19 is made of a 200-nm-thick B-added titanium or silicon-added aluminum (1 at%) or a ⁇ -added 0.5 (at%)-added aluminum by sputtering. Deposited sequentially with a film thickness of 600 [nm]. Subsequently, in the printer head 19, titanium nitride oxide having a thickness of 25 [nm] is deposited, whereby an antireflection film is formed. Thus, in the printer head 19, the wiring pattern material layer 43 is formed by the metal wiring layer made of aluminum to which silicon or copper is added.
- the printer head 19 Following is the Photo lithography process, BC 1 3 / C 1 2 wiring pattern material layer 43 by a dry etching process using a gas is selectively removed, the second-layer wiring pattern 44 is created You.
- the etching time is set to be about 1.2 times as long as the etching time with respect to the film thickness of the wiring pattern material layer 43 in this dry etching step so as to perform over-etching. Then, the surplus wiring pattern material layer 43 is surely removed, and a short circuit between the wiring patterns due to the remaining wiring pattern material layer 43 is sufficiently prevented. ing.
- the silicon nitride film 40 having a thickness of 300 Cnm] formed in advance on the heating element 39 is etched by a thickness of 200 Cnm] to a thickness of 100 Cnm. ] Became.
- the thickness of the metal wiring layer relating to the wiring pattern 44 is formed to be 600 [nm], thereby preventing the metal wiring layer itself from being weakened and increasing the resistance value in the metal wiring layer. Is prevented.
- the resistance value of the metal wiring layer and the parasitic resistance value including the ON resistance of the transistor 34 were measured, the resistance value of the metal wiring layer was 1.5 [ ⁇ ].
- the parasitic resistance value including the on-resistance is 12 It was.
- the printer head 19 the parasitic resistance value of the total resistance value of the heating element 39 plus the resistance value of 100 [ ⁇ ] is reduced to about 1/9, and the parasitic resistance value is reduced compared to the past.
- the ratio of the parasitic resistance value to the total resistance value can be reduced by about 2/3 as compared with the printer head described with reference to FIG. 3 more specifically.
- the wiring pattern material layer 43 on the heating element 39 is simultaneously removed by a dry etching process using an etching gas. The time required to manufacture the printer head 19 has been reduced.
- a wiring pattern for power supply and a wiring pattern for grounding are formed by the wiring pattern 44 of the second layer formed in this manner, and the contact portion 41 and the via hole 4 are formed.
- a wiring pattern for connecting the driver transistor 3 4 to the heating element 39 via 2 is created.
- a silicon nitride film 45 having a thickness of 200 to 400 C nm] functioning as an insulating protective layer is deposited by a plasma CVD method. Further, in a heat treatment furnace, heat treatment is performed at 400 ° C. for 60 minutes in a nitrogen gas atmosphere to which 4% hydrogen has been added or in a 100% nitrogen gas atmosphere. . As a result, in the printer head 19, the operations of the transistors 33 and 34 are stabilized, and the connection between the wiring pattern 37 of the first layer and the wiring pattern 44 of the second layer is stabilized. Resistance is reduced.
- the printer head 19 is then mounted on a sputter deposition chamber in a DC magnetron 'sputtering apparatus as shown in FIG. 11, and then a metal protective layer material film of tantalum is formed by a sputtering method. It is deposited with a thickness of 100 to 300 [nm]. Then the printer head 1 9, the metal protective layer material film is masked to a desired shape by follower Torejisu preparative step, is etched by the mask by further de dry etching process using the BC 1 3 / C 1 2 gas, A metal protective layer 46 is formed. In the metal protective layer 46, tantalum aluminum (TaAl) with an aluminum content of about 15 [at%] may be used.
- TaAl tantalum aluminum
- the aluminum content was set to about 15 C at%].
- the specified tantalum aluminum has a structure in which aluminum exists at the crystal grain boundaries of tantalum, and the film stress can be reduced as compared with the case where a tantalum forms a metal protective layer.
- the silicon nitride film 45 is deposited on the silicon nitride film 40 thinned by the dry etching of the wiring pattern 44 in this manner, and the silicon nitride film 40, 45 An insulating protective layer is formed, and a metal protective layer 46 is further formed thereon.
- the heating element 39 is protected by the insulating protective layers 40 and 45 and the metal protective layer 46 to ensure reliability.
- the insulating protective layers 40 and 45 are used.
- the thickness of the metal protective layer 46 is set to be equal to or less than 700 [nm] as a whole.
- the measurement results shown in FIG. 12 were made with the thickness of the metal protective layer set to 200 [nm] so that the insulating protective layer and the metal protective layer as a whole have a thickness of 700 [nm] or less. It shows the ejection speed of ink droplets ejected from nozzles by driving heating elements with various driving powers in a printer head formed with different thicknesses of insulating protective layers.
- black circles indicate a printer head on which an insulating protective layer is formed with a thickness of 500 nm
- black squares indicate a thickness of 400 nm.
- the thickness of the insulating protective layer was reduced, the driving power to start ink ejection was reduced, and as shown by the broken line, the heat was generated by the rated driving power of 0.8 [W].
- the thicknesses of the insulating protection layers 40 and 45 and the metal protection layer 46 are respectively 500 [nm] and 200 [nm], and the heat of the heating element 39 is reduced. It is designed to efficiently propagate to ink.
- the printer head 19 corresponds to the ink liquid chamber 52 and the ink flow path. Is removed and then cured, whereby the partition walls of the ink liquid chamber 52 and the partition walls of the ink flow path 21 are formed.
- the nozzle plate 53 is laminated.
- the nozzle plate 53 is a plate-like member processed into a predetermined shape so as to form the nozzle 23 on the heating element 39, and is held on the dry film 51 by bonding.
- the printer head 19 is formed by forming the nozzle 23, the ink liquid chamber 52, the ink flow path 21 for guiding the ink to the ink liquid chamber 52, and the like.
- such an ink liquid chamber 52 is formed so as to be continuous in the depth direction of the paper surface, thereby constituting a line head.
- the printer head 19 is configured such that the element isolation regions 32 are formed in the silicon substrate 31 which is the semiconductor substrate, the transistors 33 and 34 which are the semiconductor elements are formed, and the insulating layer 35 is used.
- the first layer wiring pattern 37 is formed by insulation.
- an insulating protective layer 40 and a second-layer wiring pattern 44 are formed, and the heating element 39 is used as a transistor by the second-layer wiring pattern 44. They are connected, and a wiring pattern 44 such as a power supply and an earth line is formed.
- the printer head 19 is formed by sequentially forming an insulating protection layer 45, a metal protection layer 46, an ink liquid chamber 52, and a nozzle 23 (FIGS. 6, 7 to 11).
- the ink held in the head cartridge 18 into the ink liquid chamber 52 of the printer head 19 created in this way is guided by the ink flow path 21 (the The ink held in the ink liquid chamber 52 is heated by the driving of the heating element 39 to generate bubbles, and the pressure in the ink liquid chamber 52 rapidly increases due to the bubbles.
- the ink in the ink liquid chamber 52 is ejected as ink droplets from the nozzle 23 provided on the heating element 39 due to the increase in the pressure, and the rollers 15, 16, 17, etc. As a result, the ink droplets adhere to the paper 13 to be printed conveyed from the paper tray 14.
- a second-layer wiring pattern 44 connecting the transistor 34 relating to the driving of the heating element 39 to the heating element 39 has an insulating protection layer 40 interposed therebetween. It is arranged on the ink liquid chamber 52 side of the heating element 39, and the thickness of the metal wiring layer relating to the wiring pattern 44 is 400 [nm] or more, and is formed of 600 [nm].
- the wall surface of the wiring pattern 44 is formed in an uneven shape, and the wiring pattern 44 is formed. There is a concern that voids may be generated at the interface between the metal and the insulating protective layer 45.
- the wiring pattern 44 is formed by patterning using dry etching, and the wiring pattern 44 is formed through the contact portion 41 formed by the opening provided in the insulating protective layer 40. Connected to.
- the printer head 19 has After the insulating protective layer 40 of silicon nitride is deposited, an opening is formed in the insulating protective layer 40 to provide a contact portion 41 (FIG. 13 (A)). Aluminum or the like to which copper is added is deposited to form a wiring pattern material layer 43 (FIG. 13 (B)).
- an etching gas containing a chlorine atom component was used in the printer head 19.
- Excess wiring pattern material layer 43 in a portion excluding heating element 39 is etched by dry etching.
- the wiring pattern material layer 43 is also etched away at the portion on the heating element 39 at the same time, but the heating element 39 is used for forming the contact portion 41.
- the insulating protective layer 40 formed in advance above is used as a mask for protecting the heating element 39 from this dry etching, thereby preventing damage to the heating element 39 (FIG. 13 (C)). ).
- the heating element 39 is prevented from being damaged by the etching gas, and the wiring pattern 44 is formed with high accuracy.
- the void at the interface with the insulating protection layer 45 formed thereon is formed. Is effectively avoided.
- the wiring pattern 44 created in this way is connected to the heating element 39 via the contact part 41, and an insulating protective layer 45 and a metal protective layer 46 are sequentially formed. (Fig. 13 (D)).
- the thickness of the metal wiring layer according to the second wiring pattern 44 is set to 600 nm so that the metal wiring layer itself can be prevented from being weakened.
- the parasitic resistance due to the wiring layer and the like can be reduced by about 2/3 compared to the parasitic resistance described above with reference to FIG.
- the number of steps can be reduced as compared with the conventional case by simultaneously removing the wiring pattern material layer 43 on the heating element 39 by a dry etching step. As a result, the time required for manufacturing the printer head 19 can be reduced.
- overetching is performed by setting the etching time to about 1.2 times the etching time for the film thickness of the wiring pattern material layer 43.
- the insulating protective layers 40 and 45 for protecting the heating element 39 and the metal protective layer 46 are formed as a whole with a film thickness of 700 [nrn] or less. In the case of driving the heating element 39 with the driving power according to the rating, With this, the ink can be stably ejected from the nozzles 23.
- a wiring pattern is formed by pattern jungling using dry etching, and the wiring pattern is connected to the heating element via a contact portion formed by an opening provided in the insulating protection layer.
- the thickness of the metal wiring layer related to the wiring pattern can be sufficiently ensured, and the parasitic resistance due to the metal wiring layer can be reduced.
- the thickness of the metal wiring layer according to this wiring pattern is formed to be equal to or greater than 400 [nm], the metal wiring layer itself can be prevented from being weakened. The resistance value can be prevented from rising.
- an etching protection layer is formed on the heating element, and the contact section described in the first embodiment is formed on the etching protection layer. Note that, in this embodiment, the same configuration as that of the printer head according to the first embodiment is applied, except that the manufacturing process related to the etching protective layer is different, so that the same reference numerals are given, and duplicated. The explanation is omitted.
- the printer head 59 is provided with an etching protection layer having a thickness of 10 to 50 [nm]. 60 is deposited.
- the etching protection layer 60 is a protection layer for protecting the heating element 39 from the dry etching of the wiring pattern 44, and is formed of a material that is difficult to be etched by an etching gas used for patterning the wiring pattern 44. You. Specifically, in this case, titanium nitride oxide or tungsten is applied to the etching protection layer 60.
- an insulating protective layer 40 is deposited on the etching protective layer 60, and an opening is formed in the insulating protective layer 40 to form a contact portion 41.
- a wiring pattern material layer 43 is formed as shown in FIG. 14 (B), and further, as shown in FIG. 14 (C), dry etching using an etching gas containing a chlorine atom component.
- the formed wiring pattern material layer 43 is selectively etched, whereby the wiring pattern 44 is patterned.
- the etching protection layer 60 functions as a mask for the heating element 39, and damage to the heating element 39 due to dry etching can be prevented.
- an insulating protective layer 45 and a metal protective layer 46 are sequentially formed, followed by a nozzle 23, an ink liquid chamber 52, and the like.
- the ink flow paths 21 and the like for guiding the ink to the ink liquid chamber 52 are sequentially formed and created.
- the same effect as in the first embodiment can be obtained even when the etching protection layer is separately formed on the heating element as in this embodiment. That is, since the etching protection layer is a material that is difficult to etch by the etching gas used for pattern wiring patterning, the insulating protection layer used for forming the contact portion is removed by dry etching of the wiring pattern. Even if it does, the heating element can be reliably protected from dry etching.
- the insulating protective layer for forming the contact portion and the insulating protective layer formed after forming the wiring pattern may be formed of different materials. .
- the metal wiring layer is formed by aluminum to which silicon or copper is added has been described, but the present invention is not limited to this, and the metal wiring layer is formed by aluminum, copper, tungsten, or the like. It can be widely applied to a case where a wiring layer is formed.
- Liquid ejection head which is a droplet for forming a protective layer, etc., a microdispenser whose droplet is a reagent, etc., various measuring devices, various testing devices, and a chemical which protects a member from etching by a droplet. It can be widely applied to certain various pattern drawing apparatuses. Industrial applicability
- the present invention relates to a liquid ejection head, a liquid ejection device, and a method for manufacturing a liquid ejection head, and can be applied to, for example, a thermal inkjet printer.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの製造方法に関し、例えばサーマル方式によるインクジェットプリンタに適用して、配線パターンに係る金属配線層の膜厚を十分に確保して、この金属配線層による寄生抵抗を低減することができるようにする。本発明は、ドライエッチングを用いたパターニングにより配線パターン４４を形成し、該配線パターン４４を絶縁保護層４０に設けられた開口によるコンタクト部４１を介して発熱素子３９に接続する。
Description
明細書
液体吐出へッド、 液体吐出装置及び液体吐出へッドの製造方法 発明の背景
技術分野
本発明は、 液体吐出ヘッド、 液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの製造方法に関 し、 例えばサーマル方式によるインクジェットプリンタに適用することができる 。 本発明は、 ドライエッチングを用いたパターユングにより配線パターンを形成 し、 該配線パターンを絶縁保護層に設けられた開口によるコンタクト部を介して 発熱素子に接続することにより、 配線パターンに係る金属配線層の膜厚を十分に 確保してこの金属配線層による寄生抵抗を低減することができる。 背景技術
近年、 画像処理等の分野において、 ハードコピーのカラー化に対するニーズが 高まってきている。 このニーズに対して、 従来、 昇華型熱転写方式、 溶融熱転写 方式、 インクジェット方式、 電子写真方式及び熱現像銀塩方式等のカラーコピー 方式が提案されて る。
これらの方式のうちインクジエツト方式は、 液体吐出へッドであるプリンタへ ッドに設けられたノズルから記録液 （インク） の液滴を飛翔させ、 記録対象に付 着してドットを形成するものであり、 簡易な構成により高画質の画像を出力する ことができる。 このインクジェット方式は、 ノズルからインク液滴を飛翔させる 方法の相違により、 静電引力方式、 連続振動発生方式 （ピエゾ方式） 及びサーマ ル方式に分類される。
これらの方式のうちサーマル方式は、 インクの局所的な加熱により気泡を発生 し、 この気泡によりインクをノズルから押し出して印刷対象に飛翔させる方式で あり、 簡易な構成によりカラ一画像を印刷することができるようになされている このようなサーマル方式によるプリンタへッドは、 インクを加熱する発熱素子 が発熱素子を駆動するロジック集積回路による駆動回路と共に一体に半導体基板
上に形成される。 これによりこの種のプリンタヘッドにおいては、 発熱素子を高 密度に配置して確実に駆動できるようになされている。
すなわちこのサーマル方式のプリンタにおいて、 高画質の印刷結果を得るため には、 発熱素子を高密度で配置する必要がある。 具体的に、 例えば 6 0 0 [D P I〕 相当の印刷結果を得るためには、 発熱素子を 4 2 . 3 3 3 〔μ ηι〕 間隔で配 置することが必要になるが、 このように高密度で配置した発熱素子に個別の駆動 素子を配置することは極めて困難である。 これによりプリンタヘッドでは、 半導 体基板上にスィツチングトランジスタ等を作成して集積回路技術により対応する 発熱素子と接続し、 さらには同様に半導体基板上に作成した駆動回路により各ス イッチングトランジスタを駆動することにより、 簡易かつ確実に各発熱素子を駆 動できるようになされている。
またサーマル方式によるプリンタにおいては、 発熱素子への所定電力の印加に よりインクに気泡が発生し、 ノズルからインクが飛び出すと、 この気泡が消滅す る。 これにより発泡、 消泡を繰り返す毎にキヤビテーシヨンによる機械的な衝撃 を受ける。 さらにプリンタは、 発熱素子の発熱による温度上昇と温度下降とが、 短時間 〔数； 秒〕 で繰り返され、 これにより温度による大きなストレスを受ける このためプリンタヘッドは、 半導体基板上に発熱素子が形成され、 この発熱素 子上に絶縁保護層が形成され、 この絶縁保護層により発熱素子がィンクより保護 される。 さらにこの絶縁保護層の上層に金属保護層が形成され、 この金属保護層 によりキヤビテーションによる機械的な衝撃が緩和され、 さらには発熱素子から の熱をインクに伝搬する際にインク成分による化学反応が抑制される。 これらに よりプリンタヘッドは、 これら絶縁保護層、 金属保護層により発熱素子を保護し て信頼性を確保するようになされている。
プリンタヘッドは、 このような絶縁保護層、 金属保護層の膜厚を厚くすると、 信頼性を向上することができるものの、 発熱素子の熱を効率良くィンクに伝搬し 得なくなる。 このためプリンタヘッドにおいては、 発熱素子の抵抗値、 形状に応 じてこれら絶縁保護層、 金属保護層の構成材料及びこの構成材料の膜厚を設定す るようになされ、 またこれらの設定により構成されるプリンタへッドについて、
種々の条件により発熱素子を駆動してィンクを安定に吐出することができる条件 等が求められ、 この条件の範囲で、 発熱素子の駆動条件が設定されるようになさ れている。
具体的に例えば特開 2001— 80077号公報においては、 シリコン窒化膜 とシリコン炭化膜とによる絶縁保護層を膜厚 355〜435 〔nm〕 の範囲に設 定し、 矩形波状の駆動信号により 1. 0〜1 4 Ιμ J] で発熱素子を駆動する 方法が提案されるようになされている。 また特開 2001— 130003号、 特 開 200 1— 1 30005号公報においては、 シリコン窒化膜による絶縁保護層 を膜厚 260〜340 Cnm の範囲に設定し、 かっこの絶縁保護層と金属保護 層とによる全体の膜厚を 630 Cnm] 以下に設定し、 1. 2 ί s ] 幅以下の 駆動信号で発熱素子を駆動する方法が提案されるようになされている。
このような構成に係るプリンタへッドにおいては、 気泡の圧力により発熱素子 上に設けてなるノズルからィンク液滴を押し出すいわゆるフェイスシユータタィ プのものであり、 従来、 発熱素子に半導体素子を接続する金属配線層である配線 パターンが、 積層した配線パターン材料をドライエッチング工程とウエットエツ チング工程とによりパターユングして形成される。
すなわちこの種のプリンタヘッド 1は、 第 1 (A) 図に示すように、 半導体素 子が作成されてなる半導体基板 2上に絶縁層 （S i〇2 ) 等が積層された後、 発 熱素子 3が形成される。 続いて第 1 (B) 図に示すように、 アルミニューム等に よる配線パタ一ン材料層 4が堆積され、 ドライエツチング工程により配線パタ一 ン材料層 4が加工され、 配線パターン 5が形成される。
このときプリンタへッド 1においては、 発熱素子 3上の配線パターン材料層 4 を取り残すようにして配線パターン 5が作成される。 プリンタヘッド 1は、 続い て第 1 (C) 図に示すように、 この発熱素子 3上に取り残された部位をエツチン グ可能にフォトレジスト層 6が形成され、 燐酸、 硝酸を主成分とする薬液を用い たゥエツトエッチング工程により発熱素子 3上に取り残された配線パターン材料 層 4が除去される。 これによりプリンタヘッド 1は、 第 1 (D) 図に示すように 、 発熱素子 3の端部で配線パターン 5と発熱素子 3とが重なり合って配線パター ン 5に発熱素子 3が接続され、 さらにこの配線パターン 5を介して発熱素子 3を
駆動する半導体素子等に発熱素子 3が接続される。
このときプリンタへッド 1においては、 発熱素子 3と配線パターン 5とが重な り合うことにより表面に段差が生じるものの、 この段差の壁面となる配線パター ン 5の端部にあってはテーパー形状にエッチングされ、 これによりこのような壁 面の部分においてその後上層に順次形成される絶縁保護層 7、 金属保護層 8の被 覆性 （ステップカバレッジ） が向上されるようになされている。
プリンタヘッド 1は、 続いて第 1 ( E ) 図に示すように、 窒化シリコン （S i 3 N4 ) による絶縁保護層 7、 又は窒化シリコンと炭化シリコンとによる絶縁保護 層 7が積層され、 さらにこの上層に、 正方晶構造である 3—タンタルにより金属 保護層 8が形成される。 プリンタヘッド 1は、 続いて所定部材を配置することに より、 インク液室、 インク流路及びノズルが形成されて作成されるようになされ ている。
しかしてドライエッチング工程とゥエツトエッチング工程とによる配線パター ンの作成においては、 配線パターン 5の膜厚が厚いと、 第 1図において符号 Aに より囲んだ部分を第 2図に拡大して示すように、 発熱素子 3を露出させる際のゥ エツトエッチング工程において配線パターン 5が局所的に凹凸形状により形成さ れる。 なお第 2図に示す例では、 配線パターン 5を膜厚 0 . 5 〔；/ m〕 程度によ り作成した場合である。
すなわち薬液によるゥエツトエッチングは、 下層の発熱素子 3の表面へのダメ ージを防止して配線パタ一ン材料層 4のみ選択的にパターユングすることができ るものの、 加工対象である配線パターン 5の膜厚が厚いと、 段差を形成する壁面 の部分を不均一にエッチングし、 これによりプリンタへッド 1では、 このような 壁面の部分における配線パターン 5が凹凸形状により形成される。 プリンタへッ ド 1では、 このようにして配線パターン 5が凹凸形状により形成されると、 この 上層に絶縁保護層 7、 金属保護層 8が配線パターン 5の凹凸形状に沿って一様に 順次形成され、 また矢印 Bにより示すように、 絶縁保護層 7と配線パターン 5と の界面にボイドが発生し、 信頼性が劣化する問題がある。
これに対して例えば特開 2 0 0 1— 1 3 0 0 0 3号公報においては、 配線パタ 一ンを膜厚 0 . 1 8〜0 . 2 4 ί μ ηι) の範囲に設定してこのような壁面の部分
を精度良く作成する方法が提案されるようになされている。 プリンタヘッド 1に おいては、 この手法を適用して配線パターンの膜厚を薄くすれば、 第 2図との対 比により第 3図に示すように、 このような壁面の部分を精度良く作成し得るもの の、 配線パターン 5自体の脆弱化が顕著になると共に、 配線パターン 5の抵抗値 が上昇する。 具体的に例えば特開 2002— 355971号公報においては、 配 線パターン 5を膜厚 0. 2 ίμ ηι} により作成した場合に、 配線パターン 5の抵 抗値及び配線パターン 5の抵抗値にトランジスタのオン抵抗をも含めた全体の寄 生抵抗値をそれぞれ測定したところ、 配線パターン 5の抵抗値は、 8 〔Ω〕 、 寄 生抵抗値は、 25 〔Ω〕 であったことが記載されている。 これによりこの場合、 発熱素子 3の抵抗値 53 〔Ω〕 を加えた発熱素子 3の駆動に供する全体の抵抗値 に対して寄生抵抗値が約 1/3を占めることになる。 これによりこれら特開 20 01— 130003号公報、 特開 2002— 355971号公報に開示の手法の 適用にあっては、 発熱素子 3の駆動に供する電力の損失が配線抵抗により増大し 、 これによりインクの吐出に係る発熱素子 3の駆動電力が増大する問題がある。 また従来の配線パターン作成工程においては、 エッチングガスによるドライエ ツチング工程と薬液によるウエットエッチング工程とを併用しなければならず、 その分プリンタヘッドの製造に時間を要する問題もある。 因みにこの問題は、 特 開 2002— 79679号公報においても指摘されている。
この問題を解決する一つの方法として例えば特開 2000— 108355号公 報においては、 ドライエッチング工程のみにより配線パターンをエッチング処理 して作成する方法が提案されるようになされている。 しかしながらこの手法によ り作成されるプリンタヘッドは、 気泡の圧力による圧力波を伝搬させて、 発熱素 子の真上以外の箇所に形成されたノズルよりインク液滴を押し出すいわゆるェッ ジシユータタイプのものであり、 また発熱素子が多結晶シリコンにより作成され ることにより、 この発熱素子上に絶縁保護層、 金属保護層による 2〜 3 ίμτα] 程度の段差が生じていても何ら問題ないものである。 これに対してフェイスシュ ータタイプのプリンタヘッドにおいては、 この手法により作成し、 このような激 しい段差が生じると、 発熱素子の熱を効率良くインクに伝搬し得なくなり、 これ により特開 2000— 108355号公報に開示の手法の適用にあっては、 実用
上未だ不十分な欠点がある。 発明の開示
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、 配線パターンに係る金属配線層 の膜厚を十分に確保してこの金属配線層による寄生抵抗を低減することができる 液体吐出へッド、 液体吐出装置及び液体吐出へッドの製造方法を提案しようとす るものである。
かかる課題を解決するため本発明においては、 液室に保持した液体を加熱する 発熱素子と、 発熱素子を駆動する半導体素子とが所定の基板上に一体に保持され て、 発熱素子の駆動により所定のノズルより液体の液滴を飛び出させる液体吐出 ヘッドに適用して、 発熱素子の液室側に、 発熱素子を液体より保護する絶縁保護 層、 発熱素子に半導体素子を接続する金属配線層が順次配置され、 金属配線層は 、 絶縁保護層に設けられた開口によるコンタクト部を介して発熱素子に接続され 、 エッチングガスによるドライエッチングによりパター-ングして形成されてな るようにする。
本発明の構成により、 液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、 発熱素子を 駆動する半導体素子とが所定の基板上に一体に保持されて、 発熱素子の駆動によ り所定のノズルより液体の液滴を飛び出させる液体吐出へッドに適用して、 発熱 素子の液室側に、 発熱素子を液体より保護する絶縁保護層、 発熱素子に半導体素 子を接続する金属配線層が順次配置され、 金属配線層は、 絶縁保護層に設けられ た開口によるコンタクト部を介して発熱素子に接続され、 エッチングガスによる ドライエッチングによりパターユングして形成されてなることにより、 エツチン グガスによる発熱素子へのダメージが防止され、 金属配線層による段差の壁面が 精度良く作成される。 これにより配線パターンに係る金属配線層の膜厚を十分に 確保してこの金属配線層による寄生抵抗を低減することができる。
また本発明においては、 液体吐出へッドに設けられた発熱素子の駆動により液 滴を飛び出させる液体吐出装置に適用して、 液体吐出ヘッドが、 液室に保持した 液体を加熱する発熱素子と、 発熱素子を駆動する半導体素子とが所定の基板上に 一体に保持され、 発熱素子の液室側に、 発熱素子を液体より保護する絶縁保護層
、 発熱素子に半導体素子を接続する金属配線層が順次配置され、 金属配線層は、 絶縁保護層に設けられた開口によるコンタクト部を介して発熱素子に接続され、 エツチングガスによるドライエッチングによりパターニングして形成されてなる ようにする。
本発明の構成によれば、 配線パターンに係る金属配線層の膜厚を十分に確保し てこの金属配線層による寄生抵抗を低減することができる液体吐出装置を提供す ることができる。
また本発明においては、 液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、 発熱素子 を駆動する半導体素子とが所定の基板上に一体に保持されて、 発熱素子の駆動に より所定のノズルより液体の液滴を飛び出させる液体吐出へッドの製造方法に適 用して、 発熱素子の液室側に、 発熱素子を液体より保護する絶縁保護層、 発熱素 子に半導体素子を接続する金属配線層を順次配置し、 金属配線層を、 絶縁保護層 に設けた開口によるコンタクト部を介して発熱素子に接続し、 エッチングガスに よるドライエッチングによりパターユングして形成する。
本発明の構成によれば、 配線パターンに係る金属配線層の膜厚を十分に確保し てこの金属配線層による寄生抵抗を低減することができる液体吐出へッドの製造 方法を提供することができる。 本発明によれば、 配線パターンに係る金属配線層の膜厚を十分に確保してこの 金属配線層による寄生抵抗を低減することができる。 図面の簡単な説明
第 1 (A) 図、 第 1 ( B ) 図、 第 1 ( C ) 図、 第 1 (D ) 図及び第 1 ( E ) 図 は、 従来のプリンタへッドの作成の説明に供する断面図である。
第 2図は、 第 1図のプリンタヘッドにおける配線パターンのパターニングの説 明に供する断面図である。
第 3図は、 配線パターンのパターユングによる他の例を示す断面図である。 第 4図は、 本発明の実施例 1に係るプリンタを示す斜視図である。
第 5図は、 第 4図のプリンタへッドにおけるへッドチップの配列構成を示す平
面図である。
第 6図は、 第 4図のプリンタヘッドを示す断面図である。
第 7 (A) 図及び第 7 (B) 図は、 第 6図のプリンタヘッドの作成工程の説明 に供する断面図である。
第 8 (A) 図及び第 8 (B) 図は、 第 7 (B) 図の続きを示す断面図である。 第 9 (A) 図及び第 9 (B) 図は、 第 8 (B) 図の続きを示す断面図である。 第 10図は、 第 9 (B) 図の続きを示す断面図である。
第 1 1図は、 第 10図の続きを示す断面図である。
第 1 2図は、 第 6図のプリンタへッドにおけるインク吐出速度の説明に供する 特性曲線図である。
第 1 3 (A) 図、 第 1 3 (B) 図、 第 13 (C) 図及び第 1 3 (D) 図は、 配 線パターンの作成の説明に供する断面図である。
第 14 (A) 図、 第 14 (B) 図、 第 14 (C) 図及び第 14 (D) 図は、 本 発明の実施例 2に係るプリンタに適用されるプリンタへッドの作成工程の説明に 供する断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 適宜図面を参照しながら本発明の実施例を詳述する。
(1) 実施例の構成
第 4図は、 本発明の実施例 1に係るプリンタを示す斜視図である。 このライン プリンタ 1 1は、 全体が長方形形状の筐体 1 2に収納されて形成され、 印刷対象 である用紙 1 3を収納した用紙トレイ 14をこの筐体 1 2の正面に形成されたト レイ出入口より装着することにより、 用紙 1 3を給紙できるようになされている 用紙トレィ 14は、 このようにトレイ出入口よりラインプリンタ 1 1に装着さ れると、 所定の機構により用紙 1 3が給紙ローラ 1 5に押し当てられ、 この給紙 ローラ 1 5の回転により、 矢印 Aにより示すように、 用紙 1 3が用紙トレイ 14 よりラインプリンタ 1 1の背面側に向かって送り出される。 ラインプリンタ 1 1 は、 この用紙送りの側に反転ローラ 1 6が配置され、 この反転ローラ 1 6の回転
等により、 矢印 Bにより示すように、 正面方向に用紙 1 3の送り方向が切り換え られる。
ラインプリンタ 1 1は、 このようにして用紙送り方向が矢印 Bで示す方向に切 り換えられてなる用紙 1 3が用紙トレィ 1 4上を横切るように拍車ローラ 1 7等 により搬送され、 矢印 Cにより示すように、 ラインプリンタ 1 1の正面側に配置 された排出口より排出される。 ラインプリンタ 1 1は、 この拍車ローラ 1 7から 排出口までの間に、 矢印 Dにより示すように、 ヘッドカートリッジ 1 8が交換可 能に配置される。
ヘッドカートリッジ 1 8は、 イェロー、 マゼンタ、 シアン、 ブラックのライン へッドをそれぞれ配置してなるプリンタへッド 1 9が所定形状のホルダー 2 0の 下面側に配置され、 このホルダー 2 0に順次イェロー （Y) 、 マゼンタ （M) 、 シアン （C ) 、 ブラック （B ) のインクカートリッジが交換可能に配置されて形 成されるようになされている。 これによりラインプリンタ 1 1は、 これら各色の インクに対応するラインへッドより用紙 1 3にインクを付着させて画像を印刷で きるようになされている。
ここで第 5図は、 第 4図の用紙 1 3側より見たプリンタヘッドの配列構成の一 部を拡大した平面図である。 プリンタヘッド 1 9は、 第 5図に示すように、 各色 のインクのインク流路 2 1の両側に、 交互 （千鳥状に） に同一構成によるヘッド チップ 2 2をノズルプレート上に配置して構成される。 また、 各ヘッドチップ 2 2においては、 それぞれ発熱素子がインク流路 2 1側となるように配置されてお り、 つまりインク流路 2 1側を介して両側のへッドチップ 2 2は向きが 1 8 0度 回転させた関係となるように配置されている。 これによりプリンタへッド 1 9は 、 それぞれ各色において 1系統のィンク流路 2 1で各へッドチップ 2 2にィンク を供給できるようになされ、 その分、 簡易な構成により印刷精度を高解像度化す ることができるようになされている。
また、 へッドチップ 2 2は、 このようにして 1 8 0度回転して配置した場合で も、 微小なインク吐出口であるノズル 2 3の並ぶ方向には接続用パッド 2 4の位 置が変化しないように、 これらノズル 2 3の並ぶ方向 （印刷幅方向） のほぼ中央 に接続用パッド 2 4が配置され、 これによりプリンタヘッド 1 9では、 隣り合う
へッドチップ 2 2の接続用パッド 2 4に接続するフレキシブル配線基板が近接す ることを防止する、 つまりフレキシブル配線基板の一部への集中を防止するよう になされている。
なお、 このようにしてノズル 2 3をシフトさせた場合、 インク流路 2 1の上方 及ぴ下方に配置されるへッドチップ 2 2においては、 駆動信号に対して発熱素子 の駆動順序が逆転することになる。 各ヘッドチップ 2 2は、 このような駆動順序 に対応するように、 駆動回路における駆動順序を切り換えることができるように 構成されている。
第 6図は、 このラインプリンタに適用されるプリンタへッドを示す断面図であ る。 プリンタヘッド 1 9は、 シリコン基板によるウェハ上に複数へッド分の駆動 回路、 発熱素子等が作成された後、 各ヘッドチップ 2 2にスクライビング処理さ れ、 各へッドチップ 2 2にインク液室等を作成して形成される。
すなわち第 7 (A) 図に示すように、 プリンタヘッド 1 9は、 ウェハによるシ リコン基板 3 1が洗浄された後、 シリコン窒化膜 （S i 3 N4 ) が堆積される。 続 いてプリンタへッド 1 9は、 フォトリソグラフィー工程、 リアクティブイオンェ ツチング工程によりシリコン基板 3 1が処理され、 これにより トランジスタを形 成する所定領域以外の領域よりシリコン窒化膜が取り除かれる。 これらによりプ リンタヘッド 1 9は、 シリコン基板 3 1上のトランジスタを形成する領域にシリ コン窒化膜が形成される。
続いてプリンタヘッド 1 9は、 熱酸化工程によりシリコン窒化膜が除去されて いる領域に熱シリコン酸化膜が膜厚 5 0 0 〔n m〕 により形成され、 この熱シリ コン酸化膜により トランジスタを分離するための素子分離領域 （LOCOS : Local Ox idation Of Silicon ) 3 2が形成される。 なおこの素子分離領域 3 2は、 その後 の処理により最終的に膜厚 2 6 0 〔n m〕 に形成される。 さらに続いてプリンタ ヘッド 1 9は、 シリコン基板 3 1が洗浄された後、 トランジスタ形成領域にタン グステンシリサイ ド /ポリシリコン/熱酸化 S莫構造のゲートが作成される。 さら にソース ' ドレイン領域を形成するためのイオン注入工程、 熱処理工程によりシ リコン基板 3 1が処理され、 MO S (Metal-Oxide-Semiconductor ) 型によるト ランジスタ 3 3、 3 4等が作成される。 なおここでスィツチングトランジスタ 3
3は、 2 5 〔V〕 程度の耐圧を有する M〇S型ドライバートランジスタであり、 発熱素子の駆動に供するものである。 これに対してスィツチングトランジスタ 3 4は、 このドライバートランジスタを制御する集積回路を構成するトランジスタ であり、 5 〔V〕 の電圧により動作するものである。 なおこの実施例においては 、 ゲート/ドレイン間に低濃度の拡散層が形成され、 その部分で加速される電子 の電界を緩和することで耐圧を確保してドライパートランジスタ 3 3が形成され るようになされている。
このようにしてシリコン基板 3 1上に、 半導体素子であるトランジスタ 3 3、 3 4が作成されると、 プリンタへッド 1 9は、 続いて C V D (Chemical Vapor De position ) 法によりリンが添加されたシリコン酸化膜である P S G (Phosphorus Silicate Glass ) 膜、 ボロンとリンが添加されたシリコン酸化膜である B P S G (Boron Phosphorus Silicate Glass) 膜 3 5が順次膜厚 1 0 0 〔n m〕 、 5 0 0 〔n m〕 により作成され、 これにより全体として膜厚が 6 0 0 〔n m〕 による 1層目の層間絶縁膜が作成される。
続いてフォ トリソグラフィー工程の後、 C4 F8 ノ〇0/02 /A r系ガスを用 いたリアクティブイオンエッチング法によりシリコン半導体拡散層 （ソース . ド レイン） 上にコンタク トホール 3 6が作成される。
さらにプリンタヘッド 1 9は、 希フッ酸により洗浄された後、 スパッタリング 法により、 膜厚 3 0 〔n m〕 によるチタン、 膜厚 7 0 〔n m〕 による窒化酸化チ タンパリアメタル、 膜厚 3 0 〔n m〕 によるチタン、 シリコンが 1 〔 a t %〕 添 加されたアルミエユーム、 または銅が 0 . 5 ( a t %] 添加されたアルミニュー ムが膜厚 5 0 0 〔n m〕 により順次堆積される。 続いてプリンタヘッド 1 9は、 反射防止膜である窒化酸化チタンが膜厚 2 5 [ n rn] により堆積され、 これらに より配線パターン材料が成膜される。 さらに続いてプリンタヘッド 1 9は、 フォ トリソグラフィー工程、 ドライエッチング工程により、 成膜された配線パターン 材料が選択的に除去され、 これによりシリコン又は銅を添カ卩したアルミ-ユーム による金属配線層により 1層目の配線パターン 3 7が作成される。 プリンタへッ ド 1 9は、 このようにして作成された 1層目の配線パターン 3 7により、 駆動回 路を構成する MO S型トランジスタ 3 4を接続してロジック集積回路が形成され
る。
続いてプリンタヘッド 1 9は、 TEOS (テトラエトキシシラン： S i (OC2 H5 ) 4 ) を原料ガスとした CVD法により層間絶縁膜であるシリコン酸化膜が 堆積される。 続いてプリンタへッド 1 9は、 SOG (Spin On Glass ) を含む塗 布型シリコン酸化膜の塗布とエッチバックとにより、 シリコン酸化膜が平坦化さ れ、 これらの工程が 2回繰り返されて 1層目の配線パターン 37と続く 2層目の 配線パターンとを絶縁する膜厚 440 〔nm〕 のシリコン酸化膜による 2層目の 層間絶縁膜 （P— S i O) 38が形成される。
プリンタヘッド 1 9は、 続いて第 7 (B) 図に示すように、 スパッタリング装 置内のスパッタ成膜チェンバーに搭載された後、 スパッタリング法により膜厚 5 0〜100 〔nm〕 による ]3—タンタル膜が堆積され、 これによりシリコン基板 3 1上に抵抗体膜が成膜される。 なおこの場合、 基板温度は、 200〜 400度 、 直流パワーは、 2〜4 〔kW〕 であり、 アルゴンガス流量は、 25〜40 [ s c c m〕 に 疋し 7こ。
続いてプリンタへッド 19は、 フォトリソグラフィー工程、 BC 13 /C 12 ガ スを用いたドライエッチング工程により、 正方形形状により、 又は一端を配線パ ターンにより接続する折り返し形状により抵抗体膜が選択的に除去され、 これに より 40〜100 〔Ω〕 の抵抗値を有する発熱素子 39が作成される。 なおこの 実施例においては、 膜厚 83 〔nm〕 による抵抗体膜が堆積され、 また折り返し 形状により発熱素子 39が形成され、 これにより発熱素子 39の抵抗値が 1 00 〔Ω〕 となるようになされている。
このようにして発熱素子 39が形成されると、 プリンタヘッド 1 9は、 第 8 ( Α) 図に示すように、 CVD法により膜厚 300 〔nm〕 によるシリコン窒化膜 が堆積され、 発熱素子 39の絶縁保護層 40が形成される。
プリンタヘッド 1 9は、 続いて第 8 (B) 図に示すように、 フォトレジストェ 程、 CHF3 /CF4 /A rガスを用いたドライエッチング工程により、 所定箇所 のシリコン窒化膜 40が除去され、 これにより絶縁保護層 40に開口を形成して コンタクト部 41が作成される。 さらに CHF3 ZCF4ノ Arガスを用いたドラ ィエッチング工程により、 層間絶縁膜 38に開口を形成してビアホール 42が作
成される。 ここでコンタクト部 4 1は、 2層目の配線パターンを下層の発熱素子 3 9に接続するために 2層目の配線パターンの前工程において設けられた接続部 であり、 ビアホール 4 2は、 2層目の配線パターンを下層の 1層目の配線パター ン 3 7に接続するために 2層目の配線パターンの前工程において設けられた接続 部である。
プリンタヘッド 1 9は、 このようにしてコンタクト部 4 1、 ビアホール 4 2が 作成されると、 続いて第 9 (A) 図に示すように、 シリコン又は銅を添加したァ ルミニュームによる金属配線層等により配線パタ一ン材料層 4 3が形成され、 さ らに第 9 ( B ) 図に示すように、 余剰な部位の配線パターン材料層 4 3が除去さ れ、 これにより 2層目の配線パターン 4 4がパターユングされる。
ここでこの実施例においては、 配線パターン材料層 4 3のうちの、 金属配線層 の膜厚が 4 0 0 〔n m〕 以上に設定される。' このため配線パターン 4 4のパター ニングにおいては、 塩素原子成分を含むエッチングガスにより発熱素子 3 9上を 除く部位の配線パタ一ン材料層 4 3をドライエッチングする際に、 同時に発熱素 子 3 9上の配線パターン材料層 4 3を除去する。
すなわちこの塩素原子成分を含むェツチングガスを用いたドライエッチングは 、 塩素系ガスを励起して塩素ラジカル種を含むプラズマ流を生成し、 このプラズ マ流を加工対象に照射することにより、 プラズマ中の塩素ラジカル種により加工 対象を還元して除去するものであり、 基板に対してほぼ垂直方向に加工対象をェ ッチングする異方性ェツチングである。
これによりこのドライエッチングによれば、 発熱素子 3 9上においてプラズマ 中の塩素ラジカル種により配線パターン材料層 4 3が除去され、 これによりプリ ンタヘッド 1 9は、 配線パターン 4 4により生じる段差を構成する壁面が精度良 く作成され、 その後この上層に形成される絶縁保護層との界面でのボイドの発生 が防止される。
またプリンタへッド 1 9は、 このようにして発熱素子 3 9上の配線パターン材 料層 4 3が除去され、 コンタクト部 4 1の作成に係る絶縁保護層 4 0が露出され る。 これによりプリンタヘッド 1 9は、 塩素ラジカル種を含むプラズマ流に絶縁 保護層 4 0が曝され、 プラズマ中の塩素ラジカル種によりエッチングされるもの
の、 この絶縁保護層 40が発熱素子 39のマスクとして機能し、 塩素ラジカル種 を含むプラズマ流に発熱素子 39が直接曝されずに、 発熱素子 39の表面に対す るエッチングが防止される。 これによりプリンタヘッド 1 9では、 コンタク ト部 4 1の作成に供する、 事前に形成された絶縁保護層 40により、 ドライエツチン グによる発熱素子 39へのダメージを防止するようになされている。
具体的にプリンタヘッド 1 9は、 スパッタリング法により、 B莫厚 200 〔nm 〕 によるチタン、 シリコンを 1 〔a t%〕 添加したアルミニューム、 または鲖を 0. 5 ( a t %) 添加したアルミニュームが膜厚 600 〔nm〕 により順次堆積 される。 続いてプリンタヘッド 1 9は、 莫厚25 〔nm〕 による窒化酸化チタン が堆積され、 これにより反射防止膜が形成される。 これらによりプリンタヘッド 1 9は、 シリコン又は銅を添加したアルミニュームによる金属配線層により配線 パターン材料層 43が形成される。
続いてプリンタヘッド 19は、 フォ トリソグラフィー工程、 BC 13 /C 12 ガ スを用いたドライエッチング工程により配線パターン材料層 43が選択的に除去 され、 2層目の配線パターン 44が作成される。 なおこの実施例においては、 こ のドライエッチング工程において、 オーバーエッチングするように、 配線パター ン材料層 43の膜厚に対するエッチング時間に対して 1. 2倍程度の時間をエツ チング時間に設定するようになされ、 余剰な配線パタ一ン材料層 43を確実に除 去し、 このような配線パタ一ン材料層 43が取り残されてなることによる配線パ ターン間のショートを十分に防止するようになされている。 またこのドライエツ チングの結果、 発熱素子 39の上層に事前に形成された膜厚 300 Cnm] によ るシリコン窒化膜 40にあっては、 膜厚 200 Cnm] の分だけエッチングされ て膜厚 100 Cnm] になった。
プリンタへッド 1 9は、 配線パターン 44に係る金属配線層の膜厚が 600 〔 nm] により形成され、 これにより金属配線層自体の脆弱化が防止され、 金属配 線層における抵抗値の上昇が防止される。
具体的にこの金属配線層の抵抗値及ぴトランジスタ 34のオン抵抗をも含めた 寄生抵抗値をそれぞれ測定したところ、 金属配線層の抵抗値は、 1. 5 〔Ω〕 で あり、 トランジスタ 34のオン抵抗をも含めた寄生抵抗値は、 1 2 〔Ω〕 であつ
た。 これによりプリンタヘッド 1 9では、 発熱素子 3 9の抵抗値 1 0 0 〔Ω〕 を 加えた全体の抵抗値に対する寄生抵抗値が約 1 / 9となり、 従来に比して寄生抵 抗値を低減し得、 より具体的に第 3図について説明したプリンタへッドに比して 、 全体抵抗値に対する寄生抵抗値の比率を 2 / 3程度低減することができるよう になされている。
またこのような配線パターン 4 4のドライエッチングにおいては、 エッチング ガスを用いたドライエッチング工程により発熱素子 3 9上の配線パターン材料層 4 3が同時に除去され、 これにより従来に比して工程数を削減してプリンタへッ ド 1 9の製造に要する時間が短縮されるようになされている。
しかしてプリンタヘッド 1 9は、 このようにして形成された 2層目の配線パタ ーン 4 4により、 電源用の配線パターン、 アース用の配線パターンが作成され、 またコンタクト部 4 1及びビアホール 4 2を介してドライバートランジスタ 3 4 を発熱素子 3 9に接続する配線パターンが作成される。
プリンタヘッド 1 9は、 続いて第 1 0図に示すように、 絶縁保護層として機能 する膜厚2 0 0〜4 0 0 C n m] によるシリコン窒化膜 4 5がプラズマ C V D法 により堆積される。 さらに熱処理炉において、 4 〔％〕 の水素を添加した窒素ガ スの雰囲気中で、 又は 1 0 0 〔％〕 の窒素ガス雰囲気中で、 4 0 0度、 6 0分間 の熱処理が実施される。 これによりプリンタヘッド 1 9は、 トランジスタ 3 3、 3 4の動作が安定化され、 さらに 1層目の配線パターン 3 7と 2層目の配線パタ ーン 4 4との接続が安定化されてコンタク ト抵抗が低減される。
プリンタへッド 1 9は、 続いて第 1 1図に示すように、 D Cマグネトロン ' ス パッタリング装置内のスパッタ成膜チヱンバーに搭載された後、 スパッタリング 法により 一タンタルによる金属保護層材料膜が膜厚 1 0 0〜3 0 0 〔n m〕 に より堆積される。 続いてプリンタヘッド 1 9は、 フォ トレジス ト工程により金属 保護層材料膜が所望の形状にマスクされ、 さらに B C 1 3 / C 1 2 ガスを用いたド ライエッチング工程によりこのマスクによってエッチング処理され、 金属保護層 4 6が形成される。 なお金属保護層 4 6においては、 アルミニュームの含有量を 1 5 [ a t %] 程度に設定したタンタルアルミ （T a A l ) を適用するようにし ても良い。 因みにこのようにアルミニュームの含有量を 1 5 C a t %] 程度に設
定したタンタルアルミにおいては、 —タンタルの結晶粒界にアルミニュームが 存在する構造であり、 —タンタルにより金属保護層を形成する場合に比して、 膜応力を小さくすることができる。
プリンタへッド 1 9は、 このようにして配線パターン 4 4のドライエッチング により薄膜化したシリコン窒化膜 4 0の上層にシリコン窒化膜 4 5が堆積され、 これらシリコン窒化膜 4 0、 4 5により絶縁保護層が形成され、 さらにこの上層 に金属保護層 4 6が形成される。 プリンタヘッド 1 9は、 これら絶縁保護層 4 0 、 4 5及び金属保護層 4 6により発熱素子 3 9が保護されて信頼性が確保され、 この実施例では、 これら絶縁保護層 4 0、 4 5及び金属保護層 4 6が全体として 膜厚 7 0 0 〔n m〕 以下に設定される。
すなわち第 1 2図に示す測定結果は、 絶縁保護層及び金属保護層が全体として 膜厚 7 0 0 〔n m〕 以下となるように、 金属保護層の膜厚を 2 0 0 〔n m〕 で作 成し、 かつ絶縁保護層の膜厚を異ならせて作成したプリンタヘッドにおいて、 種 々の駆動電力により発熱素子を駆動し、 ノズルより飛び出すインク液滴の吐出速 度を示すものである。 なおこの第 1 2図において、 黒く塗り潰した丸は、 膜厚 5 0 0 〔n m〕 により絶縁保護層が作成されてなるプリンタヘッドを、 黒く塗り潰 した四角は、 膜厚 4 0 0 〔n m〕 による絶縁保護層のプリンタヘッドを、 黒く塗 り潰した三角は、 膜厚 3 5 0 C n m] による絶縁保護層のプリンタヘッドを、 黒 く塗り潰した菱形は、 膜厚 3 0 0 C n m] による絶縁保護層のプリンタヘッドを 示す。
この測定結果から絶縁保護層の膜厚を薄くすると、 インクの吐出を開始する駆 動電力が低下することが確認され、 また破線により示すように、 定格による駆動 電力 0 . 8 [W] により発熱素子を駆動する場合、 何れのプリンタヘッドにおい ても十分な余裕を持ってインクを安定に吐出することが確認できた。 なおこの実 施例では、 絶縁保護層 4 0、 4 5及び金属保護層 4 6の膜厚がそれぞれ 5 0 0 〔 n m] 及び 2 0 0 [ n m] により形成され、 発熱素子 3 9の熱をインクに効率良 く伝搬するようになされている。
プリンタヘッド 1 9は、 続いて第 6図に示すように、 有機系樹脂によるドライ フィルム 5 1が圧着により配置された後、 インク液室 5 2、 インク流路に対応す
る部位が取り除かれ、 その後硬化され、 これによりインク液室 5 2の隔壁、 イン ク流路 2 1の隔壁等が作成される。
また続いて各へッドチップ 2 2にスクライビングされた後、 ノズルプレート 5 3が積層される。 ここでノズルプレート 5 3は、 発熱素子 3 9の上にノズル 2 3 を形成するように所定形状に加工された板状部材であり、 ドライフィルム 5 1上 に接着により保持される。 これによりプリンタヘッド 1 9は、 ノズル 2 3、 イン ク液室 5 2、 このインク液室 5 2にインクを導くインク流路 2 1等が形成されて 作成される。
プリンタへッド 1 9は、 このようなィンク液室 5 2が紙面の奥行き方向に連続 するように形成され、 これによりラインヘッドを構成するようになされている。
( 2 ) 実施例の動作
以上の構成において、 プリンタへッド 1 9は、 半導体基板であるシリコン基板 3 1に素子分離領域 3 2が作成されて半導体素子であるトランジスタ 3 3、 3 4 が作成され、 絶縁層 3 5により絶縁されて 1層目の配線パターン 3 7が作成され る。 また続いて発熱素子 3 9が作成された後、 絶縁保護層 4 0、 2層目の配線パ ターン 4 4が作成され、 この 2層目の配線パターン 4 4により発熱素子 3 9がト ランジスタに接続され、 また電源、 アースライン等の配線パターン 4 4が形成さ れる。 プリンタヘッド 1 9は、 さらに絶縁保護層 4 5、 金属保護層 4 6、 インク 液室 5 2、 ノズル 2 3が順次形成されて作成される （第 6図、 第 7図〜第 1 1図 ) 0
このラインプリンタ 1 1は、 このようにして作成されたプリンタへッド 1 9の インク液室 5 2にへッドカートリッジ 1 8に保持されてなるインクがインク流路 2 1により導かれ （第 5図） 、 発熱素子 3 9の駆動によりインク液室 5 2に保持 したインクが加熱されて気泡が発生し、 この気泡によりインク液室 5 2内の圧力 が急激に増大する。 ラインプリンタ 1 1では、 この圧力の増大により発熱素子 3 9上に設けてなるノズル 2 3からィンク液室 5 2のインクがインク液滴として飛 び出し、 ローラ 1 5、 1 6、 1 7等により用紙トレィ 1 4から搬送された印刷対 象である用紙 1 3にこのインク液滴が付着する。
ラインプリンタ 1 1では、 このような発熱素子 3 9の駆動が間欠的に繰り返さ
れ、 これにより所望の画像等が用紙 1 3に印刷されて排出口より排出される （第 4図） 。 プリンタヘッド 1 9においては、 この発熱素子 3 9の間欠的な駆動によ り、 インク液室 5 2内において、 気泡の発生、 気泡の消滅が繰り返され、 これに より機械的な衝擊であるキヤビテーシヨンが発生する。 プリンタへッド 1 9では 、 このキヤビテーシヨンによる機械的な衝撃が金属保護層 4 6により緩和され、 発熱素子 3 9がこの衝撃から保護される。 またこの金属保護層 4 6と絶縁保護層 4 0、 4 5とにより発熱素子 3 9へのインクの直接の接触が防止され、 これによ つても発熱素子 3 9が保護される。
プリンタへッド 1 9では、 このような発熱素子 3 9の駆動に係るトランジスタ 3 4を発熱素子 3 9に接続する 2層目の配線パターン 4 4が、 絶縁保護層 4 0を 間に挟んで発熱素子 3 9のインク液室 5 2側に配置され、 この配線パターン 4 4 に係る金属配線層の膜厚が、 4 0 0 〔n m〕 以上の、 6 0 0 〔n m〕 により形成 される。 これによりプリンタへッド 1 9では、 従来のドライエツチング工程とゥ エツトエッチング工程とを用いて配線パターン 4 4をパターユングすると、 配線 パターン 4 4の壁面が凹凸形状により形成され、 配線パターン 4 4と絶縁保護層 4 5との界面でボイ ドの発生が心配される。 なお実験した結果によれば、 膜厚 4 0 0 〔 n m〕 による金属配線層等が堆積されてなる配線パタ一ン材料層 4 3を従 来の手法によりパターユングした場合では、 このような壁面の部分が凹凸形状に より形成されることが確認された。
しかしながらこの実施例においては、 ドライエッチングを用いたパターニング により配線パターン 4 4が形成され、 この配線パターン 4 4が絶縁保護層 4 0に 設けられた開口によるコンタクト部 4 1を介して発熱素子 3 9に接続される。
すなわち従来の配線パターンの作成手法を示す第 1図との対比により第 1 3 ( A) 図〜第 1 3 (D ) 図に示すように、 プリンタヘッド 1 9では、 発熱素子 3 9 の上に窒化シリコンによる絶縁保護層 4 0が堆積された後、 絶縁保護層 4 0に開 口が形成されてコンタク ト部 4 1が設けられ （第 1 3 (A) 図） 、 この上層にシ リコン又は銅を添加したアルミニューム等が堆積されて配線パターン材料層 4 3 が形成される （第 1 3 (B ) 図） 。
プリンタへッド 1 9では、 続いて塩素原子成分を含むエッチングガスを用いた
ドライエッチングにより発熱素子 3 9上を除く部位の余剰な配線パターン材料層 4 3がエッチングされる。 プリンタヘッド 1 9では、 この処理において、 同時に 発熱素子 3 9上の部位においても配線パターン材料層 4 3がエッチングされて除 去されるものの、 コンタク ト部 4 1の作成に供する、 発熱素子 3 9上に事前に形 成された絶縁保護層 4 0が、 このドライエッチングから発熱素子 3 9を保護する マスクとして利用され、 発熱素子 3 9へのダメージが防止される （第 1 3 ( C ) 図） 。 これによりプリンタヘッド 1 9では、 エッチングガスによる発熱素子 3 9 へのダメージを防止して配線パターン 4 4が精度良く作成され、 その後この上層 に形成される絶縁保護層 4 5との界面でのボイドの発生が有効に回避される。 プリンタヘッド 1 9では、 このようにして作成された配線パターン 4 4がコン タクト部 4 1を介して発熱素子 3 9に接続され、 さらに絶縁保護層 4 5、 金属保 護層 4 6が順次形成される （第 1 3 (D) 図） 。
プリンタへッド 1 9では、 2層目の配線パターン 4 4に係る金属配線層の膜厚 が 6 0 0 〔n m〕 により作成され、 これにより金属配線層自体の脆弱化を防止し 得、 金属配線層等による寄生抵抗が第 3図について上述した寄生抵抗に比して約 2 / 3程度低減することができるようになされている。
またこのような配線パターン 4 4のドライエッチングにおいては、 ドライエツ チング工程により発熱素子 3 9上の配線パターン材料層 4 3を同時に除去するこ とにより、 従来に比して工程数を削減することができ、 これによりプリンタへッ ド 1 9の製造に要する時間を短縮することができる。
またこのような配線パターン 4 4のドライエッチングにおいては、 配線パタ一 ン材料層 4 3の膜厚に対するエツチング時間に対して 1 . 2倍程度の時間をェッ チング時間に設定してオーバーエッチングし、 これにより余剰な配線パターン材 料層 4 3を確実に除去することができ、 このような配線パターン材料層 4 3が取 り残されてなることによる配線パターン間のショートを十分に防止することがで き、 その分信頼性を確保することができる。
なお発熱素子 3 9を保護する絶縁保護層 4 0、 4 5及び金属保護層 4 6におい ては、 全体として膜厚 7 0 0 [ n rn] 以下で作成され、 これによりプリンタへッ ド 1 9では、 定格による駆動電力で発熱素子 3 9を駆動する場合に、 十分な余裕
を持ってノズル 2 3よりインクを安定に吐出することができる。
( 3 ) 実施例の効果
以上の構成によれば、 ドライエッチングを用いたパターユングにより配線パタ ーンを形成し、 該配線パターンを絶縁保護層に設けられた開口によるコンタク ト 部を介して発熱素子に接続することにより、 配線パターンに係る金属配線層の膜 厚を十分に確保してこの金属配線層による寄生抵抗を低減することができる。 具体的にこの配線パターンに係る金属配線層の膜厚が、 4 0 0 〔n m〕 以上に より形成されることにより、 金属配線層自体の脆弱化を防止することができ、 金 属配線層の抵抗値の上昇を防止することができる。
( 4 ) 実施例 2
この実施例においては、 発熱素子上にエッチング保護層を形成し、 この上層に 実施例 1で上述したコンタク ト部を形成する。 なおこの実施例においては、 エツ チング保護層に関連する作成工程が異なる点を除いて、 実施例 1に係るプリンタ ヘッドと同一に構成されることにより、 対応する符号を付して示し、 重複した説 明は省略する。
すなわち第 1 4 (A) 図に示すように、 プリンタヘッド 5 9は、 シリコン基板 3 1上に発熱素子 3 9が作成された後、 莫厚 1 0〜5 0 〔n m〕 によるエツチン グ保護層 6 0が成膜される。 ここでエッチング保護層 6 0は、 配線パターン 4 4 のドライエッチングから発熱素子 3 9を保護する保護層であり、 配線パターン 4 4のパター-ングに供するエッチングガスによりエッチング困難な材料により形 成される。 具体的にこの場合、 エッチング保護層 6 0には、 窒化酸化チタン又は タングステンが適用される。
すなわちタングステンの塩化物においては、 蒸気圧が高いことにより、 塩素原 子成分を含むェツチングガスを用いたドライエッチングは、 タンダステンについ てはエッチングし難い。 また窒化酸化チタンにおいても、 塩素原子成分を含むェ ツチングガスによるエッチングレートが比較的遅いことにより、 塩素原子成分を 含むエッチングガスを用いたドライエッチングは、 窒化酸化チタンについてはェ ツチングし難い。 これによりプリンタヘッド 5 9では、 コンタク ト部 4 1の作成 に供する絶縁保護層 4 0がエッチングされる場合でも、 エツチング保護層 6 0が
露出され、 このエッチング保護層 6 0が発熱素子 3 9の保護層として機能し、 配 線パターン 4 4のドライエッチングから発熱素子 3 9を保護することができるよ うになされている。
具体的にプリンタへッド 5 9は、 エッチング保護層 6 0の上層に絶縁保護層 4 0が堆積され、 この絶縁保護層 4 0に開口を形成してコンタク ト部 4 1が作成さ れる。 続いて第 1 4 ( B ) 図に示すように、 配線パターン材料層 4 3が成膜され 、 さらに第 1 4 ( C ) 図に示すように、 塩素原子成分を含むエッチングガスを用 いたドライエッチングによりこの成膜した配線パタ一ン材料層 4 3が選択的にェ ツチング処理され、 これにより配線パターン 4 4がパターユングされる。
プリンタヘッド 5 9は、 このドライエッチング工程において、 同時に発熱素子 3 9上の配線パターン材料層 4 3が除去され、 またコンタク ト部 4 1の作成に供 する絶縁保護層 4 0がエッチングされて除去され、 これにより下層のエッチング 保護層 6 0が露出される。 これによりプリンタヘッド 5 9では、 このエッチング 保護層 6 0が発熱素子 3 9のマスクとして機能し、 ドライエッチングによる発熱 素子 3 9へのダメージを防止することができる。
プリンタヘッド 5 9は、 続いて第 1 4 (D ) 図に示すように、 絶縁保護層 4 5 、 金属保護層 4 6が順次形成され、 さらに続いてノズル 2 3、 インク液室 5 2、 このインク液室 5 2にインクを導くインク流路 2 1等が順次形成されて作成され る。
これによりこの実施例のように、 エッチング保護層を発熱素子上に別途作成す るようにしても、 実施例 1と同様の効果を得ることができる。 すなわちこのエツ チング保護層が、 配線パターンのパターユングに供するエッチングガスによりェ ツチング困難な材料であることにより、 コンタク ト部の作成に供する絶縁保護層 が配線パターンのドライエッチングにより除去される場合であっても、 ドライエ ツチングから発熱素子を確実に保護することができる。
( 5 ) 他の実施例
なお上述の実施例においては、 窒化シリコンにより絶縁保護層を形成する場合 について述べたが、 本発明はこれに限らず、 これに代えて酸化シリコンにより絶 縁保護層を形成する場合等に広く適用することができる。 また上述した構成に係
るプリンタヘッドにあっては、 コンタクト部の作成に供する絶縁保護層と配線パ ターンの作成後に形成する絶縁保護層とを異なる材料により形成するようにして も良い。 .
また上述の実施例においては、 シリコン又は銅を添カ卩したアルミニュームによ り金属配線層を形成する場合について述べたが、 本発明はこれに限らず、 アルミ ニューム、 銅及びタングステン等により金属配線層を形成する場合等に広く適用 することができる。
また上述の実施例においては、 本発明をプリンタへッドに適用してインク液滴 を飛び出させる場合について述べたが、 本発明はこれに限らず、 インク液滴に代 えて液滴が各種染料の液滴、 保護層形成用の液滴等である液体吐出ヘッド、 さら には液滴が試薬等であるマイクロディスペンサー、 各種測定装置、 各種試験装置 、 液滴がエッチングより部材を保護する薬剤である各種のパターン描画装置等に 広く適用することができる。 産業上の利用可能性
本発明は、 液体吐出ヘッド、 液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの製造方法に関 し、 例えばサーマル方式によるインクジエツトプリンタに適用することができる
Claims
1 . 液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、
前記発熱素子を駆動する半導体素子とが所定の基板上に一体に保持されて、 前 記発熱素子の駆動により所定のノズルより前記液体の液滴を飛び出させる液体吐 出へッドにおいて、
前記発熱素子の前記液室側に、 前記発熱素子を前記液体より保護する絶縁保護 層、 前記発熱素子に前記半導体素子を接続する金属配線層が順次配置され、 前記金属配線層は、
前記絶縁保護層に設けられた開口によるコンタクト部を介して前記発熱素子に 接続され、
エッチングガスによるドライエッチングによりパターユングして形成された ことを特徴とする液体吐出へッド。
2 . 前記金属配線層の膜厚が、
4 0 0 〔n m〕 以上に設定された
ことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の液体吐出へッド。
3 . 液体吐出へッドに設けられた発熱素子の駆動により液滴を飛び出させる液体 吐出装置において、
前記液体吐出へッドが、
液室に保持した液体を加熱する前記発熱素子と、
前記発熱素子を駆動する半導体素子とが所定の基板上に一体に保持され、 前記発熱素子の前記液室側に、 前記発熱素子を前記液体より保護する絶縁保護 層、 前記発熱素子に前記半導体素子を接続する金属配線層が順次配置され、 前記金属配線層は、
前記絶縁保護層に設けられた開口によるコンタク ト部を介して前記発熱素子に 接続され、
エツチングガスによるドライエッチングによりパターニングして形成された
ことを特徴とする液体吐出装置。
4 . 液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、
前記発熱素子を駆動する半導体素子とが所定の基板上に一体に保持されて、 前 記発熱素子の駆動により所定のノズルより前記液体の液滴を飛び出させる液体吐 出へッドの製造方法において、
前記発熱素子の前記液室側に、 前記発熱素子を前記液体より保護する絶縁保護 層、 前記発熱素子に前記半導体素子を接続する金属配線層を順次配置し、
前記金属配線層を、
前記絶縁保護層に設けた開口によるコンタクト部を介して前記発熱素子に接続 し、
エッチングガスによるドライエッチングによりパターユングして形成する ことを特徴とする液体吐出へッドの製造方法。
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