JP2004122671A - 液体吐出ヘッドの製造方法及び液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法及び液体吐出ヘッドに関し、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、発熱素子上における空隙の発生を防止して、長期間使用しても確実に液滴を飛び出させることができるようにする。
【解決手段】本発明は、水素活性種を含むプラズマ流又は不活性ガスによるプラズマ流の照射により下層の表面を清浄した後、絶縁被覆層を成膜する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法及び液体吐出ヘッドに関し、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、水素活性種を含むプラズマ流又は不活性ガスによるプラズマ流の照射により下層の表面を清浄した後、絶縁被覆層を成膜することにより、発熱素子上における空隙の発生を防止して、長期間使用しても確実に液滴を飛び出させることができるようにする。
【０００２】
【従来の技術】
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いる。
【０００３】
これらの方式のうちインクジェット方式は、液体吐出ヘッドであるプリンタヘ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。
【０００４】
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ー画像を印刷することができるようになされている。
【０００５】
このようなサーマル方式によるプリンタヘッドは、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。
【０００６】
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６００〔ＤＰＩ〕相当の印刷結果を得るためには、発熱素子を４２．３３３〔μｍ〕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、半導体基板上にスイッ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。
【０００７】
またサーマル方式によるプリンタにおいては、発熱素子による加熱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。これにより発砲、消砲を繰り返す毎にキャビテーショ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μ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。
【０００８】
このためプリンタヘッドは、タンタル、窒化タンタル、タンタルアルミ等により発熱素子が形成され、この発熱素子上に窒化シリコン、炭化シリコン等による絶縁被覆層が形成され、この絶縁被覆層により絶縁性が確保され、また発熱素子とインクとの直接の接触を防止するようになされている。さらにこの絶縁被覆層の上層に、タンタル等により耐キャビテーション層が形成され、この耐キャビテーション層によりキャビテーションによる機械的な衝撃を緩和するようになされている。
【０００９】
すなわち図１２は、この種のプリンタヘッドにおける発熱素子近傍の構成を示す断面図である。プリンタヘッド１は、半導体素子が作成されてなる半導体基板２上に絶縁層（ＳｉＯ_２　）等が積層された後、タンタル、窒化タンタル、タンタルアルミ等により発熱素子３が形成される。さらに窒化シリコン、炭化シリコン等による１層目の絶縁被覆層４が積層された後、アルミニューム等により配線パターン（ＡＩ配線）５が形成される。プリンタヘッド１は、この配線パターン５により半導体基板２上に形成されてなる半導体等に発熱素子３が接続され、さらに窒化シリコン、炭化シリコン等による２層目の絶縁被覆層６が積層され、この上層に、タンタルによる耐キャビテーション層７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作成される。
【００１０】
プリンタヘッド１は、このようにして作成されたインク流路によりインク液室にインクが導かれた後、半導体素子の駆動により発熱素子３が発熱し、インク液室のインクを局所的に加熱する。プリンタヘッド１は、この加熱により、このインク液室に気泡を発生してインク液室の圧力を増大させ、ノズルよりインクを押し出して印刷対象に飛翔させるようになされている。
【００１１】
このように構成されるプリンタヘッドにおいては、電源の立ち上げ時等において、発熱素子への過大な電力の印加を避け得ない。プリンタヘッドにおいては、発熱素子と絶縁被覆層とで材料の熱膨張係数が大きく異なることにより、発熱素子と絶縁被覆層の密着性が不十分であると、このように過大な電力の印加により、発熱素子から絶縁被覆層が浮き上がり、発熱素子と絶縁被覆層との間に空隙が発生する場合がある。プリンタヘッドにおいては、このような空隙が発生すると、発熱素子からインクへの熱伝導率が劣化し、インクを吐出することが困難になる（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＩＤ，Ｖｏｌ２８７／４，ｐ．４７７−ｐ．４８２）。
【００１２】
このため例えば特開平６−８４４１号公報に開示の構成においては、プラズマＣＶＤ法により絶縁被覆層を堆積する際に、前処理として、２００度、２〜１０分間の熱処理を実施することにより、又はフロンガス（ＣＦ_４　）プラズマを発熱素子表面に照射することにより、発熱素子の表面から−ＯＨ基、−Ｏ基を除去し、発熱素子と絶縁被覆層との密着性を向上するようになされている。
【００１３】
【非特許文献１】
Ｌ．Ｓ．Ｃｈａｎｇ、他，「（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＩＤ）」，１９８７年，Ｐ．４７７−４８２
【特許文献１】
特開平６−８４４１号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで図１２に示すプリンタヘッド１においては、積層した配線パターン材料をパターニングして配線パターン５が作成され、この配線パターン５により半導体基板２上の半導体等に発熱素子３が接続される。このとき発熱素子３は、１層目の絶縁被覆層４により、このパターニングに供するＢＣｌ_３　／Ｃｌ_２　ガスから保護される。これによりプリンタヘッド１は、この１層目の絶縁被覆層４の表面がＢＣｌ_３　／Ｃｌ_２　ガスに曝露され、この絶縁被覆層４の表面が塩素により汚染される。プリンタヘッド１は、その後、パターニングに供したレジストが除去され、これにより１層目の絶縁被覆層４の表面が、レジストの残渣である炭化物によりさらに汚染される。プリンタヘッド１は、さらに次工程等への搬送中に大気に曝露され、これにより１層目の絶縁被覆層４の表面に酸化物が形成される。プリンタヘッド１は、このように炭化物、酸化物等により表面が汚染された絶縁被覆層４の上層に、さらに２層目の絶縁被覆層６が積層された後、耐キャビテーション層７が形成される。これによりプリンタヘッド１は、絶縁被覆層４と絶縁被覆層６との間に炭化物、酸化物等により界面が形成される。
【００１５】
このように絶縁被覆層４、６間に炭化物等により界面が形成されると、プリンタヘッド１では、過大な電力の印加により、発熱素子３上で１層目の絶縁被覆層４から２層目の絶縁被覆層６が浮き上がる場合があり、この場合、図１２において矢印Ａにより拡大して示すように、絶縁被覆層４、６の間に空隙８が発生する。このように空隙８が発生すると、プリンタヘッド１では、発熱素子３からインクへの熱伝導率が劣化し、インクを吐出することが困難になる。
【００１６】
またプリンタヘッドは、抵抗体材料を堆積した後、パターニングして発熱素子を作成しており、これにより発熱素子表面においても、レジストの残渣である炭化物により汚染され、さらに次工程等への搬送中に大気に曝露され、これにより発熱素子表面においても、酸化物が形成される。
【００１７】
この発熱素子表面の汚染については、特開平６−８４４１号公報に開示の手法を適用して密着力を向上することが考えられるが、熱処理による前処理においては、処理に要する時間が長くなる欠点がある。またフロンガス（ＣＦ_４　）プラズマの照射による前処理においては、発熱素子をタンタル窒化膜により作成した場合、却って発熱素子表面が炭素により汚染され、また揮発しにくい絶縁性のタンタルフッ化物も形成され、これにより却って密着力が低下することが判った。
【００１８】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、発熱素子上における空隙の発生を防止して、長期間使用しても確実に液滴を飛び出させることができる液体吐出ヘッドの製造方法及び液体吐出ヘッドを提案しようとするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため請求項１の発明においては、発熱素子の駆動により、液室に保持した液体を加熱して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の製造方法に適用して、水素活性種を含むプラズマ流又は不活性ガスによるプラズマ流の照射により下層の表面を清浄した後、発熱素子を液体より保護する絶縁被覆層を成膜するようにする。
【００２０】
また請求項６の発明においては、発熱素子の駆動により、液室に保持した液体を加熱して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、水素活性種を含むプラズマ流又は不活性ガスによるプラズマ流の照射により下層の表面が清浄された後、発熱素子を液体より保護する絶縁被覆層が成膜されてなるようにする。
【００２１】
請求項１の構成によれば、発熱素子の駆動により、液室に保持した液体を加熱して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の製造方法に適用して、例えばこの液滴がインク液滴、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、この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、この液滴がエッチングより部材を保護する薬剤であるパターン描画装置等に適用する液体吐出ヘッドの製造方法に適用することができる。請求項１の構成によれば、水素活性種を含むプラズマ流又は不活性ガスによるプラズマ流の照射により下層の表面を清浄した後、発熱素子を液体より保護する絶縁被覆層を成膜することにより、炭化物、酸化物等に対して強い還元作用を有する水素活性種を含むプラズマ流により表面に形成された炭化物、酸化物等を還元して除去し、絶縁被覆層とその下層との間に炭化物、酸化物等による界面の形成を防止することができる。また不活性ガスによるプラズマ流により表面の炭化物、酸化物等より炭素原子、酸素原子等を弾き出して除去し、絶縁被覆層とその下層との間に炭化物、酸化物等による界面の形成を防止することができる。これにより例えば過大な電力の印加により発熱素子が過剰に発熱した場合でも、下層からの絶縁被覆層の浮き上がりを防止することができ、これにより発熱素子上における空隙の発生を防止して、長期間使用しても確実に液滴を飛び出させることができる液体吐出ヘッドを作成することができる。
【００２２】
これにより請求項６の構成によれば、発熱素子上における空隙の形成を防止して、長期間使用しても確実に液滴を飛び出させることができる液体吐出ヘッドを提供することができる。
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００２３】
（１）第１の実施の形態
（１−１）実施の形態の構成
図２は、本発明の第１の実施の形態に係るプリンタに適用されるプリンタヘッドを示す断面図である。プリンタヘッド１１は、発熱素子１２の上層にシリコン窒化膜による１層目の絶縁被覆層１３が形成され、この絶縁被覆層１３の表面に形成された炭化物、酸化物等が除去された後、シリコン窒化膜による２層目の絶縁被覆層１４が形成される。
【００２４】
すなわち図３（Ａ）に示すように、プリンタヘッド１１は、ウエハによるシリコン基板１５が洗浄された後、シリコン窒化膜（Ｓｉ_３　Ｎ_４　）が堆積される。続いてプリンタヘッド１１は、リソグラフィー工程、リアクティブエッチング工程によりシリコン基板１５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１１には、シリコン基板１５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。
【００２５】
続いてプリンタヘッド１１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　Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　Ｏｆ　Ｓｉｌｉｃｏｎ　）１６が膜厚５００〔ｎｍ〕により形成される。なおこの素子分離領域１６は、その後の処理により最終的に膜厚２６０〔ｎｍ〕に形成される。さらに続いてプリンタヘッド１１は、シリコン基板１５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／熱酸化膜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、酸化工程によりシリコン基板１５が処理され、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　）型によるトランジスタ１７、１８等が作成される。なおここでスイッチングトランジスタ１７は、２５〔Ｖ〕程度の耐圧を有するＭＯＳ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。これに対してスイッチングトランジスタ１８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。なおこの実施の形態においては、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解を緩和することで耐圧を確保してドライバートランジスタ１７が形成されるようになされている。
【００２６】
このようにしてシリコン基板１５上に、半導体素子であるトランジスタ１７、１８が作成されると、プリンタヘッド１１は、続いてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）法によりリンが添加されたシリコン酸化膜であるＰＳＧ（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ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ　Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　Ｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓｓ　）膜１９が順次膜厚１００〔ｎｍ〕、５００〔ｎｍ〕により作成され、これにより全体として膜厚が６００〔ｎｍ〕による１層目の層間絶縁膜が作成される。
【００２７】
続いてフォトリソグラフィー工程の後、Ｃ_４　Ｆ_８　／ＣＯ／Ｏ_２　／Ａｒ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２０が作成される。
【００２８】
さらにプリンタヘッド１１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３０〔ｎｍ〕によるチタン、膜厚７０〔ｎｍ〕による窒化酸化チタンバリアメタル、膜厚３０〔ｎｍ〕によるチタン、シリコンを１〔ａｔ％〕添加したアルミニューム、または銅を０．５〔ａｔ％〕添加したアルミニュームが膜厚５００〔ｎｍ〕により順次堆積される。続いてプリンタヘッド１１は、反射防止膜である窒化酸化チタン（ＴｉＯＮ）が膜厚２５〔ｎｍ〕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１１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、１層目の配線パターン２１が作成される。プリンタヘッド１１は、このようにして作成された１層目の配線パターン２１により、駆動回路を構成するＭＯＳ型トランジスタ１８を接続してロジック集積回路が形成される。
【００２９】
続いてプリンタヘッド１１は、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Ｓｉ（ＯＣ_２　Ｈ_５　）_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１９が堆積される。続いてプリンタヘッド１１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１９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２１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２２が形成される。
【００３０】
続いて図３（Ｂ）に示すように、プリンタヘッド１１は、スパッタリング法によりタンタル膜が堆積され、これによりシリコン基板１５上に抵抗体膜が形成される。さらに続いてフォトリソグラフィー工程、ＢＣｌ_３　／Ｃｌ_２　ガスを用いたドライエッチング工程により、余剰なタンタル膜が除去され、発熱素子１２が作成される。なおこの実施の形態においては、膜厚８３〔ｎｍ〕によるタンタル膜が堆積され、また折り返し形状により発熱素子１２が形成され、これにより発熱素子１２の抵抗値が１００〔Ω〕となるようになされている。
【００３１】
続いて図４（Ｃ）に示すように、プリンタヘッド１１は、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１２の絶縁被覆層１３が形成される。続いて図４（Ｄ）に示すように、フォトリソグラフィー工程、ＣＨＦ_３　／ＣＦ_４　／Ａｒ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が除去され、これにより発熱素子１２を配線パターンに接続する部位が露出される。さらにＣＨＦ_３　／ＣＦ_４　／Ａｒガスを用いたドライエッチング工程により、層間絶縁膜２２に開口を形成してビアホール２３が作成される。
【００３２】
さらに図５（Ｅ）に示すように、プリンタヘッド１１は、スパッタリング法により、膜厚２００〔ｎｍ〕によるチタン、シリコンを１〔ａｔ％〕添加したアルミニューム、または銅を０．５〔ａｔ％〕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１１は、膜厚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１１は、配線パターン材料２４が成膜される。
【００３３】
続いて図５（Ｆ）に示すように、フォトリソグラフィー工程、ＢＣｌ_３　／Ｃｌ_２　ガスを用いたドライエッチング工程により、成膜した配線パターン材料２４が選択的に除去され、２層目の配線パターン２５が作成される。プリンタヘッド１１は、この２層目の配線パターン２５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、またドライバートランジスタ１７を発熱素子１２に接続する配線パターンが作成される。ここで発熱素子１２の上層に取り残された絶縁被覆層１３にあっては、この配線パターン作成の際のエッチング工程において、発熱素子１２の保護層として機能するようになされている。
【００３４】
続いて図６（Ｇ）に示すように、プリンタヘッド１１は、プラズマＣＶＤ法により膜厚４００〔ｎｍ〕によるシリコン窒化膜が堆積される。この実施の形態では、この処理において、初めに水素原子、水素ラジカル（Ｈ_２　ラジカル）等の水素活性種を含むプラズマ流を生成し、このプラズマ流を照射することにより絶縁被覆層１３の表面に形成された炭化物、酸化物等を除去する。続いて窒化シリコンの成膜種を含むプラズマ流を生成し、炭化物、酸化物等を除去した絶縁被覆層１３の上層にこのプラズマ流を照射することによりシリコン窒化膜を気相成長させる。
【００３５】
具体的にプリンタヘッド１１は、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置に搭載されて炭化物、酸化物等が除去された後、続いてシリコン窒化膜が成膜される。ここで図１は、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を示す断面図である。このプラズマＣＶＤ装置３１において、反応室３２は、上部側に平板形状のシャワープレート３３が設けられ、このシャワープレート３３に設けられた導入管よりシランガス（ＳｉＨ_４　）、アンモニアガス（ＮＨ_３　）、窒素ガス（Ｎ_２　）、アルゴンガス（Ａｒ）が導入されるようになされている。また反応室３２は、シャワープレート３３と平行となる下部側に加熱試料台３４が設けられ、この加熱試料台３４にウエハによるシリコン基板１５が配置されるようになされている。なお反応室３２は、図示しない駆動手段により加熱試料台３４に内蔵されたヒーターが発熱するようになされ、これにより加熱試料台３４においては、加熱試料台３４上のシリコン基板１５を加熱するようになされている。
【００３６】
プラズマＣＶＤ装置３１では、この反応室３２内のシャワープレート３３、加熱試料台３４が高周波電源３５と接続され、この高周波電源３５によりシャワープレート３３、加熱試料台３４間に高周波（ＲＦ１３．５６〔ＭＨｚ〕）を印加するようになされ、これによりシャワープレート３３を介して反応室３２内に導入された各種ガスを励起してプラズマ流を形成するようになされている。
【００３７】
ここで図８は、このプラズマＣＶＤ装置３１における各種ガスの導入手順を高周波電源３５の印加と共に示すタイムチャートである。このプラズマＣＶＤ装置３１における工程は、初めに水素原子、水素ラジカル等の水素活性種を含むプラズマ流を３０〜６０〔秒〕の間、シリコン基板１５に照射し、絶縁被覆層１３の表面から炭化物、酸化物等を除去する（図８において除去処理により示す）。
【００３８】
すなわち反応室３２は、初めに図示しない排気系により排気しながらアンモニアガスが導入され、これにより室内がアンモニアガスにより十分満たされる（図８においてガス導入である）。続いて窒素ガスが導入されると共に、高周波電源３５より高周波が印加されてアンモニアガスが励起される。これにより反応室３２では、アンモニアガス、窒素ガスがプラズマ中の電子と衝突して解離され、水素原子、水素ラジカル等の水素活性種が生成される。すなわちアンモニアガスにおいては、プラズマ中の電子との衝突によりＮＨ_３　→ＮＨ_２　＋Ｈ、ＮＨ_３　→ＮＨ＋Ｈ_２　等で表されるように水素原子、水素ラジカル等の水素活性種を生成する。なおこのときプラズマ中の電子が窒素と衝突することにより、アンモニアガスの解離が促進され、水素原子、水素ラジカル等の水素活性種の生成が促進される。
【００３９】
反応室３２は、この水素原子、水素ラジカル等の水素活性種がプラズマ流によりシリコン基板１５に照射される。これにより反応室３２では、１層目の絶縁被覆層１３の表面に形成された炭化物、酸化物等が水素原子、水素ラジカル等の水素活性種により還元され、絶縁被覆層１３の表面から炭化物、酸化物等が除去される。すなわち絶縁被覆層１３においては、Ｃｌ＋Ｈ→ＨＣｌで表されるように水素原子、水素ラジカル等の水素活性種により表面から塩素が還元されて除去される。また絶縁被覆層１３においては、Ｃ＋Ｈ→ＣＨで表されるように、水素原子、水素ラジカル等の水素活性種により表面に形成された炭化物から炭素が還元されて除去される。また絶縁被覆層１３においては、Ｏ＋Ｈ→ＯＨ、Ｏ＋Ｈ_２　→Ｈ_２　Ｏ等で表されるように、水素原子、水素ラジカル等の水素活性種により表面に形成された酸化物から酸素が還元されて除去される。これによりこの工程においては、２層目の絶縁被覆層１４の成膜前に、水素活性種を含むプラズマ流を照射して１層目の絶縁被覆層１３の表面に形成された炭化物、酸化物等を取り除くようになされている。
【００４０】
このようにして１層目の絶縁被覆層１３の表面に形成された炭化物、酸化物等を除去すると、この工程は、表面を清浄した絶縁被覆層１３を大気に曝露することなく、続いて窒化シリコン成膜種を含むプラズマ流をシリコン基板１５に照射し、シリコン窒化膜を生成する（図８においてＳｉ_３　Ｎ_４　成膜処理である）。すなわち反応室３２は、さらにシランガスが導入され、このシランガスと窒素ガスとにより窒化シリコン成膜種が生成され、この窒化シリコン成膜種がプラズマ流によりシリコン基板１５に照射され、これによりシリコン窒化膜が生成されるようになされている。
【００４１】
このようにしてシリコン窒化膜を生成すると、続いてこの工程は、高周波電源３５より電力の供給を停止し、プラズマの形成を停止する。さらに窒素ガスのみを導入してパージし、これにより反応室３２内に残存する水素原子、水素ラジカル等の水素活性種により還元された塩素系ガスによる混合ガスを図示しない排気系より排気する。
【００４２】
なおこの実施の形態では、加熱試料台３４によりシリコン基板１５を３５０〜４００〔℃〕に加熱して保持し、高周波電源３５より０．３〜１．０〔ｋＷ〕により高周波電力を印加した。また炭化物、酸化物等の除去工程において、アンモニアガス流量、窒素ガス流量は、それぞれ３００〜１９００〔ｓｃｃｍ〕、５００〜１０００〔ｓｃｃｍ〕に設定した。これに対して成膜工程において、アンモニアガス流量、窒素ガス流量は、それぞれ１７００〜１９００〔ｓｃｃｍ〕、５００〜１０００〔ｓｃｃｍ〕に、またシランガス流量は、２００〜３００〔ｓｃｃｍ〕に設定した。
【００４３】
このようにして発熱素子１２上に絶縁被覆層１３、１４を順次形成すると、プリンタヘッド１１は、続いて熱処理炉において、４％の水素を添加した窒素ガスの雰囲気中で、又は１００％の窒素ガス雰囲気中で、４００度、６０分間の熱処理が実施される。これによりプリンタヘッド１１は、トランジスタ１７、１８の動作が安定化され、さらに１層目の配線パターン２１と２層目の配線パターン２５との接続が安定化されてコンタクト抵抗が低減される。
【００４４】
プリンタヘッド１１は、続いてスパッタリング法によりタンタルによる耐キャビテーション層４１の材料膜が膜厚２００〔ｎｍ〕により堆積される。
【００４５】
続いて図６（Ｈ）に示すように、プリンタヘッド１１は、フォトレジスト工程、ＢＣｌ_３　／Ｃｌ_２　ガスを用いたドライエッチング工程により、耐キャビテーション層４１の材料膜が所定形状によりエッチング処理され、これにより耐キャビテーション層４１が形成される。
【００４６】
プリンタヘッド１１は、続いて各チップにスクライビングされた後、図２に示すように、ドライフィルム４２、オリフィスプレート４３が順次積層される。ここで例えばドライフィルム４２は、有機系樹脂により構成され、圧着により配置された後、インク液室、インク流路に対応する部位が取り除かれ、その後硬化される。これに対してオリフィスプレート４３は、発熱素子１２の上に微小なインク吐出口であるノズル４４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、接着によりドライフィルム４２上に保持される。これによりプリンタヘッド１１は、ノズル４４、インク液室４５、このインク液室４５にインクを導くインク流路等が形成されて作成される。
【００４７】
プリンタヘッド１１は、このようなインク液室４５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。
【００４８】
（１−２）実施の形態の動作
以上の構成において、プリンタヘッド１１は、半導体基板であるシリコン基板１５に素子分離領域１６が作成されて半導体素子であるトランジスタ１７、１８が作成され、絶縁層１９により絶縁されて１層目の配線パターン２１が作成される。また続いて絶縁層２２、発熱素子１２が作成された後、１層目の絶縁被覆層１３、２層目の配線パターン２５が作成される。さらに２層目の絶縁被覆層１４が作成された後、熱処理により配線パターン間、配線パターンと発熱素子等との間の接続が安定化され、耐キャビテーション層４１、インク液室４５、ノズル４４が順次形成されて作成される（図２〜図７）。
【００４９】
このプリンタは、このようにして作成されたプリンタヘッド１１のインク液室４５にインクが導かれ、トランジスタ１７、１８による発熱素子１２の駆動により、インク液室４５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４５内の圧力が急激に増大する。プリンタでは、この圧力の増大によりインク液室４５のインクがノズル４４からインク液滴として飛び出し、このインク液滴が対象物である用紙等に付着する。
【００５０】
プリンタでは、このような発熱素子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対象物に印刷される。またプリンタヘッド１１においては、この発熱素子１２の間欠的な駆動により、インク液室４５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撃であるキャビテーションが発生する。プリンタヘッド１１では、このキャビテーションによる機械的な衝撃が耐キャビテーション層４１により緩和され、これにより耐キャビテーション層４１により発熱素子１２が保護される。また絶縁被覆層１３、１４により発熱素子１２へのインクの直接の接触が防止され、これによっても発熱素子１２が保護される。
【００５１】
しかして発熱素子１２においては、このように間欠的な駆動により発熱して、この発熱による熱が絶縁被覆層１３、１４、耐キャビテーション層４１を介してインク液室４５のインクに伝搬し、インクの温度上昇によりインク液室４５内に気泡が発生する。この実施の形態に係るプリンタヘッド１１においては、このような発熱素子１２の熱の熱伝導経路である２層目の絶縁被覆層１４が、表面を清浄した１層目の絶縁被覆層１３の上層に積層される。
【００５２】
すなわちプリンタヘッド１１では、プラズマＣＶＤ法により２層目の絶縁被覆層１４を構成するシリコン窒化膜が成膜され（図１、図８）、この成膜の際に、初めに、高周波電源３５によるアンモニアガスの励起により水素原子、水素ラジカル等の水素活性種を含むプラズマ流が生成され、このプラズマ流が１層目の絶縁被覆層１３の表面に照射される。ここで水素原子、水素ラジカル等の水素活性種においては、塩化物、炭化物、酸化物に対して強い還元作用を有することにより、このプラズマ流の照射によりプリンタヘッド１１では、絶縁被覆層１３の表面に形成された炭化物、酸化物等が還元されて除去され、これにより表面が清浄な状態とされる。その後シランガス、窒素ガスにより窒化シリコンの成膜種を含むプラズマ流が生成され、このプラズマ流により表面を清浄した絶縁被覆層１３の上層にシリコン窒化膜が気相成長される。これによりプリンタヘッド１１においては、絶縁被覆層１３、１４の間に炭化物、酸化物等による界面の形成を防止し、これにより過大な電力の印加により発熱素子１２が過剰に発熱した場合でも、１層目の絶縁被覆層１３から２層目の絶縁被覆層１４の浮き上がりを防止することができる。従ってプリンタヘッド１１においては、発熱素子１２上における空隙の発生を防止して、長期間使用しても確実に液滴を飛び出させることができる。
【００５３】
またこのようなプラズマＣＶＤ法による清浄、成膜においては、使用するアンモニアガス、シランガス、窒素ガスが半導体製造プロセスで十分に実用実績のある材料であり、かつ既存の製造プロセスを利用するものであり、これにより製造プロセスにおいて、十分な信頼性を確保することができる。
【００５４】
またこのようなプラズマＣＶＤ法による清浄においては、成膜と同一工程でかつ短時間で炭化物、酸化物等を除去することができ、これにより工程数の増大を防止することができ、また熱処理による前処理に比して半導体製造プロセスを短縮することができる。
【００５５】
またこのようにして表面の清浄に供されるガスが絶縁被覆層の生成に供するアンモニアガスであることにより、表面の清浄が完了すると、絶縁被覆層の生成に供する他のガスを導入して、速やかに、絶縁被覆層を成膜することができ、これにより従来の絶縁被覆層の成膜装置を使用して、プリンタヘッドの信頼性を向上することができる。
【００５６】
（１−３）実施の形態の効果
以上の構成によれば、水素活性種を含むプラズマ流の照射により下層の表面を清浄した後、絶縁被覆層を成膜することにより、絶縁被覆層とその下層との間に炭化物、酸化物等による界面の形成を防止することができる。これにより例えば過大な電力の印加により発熱素子が過剰に発熱した場合でも、発熱素子上における空隙の発生を防止して、長期間使用しても確実に液滴を飛び出させることができる。
【００５７】
すなわちアンモニアガスと窒素ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法により、水素活性種を含むプラズマ流を生成して下層の表面を清浄した後、アンモニアガス、窒素ガス及びシランガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、絶縁被覆層を成膜することにより、絶縁被覆層とその下層との間に炭化物、酸化物等による界面の形成を防止することができる。
【００５８】
またこの下層が、発熱素子上に形成された窒化シリコンによる１層目の絶縁被覆層であることにより、表面を清浄した１層目の絶縁被覆層の上層に２層目の絶縁被覆層を成膜することができ、これにより絶縁被覆層間に炭化物、酸化物等による界面の形成を防止することができる。
【００５９】
（２）第２の実施の形態
図９は、本発明の第２の実施の形態に係るプリンタに適用されるプリンタヘッドについて、発熱素子を周辺構成と共に示す断面図である。このプリンタヘッド５１においては、ウエットエッチングにより２層目の配線パターン５４が作成されて発熱素子５３とシリコン基板５２上の半導体等とが接続された後、水素活性種を含むプラズマ流の照射により発熱素子５３の表面が清浄され、この上層にさらにシリコン窒化膜による絶縁被覆層５５が形成される。なおこの実施の形態においては、このような２層目の配線パターン５４に関連する工程が異なる点を除いて、第１の実施の形態に係るプリンタヘッド１１と同一に構成されることにより、第１の実施の形態と同一の構成においては、対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【００６０】
すなわちこのプリンタヘッド５１は、シリコン基板５２上に発熱素子５３を駆動するトランジスタ１７、１８が作成され、層間絶縁層１９により絶縁されて１層目の配線パターン２１が作成される。プリンタヘッド５１は、続いて層間絶縁層２２が作成された後、タンタル膜が堆積され、ドライエッチング法により余剰なタンタル膜が除去され、これにより折り返し形状による発熱素子５３が作成される。
【００６１】
プリンタヘッド５１は、続いてフォトリソグラフィー工程、ＣＨＦ_３　／ＣＦ_４　／Ａｒガスを用いたドライエッチング工程により、層間絶縁膜２２に開口を形成してビアホール２３が作成される。
【００６２】
続いて図１０（Ａ）に示すように、プリンタヘッド５１は、スパッタリング法により膜厚３００〜５００〔ｎｍ〕によるアルミニュームが堆積され、続いて図１０（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー工程、ウエットエッチング工程によりアルミニュームが選択的に除去され、これにより２層目の配線パターン５４が作成される。このときプリンタヘッド５１においては、このフォトリソグラフィー工程、ウエットエッチング工程により発熱素子５３上のアルミニュームが除去され、これにより発熱素子５３が露出される。
【００６３】
プリンタヘッド５１は、続いて第１の実施の形態で上述したと同様に、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置３１による清浄、成膜処理により発熱素子の表面が清浄された後、絶縁被覆層５５であるシリコン窒化膜が堆積される。すなわちプリンタヘッド５１においては、図１０（Ｃ）に示すように、水素原子、水素ラジカル等の水素活性種の照射により発熱素子５３の表面に形成された炭化物から炭素が還元されて除去される。またプリンタヘッド５１においては、水素原子、水素ラジカル等の水素活性種の照射により発熱素子５３の表面に形成された酸化物から酸素が還元されて除去される。これによりプリンタヘッド５１は、発熱素子５３の表面に形成された炭化物、酸化物等が取り除かれ、表面が清浄な状態とされる。
【００６４】
このように発熱素子５３の表面が清浄な状態とされると、プリンタヘッド５１は、続いてこのプラズマＣＶＤ装置３１において、シランガス、窒素ガスの導入により発熱素子５３の表面を大気に曝露することなく、窒化シリコン成膜種を含むプラズマ流が照射され、これにより図１０（Ｄ）に示すように、発熱素子５３の上層に絶縁被覆層５５であるシリコン窒化膜が気相成長される。なおこの実施の形態においては、第１の実施の形態と同様の条件で炭化物、酸化物等を除去し、また第１の実施の形態と同様の条件で成膜した。
【００６５】
このようにして絶縁被覆層５５が作成されると、プリンタヘッド５１は、続いて熱処理炉において、４％の水素を添加した窒素ガスの雰囲気中で、又は１００％の窒素ガス雰囲気中で、４００度、６０分間の熱処理が実施される。これによりプリンタヘッド５１は、トランジスタ１７、１８の動作が安定化され、さらに１層目の配線パターン２１と２層目の配線パターン５４との接続が安定化されてコンタクト抵抗が低減される。プリンタヘッド５１は、続いてスパッタリング装置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タンタルによる耐キャビテーション層４１の材料膜が膜厚２００〔ｎｍ〕により堆積される。
【００６６】
続いて図９に示すように、プリンタヘッド１１は、フォトレジスト工程、ＢＣｌ_３　／Ｃｌ_２　ガスを用いたドライエッチング工程により、耐キャビテーション層４１の材料膜が所定形状により加工され、これにより耐キャビテーション層４１が形成される。プリンタヘッド５１は、続いて各チップにスクライビングされた後、ドライフィルム４２、オリフィスプレート４３が順次積層され、これによりインク液室４５、ノズル４４が形成されて作成される。
【００６７】
この実施の形態においては、発熱素子の上層に絶縁被覆層を形成する場合に、事前に水素活性種を含むプラズマ流の照射により発熱素子の表面を清浄することにより、発熱素子と絶縁被覆層との間について、空隙の発生を防止して、長期間使用しても確実に液滴を飛び出させることができる。
【００６８】
（４）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、アンモニアガスとシランガスとを用いたプラズマＣＶＤ法により水素活性種を含むプラズマ流を照射して下層の表面を清浄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、シランガスを用いたプラズマＣＶＤ法により水素活性種を含むプラズマ流を照射して下層の表面を清浄するようにしてもよい。このような場合においては、図８との対比により図１１に示すように、シランガスの導入により、水素原子、水素ラジカル等の水素活性種により表面に形成された炭化物、酸化物等を還元して除去する。
【００６９】
すなわちシランガスにおいては、プラズマ中の電子との衝突によりＳｉＨ_４　→ＳｉＨ_３ ^＋＋Ｈ、ＳｉＨ_４　→ＳｉＨ_２ ^＋＋Ｈ_２、ＳｉＨ_４　→Ｓｉ^＋＋Ｈ_２　等で表
されるように水素原子、水素ラジカル等の水素活性種を生成する。
【００７０】
さらにアンモニアガス、窒素ガスを導入し、プラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜を堆積する。これによりシランガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、水素活性種のプラズマ流を生成し、アンモニアガス、窒素ガス及びシランガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、絶縁被覆層を成膜するようにしても、発熱素子上に炭化物、酸化物等による界面の形成を防止することができる。因みにこのような清浄、成膜においては、基板温度３５０〜４００〔℃〕、高周波電力０．３〜１．０〔ｋＷ〕、シランガス流量３００〜１９００〔ｓｃｃｍ〕に設定して炭化物、酸化物等を除去処理した場合であり、また基板温度３５０〜４００〔℃〕、高周波電力０．３〜１．０〔ｋＷ〕、シランガス流量２００〜３００〔ｓｃｃｍ〕、アンモニアガス流量１７００〜１９００〔ｓｃｃｍ〕及び窒素ガス流量５００〜１０００〔ｓｃｃｍ〕に設定し、これらの条件で成膜処理した場合である。
【００７１】
また上述の第１の実施の形態においては、２層目の絶縁被覆層のみをプラズマＣＶＤ法により清浄、成膜する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これに加えて、１層目の絶縁被覆層もプラズマＣＶＤ法により清浄、成膜するようにしてもよい。
【００７２】
また上述の実施の形態においては、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置により下層の表面を清浄した後、絶縁被覆層を成膜する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置に代えて、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ：誘導結合）型プラズマＣＶＤ装置等を広く適用することができる。
【００７３】
さらに上述の実施の形態においては、水素活性種を含むプラズマ流の照射により下層の表面を清浄する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、スパッタリング装置を用いて励起した不活性ガスの照射により下層の表面を清浄することも可能である。なおこの場合、例えばアルゴンガス、ヘリウムガス等の励起した不活性ガスによりプラズマ中の陽イオンが下層の表面に衝突して表面の炭化物、酸化物等より炭素原子、酸素原子等を弾き出すことにより、表面の炭化物、酸化物等を除去することになる。
【００７４】
また上述の実施の形態においては、折り返し形状により発熱素子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、正方形形状により発熱素子を形成する場合等、種々の形状により発熱素子を形成する場合に広く適用することができる。
【００７５】
また上述の実施の形態においては、本発明をプリンタヘ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各種染料の液滴、保護層形成用の液滴等であるプリンタヘッド、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。
【００７６】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、水素活性種を含むプラズマ流又は不活性ガスによるプラズマ流の照射により下層の表面を清浄した後、絶縁被覆層を成膜することにより、発熱素子上における空隙の発生を防止して、長期間使用しても確実に液滴を飛び出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプリンタヘッドの製造工程に適用されるプラズマＣＶＤ装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るプリンタヘッドを示す断面図である。
【図３】図２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。
【図４】図３の続きを示す断面図である。
【図５】図４の続きを示す断面図である。
【図６】図５の続きを示す断面図である。
【図７】図６の続きを示す断面図である。
【図８】図１のプラズマＣＶＤ装置におけるガスの導入手順を電源の印加と共に示すタイムチャートである。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るプリンタヘッドにおける発熱素子をその周辺構成と共に示す断面図である。
【図１０】図９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。
【図１１】他の実施の形態におけるガスの導入手順を図８との対比により示すタイムチャートである。
【図１２】従来のプリンタヘッドを示す断面図である。
【符号の説明】
１、１１、５１……プリンタヘッド、２、１５、５２……シリコン基板、３、１２、５３……発熱素子、４、６、１３、１４、５５……絶縁被覆層、７、４１……耐キャビテーション層、１７、１８……トランジスタ、２１、２５、５４……配線パターン、３１……プラズマＣＶＤ装置

Claims (8)

1. 発熱素子の駆動により、液室に保持した液体を加熱して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ヘッドの製造方法において、
   水素活性種を含むプラズマ流又は不活性ガスによるプラズマ流の照射により下層の表面を清浄した後、
   前記発熱素子を前記液体より保護する絶縁被覆層を成膜する
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. アンモニアガスと窒素ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法により、前記水素活性種を含むプラズマ流を生成し、
   アンモニアガス、窒素ガス及びシランガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、前記絶縁被覆層を成膜する
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. シランガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、前記水素活性種を含むプラズマ流を生成し、
   アンモニアガス、窒素ガス及びシランガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、前記絶縁被覆層を成膜する
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記下層が、前記発熱素子上に形成された窒化シリコンによる絶縁層である
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記下層が、前記発熱素子である
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 発熱素子の駆動により、液室に保持した液体を加熱して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ヘッドにおいて、
   水素活性種を含むプラズマ流又は不活性ガスによるプラズマ流の照射により下層の表面が清浄された後、前記発熱素子を前記液体より保護する絶縁被覆層が成膜された
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
7. 前記下層が、前記発熱素子上に形成された窒化シリコンによる絶縁層である
   ことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記下層が、前記発熱素子である
   ことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。

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