JP2004268277A - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置並びに液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱抵抗素子を駆動して所定の液体を液体吐出ノズルから対象物に対して吐出する液体吐出ヘッド及び液体吐出装置並びに液体吐出ヘッドの製造方法において、発熱抵抗素子と駆動回路素子とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上する。
【解決手段】吐出すべき所定の液体を収容する液室４内に配置されると共に上記液体に気泡を発生させるための発熱抵抗素子７に駆動電気信号を印加して熱エネルギを液体に付与し、液体吐出ノズル５から液体を吐出させる液体吐出ヘッド１であって、基板部材３に形成された発熱抵抗素子７と駆動回路素子１３とを多層配線構造で接続する部位にて、発熱抵抗素子７に接続する配線層１５と駆動回路素子１３に接続する配線層１４との間に接続孔１６を形成して該接続孔１６内に金属を埋め込み、この金属埋込み層１７で上記二つの配線層１４，１５を接続したものである。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱抵抗素子を駆動して所定の液体を液体吐出ノズルから対象物に対して吐出する液体吐出ヘッド及び液体吐出装置並びに液体吐出ヘッドの製造方法に関し、詳しくは、発熱抵抗素子と駆動回路素子とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上することができる液体吐出ヘッド及び液体吐出装置並びに液体吐出ヘッドの製造方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の液体吐出ヘッド、例えばインクジェット方式のプリントヘッドは、静電引力方式、連続振動発生方式（電気機械変換方式）又はサーマル方式（電気熱変換方式）等の方式でインク液の小滴をノズル部材に形成されたインク吐出ノズルから吐出させ、記録媒体に付着せしめて、文字や画像を印画するものである。特に、サーマル方式のプリントヘッドが簡易にカラー画像を形成できることから、普及が拡大している。このサーマル方式は、熱エネルギをインク液に作用させて液滴を吐出させるようにしたものであり、熱エネルギの作用を受けたインク液が急激な体積の増加を伴う状態に変化し、この状態変化に基づく作用力によって、プリントヘッドのインク吐出ノズルからインク液が吐出されるようになっている。
【０００３】
このようなインク液を吐出させるプリントヘッドでは、熱エネルギを発生させる発熱抵抗素子としてＴａ，ＴａＮｘ，ＴａＡｌ等の材料が用いられている。この発熱抵抗素子にはＭＯＳ或いはバイポーラ型の駆動トランジスタにて駆動電力が供給される。この駆動トランジスタも、ＭＯＳ或いはバイポーラ型のトランジスタからなるロジック集積回路にて制御されている。そして、印画の高画質化のため、上記発熱抵抗素子は高密度で配置されることが望まれている。例えば、印画密度が６００ＤＰＩ相当のプリントヘッドでは、発熱抵抗素子を例えば４２．３３３μｍ間隔で配置する必要がある。このため、上記発熱抵抗素子及び駆動トランジスタ並びにロジック集積回路が同一半導体基板上に形成されるのが主流となっている。
【０００４】
上記サーマル方式のプリントヘッドでは、発熱抵抗素子にインク滴を吐出させるための所要の駆動電気パルスを印加するものであり、インク滴を吐出させる発熱部には発熱抵抗素子上にＳｉ_３Ｎ_４層と正方晶構造のβ−Ｔａ層の２層からなる保護膜が形成されている。この発熱抵抗素子上に形成されるＳｉ_３Ｎ_４層は、該発熱抵抗素子に接続されるＡｌの配線層との層間絶縁膜として機能し、β−Ｔａ層は、インク滴の消泡時の機械的衝撃（キャビテーション）を吸収緩和すると共に、インク成分による化学反応に対する防止層として機能している。
【０００５】
上記のＳｉ_３Ｎ_４層及びβ−Ｔａ層共に厚さが大きい方が信頼性の点から有利であるが、この場合はインク吐出に必要な熱エネルギ効率が落ちる。そのため、ＳｉＮ層は例えば０．１５〜０．６μｍの厚さ、Ｔａ層は例えば０．２μｍ程度の厚さに設定されているのが一般的である。特に、ＳｉＮ層については絶縁膜であるため、金属層であるＴａ層に比べて熱伝導性が悪い。熱効率改善のためにはＳｉＮ層を薄くすることが望まれるが、信頼性とのトレード・オフとなる。そこで、上記発熱抵抗素子に接続されるＡｌ配線層の厚さを薄くすることで、ＳｉＮ層を薄くすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、Ａｌ配線層の厚さを０．１８〜０．２４μｍに規定することで、ＳｉＮ層を０．２６〜０．３４μｍの厚さとするものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１３０００３号公報（第１４〜１５頁、図１３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１に記載されたように、発熱抵抗素子に接続されるＡｌ配線層を薄くすると、その配線抵抗の増加により寄生抵抗が増加し、発熱抵抗素子で消費されるべき熱エネルギ効率が劣化する。それに加えて、上記発熱抵抗素子に接続されるＡｌ配線層には、インク吐出のための熱エネルギ発生のために、例えば７０〜１６０ｍＡの電流を流す必要がある。これは通常の半導体集積回路に比べ非常に大きい電流値であり、上述の０．１８〜０．２４μｍの厚さのＡｌ配線層においては負荷が大きい電流値であって、Ａｌ配線層が断線する虞がある。したがって、接続孔部での導通の信頼性が低下する。
【０００８】
これに対して、Ａｌ配線層の寿命を補強するために、Ａｌ中にＳｉやＣｕを添加して、Ａｌ配線層の断線の起点となるＡｌの結晶粒界をＳｉやＣｕで補強する手法がある。しかしながら、Ａｌを溶解させる薬液を用いて発熱抵抗素子上のみＡｌ配線層を除去し、インク吐出の発熱部を形成するプリントヘッド作製プロセスでは、Ａｌ中に添加したＳｉやＣｕが残渣として発熱抵抗素子上に残るという問題がある。
【０００９】
仮に、上記残渣が残るという問題を解決した状態で、ＳｉやＣｕを添加したＡｌ配線層を採用したとしても、発熱抵抗素子に接続されるＡｌ配線層と、駆動トランジスタに接続されるＡｌ配線層とは、接続孔（ビアホール）を介して接続されることとなり、この接続孔においては発熱抵抗素子に接続されるＡｌ配線層に必然的に段差が形成され、この段差部において電流集中が起こり、上記発熱抵抗素子に接続されるＡｌ配線層が断線する虞がある。
【００１０】
これに対処して、上記特許文献１には、接続孔の側壁にテーパー形状をつけて上記の段差を緩和することが記載されているが、接続孔の側壁をテーパー形状にしたとしても段差部が無くなる訳ではなく、根本的に上記段差部において発熱抵抗素子に接続されるＡｌ配線層の断線を回避することはできない。また、上記接続孔（ビアホール）は、直径１０〜１５μｍの大きな径を有するものであるが、この径を大きくしても段差部におけるＡｌ配線層の断線を回避できるものでもない。したがって、接続孔部での導通の信頼性は改善できない。
【００１１】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、発熱抵抗素子と駆動回路素子とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上することができる液体吐出ヘッド及び液体吐出装置並びに液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による液体吐出ヘッドは、吐出すべき所定の液体を収容する液室と、上記液室内に配置されると共に上記液体に気泡を発生させるための発熱抵抗素子と、上記発熱抵抗素子による上記液体の気泡の生成に伴って上記液室内の液体を吐出させるための液体吐出ノズルと、上記発熱抵抗素子が形成される共に該発熱抵抗素子に駆動電気信号を印加する駆動回路素子が形成された基板部材と、を備え、上記発熱抵抗素子に駆動電気信号を印加して熱エネルギを液体に付与し上記液体吐出ノズルから液体を吐出させる液体吐出ヘッドであって、上記基板部材の発熱抵抗素子と駆動回路素子とを多層配線構造で接続する部位にて、発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層との間に接続孔を形成して該接続孔内に金属を埋め込み、この金属埋込み層で上記二つの配線層を接続したものである。
【００１３】
このような構成により、発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層との間に接続孔を形成して該接続孔内に金属を埋め込み、この金属埋込み層で上記二つの配線層を接続したことにより、上記発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層とが直接接触することをなくし、発熱抵抗素子に接続する配線層に段差が形成されるのを回避する。これにより、配線層の断線を抑制して、発熱抵抗素子と駆動回路素子とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上する。
【００１４】
また、本発明による液体吐出装置は、装置本体部に液体吐出ヘッドを着脱可能な状態に保持し、該液体吐出ヘッドに形成された各液体吐出ノズルから所定の液体を吐出してドット列又はドットを形成する液体吐出装置であって、上記液体吐出ヘッドは、吐出すべき所定の液体を収容する液室と、上記液室内に配置されると共に上記液体に気泡を発生させるための発熱抵抗素子と、上記発熱抵抗素子による上記液体の気泡の生成に伴って上記液室内の液体を吐出させるための液体吐出ノズルと、上記発熱抵抗素子が形成される共に該発熱抵抗素子に駆動電気信号を印加する駆動回路素子が形成された基板部材とを備え、該基板部材の発熱抵抗素子と駆動回路素子とを多層配線構造で接続する部位にて、発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層との間に接続孔を形成して該接続孔内に金属を埋め込み、この金属埋込み層で上記二つの配線層を接続したものである。
【００１５】
このような構成により、装置本体部に着脱可能に保持される液体吐出ヘッドを、前述の手段による液体吐出ヘッドと同じ構成とすることにより、発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層とが直接接触することをなくし、発熱抵抗素子に接続する配線層に段差が形成されるのを回避する。これにより、液体吐出ヘッドの配線層の断線を抑制して、発熱抵抗素子と駆動回路素子とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上する。
【００１６】
さらに、本発明による液体吐出ヘッドの製造方法は、半導体基板の一面に駆動回路素子を形成する工程と、上記半導体基板上に第一の層間絶縁膜を形成する工程と、第一の層間絶縁膜上に上記駆動回路素子に接続する第一の配線層を形成する工程と、第一の配線層上に第二の層間絶縁膜を形成した後、この第二の層間絶縁膜の厚み内に上記第一の配線層に接続するための接続孔を形成する工程と、この接続孔内に金属を埋め込み金属埋込み層を形成する工程と、上記第二の層間絶縁膜上に発熱抵抗素子を形成する工程と、この発熱抵抗素子と上記金属埋込み層とを接続する第二の配線層を形成する工程と、上記第一及び第二の配線層が形成された半導体基板に対し熱処理を施す工程と、この熱処理された基板部材に対して、液体吐出ノズルを一壁面に有する液室を構成する工程と、を行うものである。
【００１７】
このような方法により、液体吐出ヘッドの基板部材を薄膜プロセス及びフォトリソグラフィ工程並びにエッチング処理などの半導体製造プロセスにより形成することで、発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層とが直接接触することをなくし、発熱抵抗素子に接続する配線層に段差が形成されるのを回避する。これにより、配線層の断線を抑制して、発熱抵抗素子と駆動回路素子とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上する。また、同一半導体基板上に高密度の発熱抵抗素子及び駆動回路素子を形成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による液体吐出ヘッドの実施の形態を示す要部拡大断面図である。この液体吐出ヘッドは、発熱抵抗素子を駆動して所定の液体を液体吐出ノズルから対象物に対して吐出するもので、一例としては、サーマル方式（電気熱変換方式）でインク液の小滴をノズル部材に形成されたインク吐出ノズルから吐出させ、記録媒体に付着せしめて、文字や画像を印画するインクジェット方式のプリントヘッドである。
【００１９】
図１において、このインクジェット方式のプリントヘッド１は、ノズル部材２と、基板部材３とを備えて成る。ノズル部材２は、吐出すべき所定の液体（インク液）を収容する液室としてのインク室４の一側面を構成すると共に、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの各色のインク用に多数の液体吐出ノズル、即ちインク吐出ノズル５が形成されている。このノズル部材２は、例えば厚さ１５〜２０μｍ程度のシート部材から成り、その所定位置に直径約２０μｍ程度のインク吐出ノズル５が数百個、整列された状態で形成されている。
【００２０】
上記ノズル部材２の一面には、後述の液室形成部材６を介して基板部材３が接着されている。この基板部材３は、上記インク室４の一側面とは異なる側面を構成し、該インク室４内のインク液を上記インク吐出ノズル５から吐出させるためにインク液に気泡を発生させる発熱抵抗素子７が形成されると共に、該発熱抵抗素子７に駆動電気信号（駆動電気パルス）を印加する駆動回路素子（図２の符号１３参照）が形成され、いわゆるヘッドチップと呼ばれるものである。
【００２１】
上記発熱抵抗素子７は、駆動電気パルスの印加により発熱してインク室４内に収容されたインク液に熱エネルギを付与し、インク吐出ノズル５からインク液滴８を吐出させるもので、シリコン（Ｓｉ）から成る半導体基板９の一方の面に析出形成されている。なお、発熱抵抗素子７は、Ｔａ，ＴａＮｘ又はＴａＡｌ等の物質から成り、例えば一辺が約１８μｍ程度の正方形状をなし、或いは、約２０μｍ長で９．６μｍ幅の分割抵抗素子から成る２分割形状をなしている。
【００２２】
上記ノズル部材２と半導体基板９との間に積層された液室形成部材６は、その一端面が発熱抵抗素子７に接近して配置されており、ノズル部材２の面と半導体基板９の面と液室形成部材６の一端面とで囲まれた空間がインク室４とされている。上記液室形成部材６は、例えば露光硬化型のドライフィルムレジストから成り、上記半導体基板９の発熱抵抗素子７が形成された面の全体に積層された後、フォトリソプロセスによって不要な部分が取り除かれることによって形成されている。なお、液室形成部材６の厚みは、約１２μｍ程度とされている。また、インク室４の幅は、約２５μｍ程度とされている。
【００２３】
そして、上記ノズル部材２には、流路板１０が貼り合わされている。この流路板１０の板厚の内部には、インク室４へインク液を供給するためのインク流路１１が形成されている。なお、流路板１０には、インク流路１１に連通するインク供給管１２が接続されている。上記流路板１０は、１色のインクごとに１個設けられ、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色では４個並列に設けられている。
【００２４】
このような状態で、上記基板部材３に形成された発熱抵抗素子７及び駆動回路素子１３と外部の図示外の制御部とがフレキシブル基板（図示せず）により電気的に接続されて駆動制御される。そして、上記発熱抵抗素子７に駆動電気パルスを印加して駆動し、熱エネルギをインク液に付与しインク吐出ノズル５からインク液滴８を吐出させるようになっている。
【００２５】
ここで、本発明においては、図２に示すように（図２は図１と天地を逆にして示している）、上記基板部材３の発熱抵抗素子７と駆動回路素子１３とを多層配線構造で接続する部位にて、発熱抵抗素子７に接続する配線層と駆動回路素子１３に接続する配線層との間に接続孔を形成して該接続孔内に金属を埋め込み、この金属埋込み層で上記二つの配線層が接続されている。すなわち、上記基板部材３内にて、駆動回路素子１３に接続するＡｌの第一の配線層１４と、発熱抵抗素子７に接続するＡｌの第二の配線層１５との層間に接続孔１６，１６が形成され、該接続孔１６，１６内に金属が埋め込まれている。そして、この金属埋込み層１７，１７で第一及び第二の配線層１４，１５が接続されている。なお、上記金属埋込み層１７は、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）又は窒化タンタル（ＴａＮ）のいずれか一つの金属或いは複数の金属から成る。その他、化学気相成長法（ＣＶＤ法）或いは電界メッキ法により成膜できるものならば、他の金属を用いてもよい。
【００２６】
また、上記発熱抵抗素子７を保護する被覆層として、タンタル（Ｔａ）或いはタンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）から成るキャビテーション層１８が形成されている。この発熱抵抗素子７を保護する被覆層としてＴａＡｌを形成するのは、正方晶構造のβ−Ｔａの結晶粒界にＡｌが存在するＴａＡｌがインク液滴の消泡時の機械的衝撃（キャビテーション）を吸収緩和すると共に、インク液成分による化学反応に対する保護層として機能するからである。
【００２７】
さらに、上記発熱抵抗素子７は、基板部材３に対しスパッタリング法により成膜されている。或いは、化学気相成長法（ＣＶＤ法）により成膜されたものであってもよい。
【００２８】
このような構成により、二つの配線層１４，１５間に形成された接続孔１６内に金属を埋め込み、この金属埋込み層１７で第一及び第二の配線層１４，１５を接続することにより、従来のようにビアホール内で発熱抵抗素子７に接続する配線層と駆動回路素子１３に接続する配線層とが直接接触することをなくし、発熱抵抗素子７に接続する配線層に段差が形成されるのを回避することができる。これにより、配線層１４，１５の断線を抑制して、発熱抵抗素子７と駆動回路素子１３とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上することができる。
【００２９】
次に、上記のように構成される液体吐出ヘッド、例えばプリントヘッド１の製造方法について、図３〜図１０を参照して説明する。まず、図３において、半導体基板９（Ｓｉ基板）に洗浄工程を施し、該半導体基板９上にシリコン窒化膜を堆積し、リソグラフィー工程を経てリアクティブイオンエッチング工程を施し、トランジスタを形成する領域上にＳｉ_３Ｎ_４膜が残るようにする。そして、熱酸化工程を施し、Ｓｉ_３Ｎ_４膜が除去された領域に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）となる熱シリコン酸化膜１９を例えば５００ｎｍ形成する。その後、この熱シリコン酸化膜１９はエッチングされ、最終膜厚は例えば２６０ｎｍとなる。
【００３０】
次に、再び洗浄工程を施し、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を形成し、ソース・ドレイン領域を形成するためのイオン注入工程、熱処理工程を施し、ＭＯＳ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型のトランジスタを形成する。これらの工程により２５Ｖ程度の耐圧を有するＭＯＳ型の駆動トランジスタから成る駆動回路素子１３と、５Ｖ動作のＭＯＳトランジスタから成るロジック集積回路２０とを形成する。上記２５Ｖ程度の耐圧を有するＭＯＳ型の駆動トランジスタの形成は、ゲート／ドレイン間に低濃度の拡散層を形成し、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する。或いは、熱シリコン酸化膜をゲート／ドレイン間に形成することで、加速される電子の電界を緩和することも可能である。
【００３１】
次に、ＣＶＤ法にてリンが添加されたシリコン酸化膜であるＰＳＧ膜を例えば１００ｎｍ堆積し、引き続きボロンとリンが添加されたシリコン酸化膜であるＢＰＳＧ膜を例えば５００ｎｍ堆積する。これにより６００ｎｍ膜厚の１層目の第一の層間絶縁膜２１ａを形成する。その後、上記１層目の層間絶縁膜２１ａにフォトリソグラフィー工程を施し、Ｃ_４Ｆ_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を用いて、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２２を開口する。
【００３２】
次に、図３において希フッ酸洗浄を施した後、図４において、スパッタリング法にて、ソース／ドレイン拡散層とのコンタクト抵抗低減のためのＴｉコンタクトメタルを例えば３０ｎｍ、ＴｉＯＮバリアメタルを７０ｎｍ、さらにＴｉを３０ｎｍ順次堆積し、その上層にＳｉが１ａｔｏｍ％添加されたＡｌ（或いはＣｕが０．５ａｔｏｍ％添加されたＡｌ）を５００ｎｍ堆積する。その上にＴｉを１０ｎｍ堆積し、更にその上層にＡｌ層の反射防止膜としてＴｉＯＮを例えば２５ｎｍ堆積する。その後、フォトリソグラフィー工程、塩素系ガスを主体に用いたドライエッチング工程を施し、１層目の第一の配線層１４（上層より、ＴｉＯＮ反射防止膜／Ｔｉ／Ａｌ−１％Ｓｉ／Ｔｉ／ＴｉＯＮバリアメタル／Ｔｉコンタクトメタルの構造）を形成する。
【００３３】
次に、上記第一の配線層１４上にＣＶＤ法でＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）を原料ガスとしてシリコン酸化膜を堆積する。その上層にＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）と呼ぶ有機溶媒を含む塗布型シリコン酸化膜を塗布する。この積層膜を、フッ素系ガスを用いて全面エッチバックすることにより平坦化する。この工程を２回繰り返すことにより、例えば４４０ｎｍ膜厚のシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）からなる２層目の第二の層間絶縁膜２１ｂを形成する。
【００３４】
その後、上記第二の層間絶縁膜２１ｂにフォトレジスト工程を施し、図２に示す発熱抵抗素子７及び第二の配線層１５と接続するための接続孔（ビアホール）１６領域となる部分を規定し、ＣＨＦ_３／ＣＦ_４／Ａｒ系ガスを用いたドライエッチング法により第二の層間絶縁膜２１ｂをエッチングする。この工程にて、例えば０．５〜１．０μｍの直径を有する接続孔１６が１０〜１５個程度開口される。
【００３５】
次に、図４において、レジスト除去のアッシング工程及び洗浄工程を経て、図５に示すように、スパッタリング法にて、Ａｌとの接触抵抗低減のためのＴｉコンタクトメタルを２０ｎｍ堆積し、その後、Ｗとの接着性が良いＴｉＮバリアメタルを５０ｎｍ堆積させて、接着層２３（上層より、ＴｉＮ／Ｔｉの構造）を形成する。
【００３６】
次に、図６において、半導体基板９の全体をＣＶＤ装置に搭載し、該半導体基板９の加熱温度を約４００〜４５０℃に設定し、反応ガスとしてＷＦ_６，ＳｉＨ_４，Ｈ_２を用いて、金属膜としてタングステン（Ｗ）膜２４をＣＶＤ法により成膜する。このときまず、ＷＦ_６ガスをＳｉＨ_４ガスで還元し、ＴｉＮバリアメタル上にＷを成長させるための核となるＷ膜を成膜する。次に、ＷＦ_６ガスをＨ_２ガスで還元し、上記０．５〜１．０μｍの直径の接続孔１６内が完全にＷで埋め込まれるように、０．５〜１．０μｍの厚さまでＷ膜２４を成膜する。これにより、上記接続孔１６内にＷが埋め込まれる。
【００３７】
次に、図６において、上記接続孔１６内に埋め込まれた以外の第二の層間絶縁膜２１ｂ上に成膜されたＷ，ＴｉＮ，Ｔｉをエッチバック法又はＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシュ）法にて除去する。このとき、エッチバック法は、ＳＦ_６等のフッ素系ガスでＷをエッチング除去し、Ｃｌ_２等の塩素系ガスでＴｉＮ，Ｔｉをエッチング除去するものである。また、ＣＭＰ法は、ＷやＴｉＮ，Ｔｉを酸化溶解させる作用を有する研磨剤を用いて、上記接続孔１６内に埋め込まれた以外のＷ，ＴｉＮ，Ｔｉを除去するものである。この工程を経ることで、図７に示すように、接続孔１６内のみにＷが残され、該接続孔１６内に金属埋込み層１７が形成される。
【００３８】
次に、図７において洗浄工程を経た後に、図８において、半導体基板９の全体をスパッタリング装置に搭載し、スパッタリング法にて発熱抵抗素子７としてＴａ，ＴａＮｘ又はＴａＡｌ等を成膜する。次に、感光性樹脂であるフォトレジストを半導体基板９上に全面塗布する。そして、所望の形状が描画されたマスクを用いて、露光装置でフォトレジストに所望の配線パターンを描く。この露光工程において紫外線を浴びた部分が現像液で溶けるようになる。その後、上記半導体基板９をドライエッチング装置に搭載し、ＢＣｌ_３／Ｃｌ_２系ガスのプラズマを用いたドライエッチング法により、Ｔａ，ＴａＮｘ又はＴａＡｌ等の素子材料が所望形状に加工されて、発熱抵抗素子７が形成される。
【００３９】
次に、図８において、半導体基板９の全体をスパッタリング装置内のスパッタ成膜チェンバーに搬送し、Ａｌターゲットを用いてＡｌ層を例えば０．３〜０．６μｍ堆積する。そして、感光性樹脂であるフォトレジストを半導体基板９上に全面塗布し、所望の形状が描画されたマスクを用いて、露光装置でフォトレジストに所望の配線パターンを描く。その後、再び半導体基板９をドライエッチング装置に搭載し、ＢＣｌ_３／Ｃｌ_２系ガスのプラズマを用いたドライエッチング法により、Ａｌ層を所望の配線パターン形状に加工する。これらの工程により、２層目の第二の配線層１５が形成される。
【００４０】
次に、図８において、上記のように形成された第二の配線層１５に対してマスクを用いたフォトリソグラフィ工程を施し、インク液を吐出させるための熱エネルギ付与部を規定する。その後、図９に示すように、半導体基板９の全体を燐酸−硝酸−酢酸から成る混合液中に浸漬させ、上記熱エネルギ付与部の上に形成された第二の配線層１５をウェットエッチングにより除去し、上記熱エネルギ付与部と規定された部位のみの発熱抵抗素子７を露出させる。このウェットエッチングにより第二の配線層１５を除去した部分が、インク室４内に位置する部分となる。
ここでは、上記熱エネルギ付与部の上に形成された第二の配線層１５をウェットエッチングにて除去するプロセスを用いた例を説明したが、本発明者等が特開２００２−３０７６９３号公報で提案しているように、ドライエッチング法を用いて上記熱エネルギ付与部上に形成された第二の配線層１５を除去してもよい。
【００４１】
次に、図９において流水洗浄をし、乾燥を施した後に、図１０において、上記第二の配線層１５の上層に、オーバーコート層としてＳｉ_３Ｎ_４層から成る絶縁保護層２５をＣＶＤ法で例えば３００〜４００ｎｍ堆積する。なお、この絶縁保護層２５は、例えばインク液に対するバリア層となる。
【００４２】
次に、この状態の半導体基板９を図示外の熱処理炉に搬送し、４％の水素を添加した窒素ガス（フォーミングガス）雰囲気あるいは１００％の窒素ガス雰囲気中で、例えば４００℃、６０分間の熱処理を施す。この熱処理により、ＭＯＳトランジスタの動作が安定化され、さらに第一の配線層１４と第二の配線層１５との金属埋込み層１７における接触も安定化し、そのコンタクト抵抗が低減する。
【００４３】
次に、上記熱処理された半導体基板９を、図１０において、直流マグネトロン・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し、キャビテーション層１８としてのＴａ膜（正方晶構造のβ−Ｔａ）を例えば２００ｎｍ堆積する。その後、フォトレジスト工程により所望の保護層パターンを規定し、ＢＣｌ_３／Ｃｌ_２ガスを用いたドライエッチングにより、所望形状のキャビテーション層１８に加工される。このキャビテーション層１８は、インク液滴の消泡時の機械的衝撃（キャビテーション）を吸収緩和すると共に、インク液成分による化学反応に対する保護層として機能し、発熱抵抗素子７を保護する被覆層となる。この状態で、図１に示す基板部材３が製造され、いわゆるヘッドチップと呼ばれるものとなる。
【００４４】
その後、図２に示すように、上記基板部材３の発熱抵抗素子７が形成された部位の側面に、有機材料からなる液室形成部材６を貼り付けてインク室４を形成し、この液室形成部材６を介してノズル部材２が接着される。このノズル部材２には、多数のインク吐出ノズル５が形成されており、上記インク室４の位置に合致されている。これにより、液体吐出ヘッドとしてのプリントヘッド１が製造される。
【００４５】
なお、上記金属埋込み層１７は、Ｗに限られず、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ又はＴａＮのいずれか一つの金属或いは複数の金属で成膜してもよい。その他、ＣＶＤ法或いは電界メッキ法により成膜できるものならば、他の金属を用いてもよい。また、上記発熱抵抗素子７を保護する被覆層として、ＴａＡｌから成るキャビテーション層１８を形成してもよい。また、上記発熱抵抗素子７の基板部材３への成膜は、スパッタリング法に限られず、ＣＶＤ法により成膜してもよい。
【００４６】
そして、このような製造方法により、プリントヘッド１の基板部材３を薄膜プロセス及びフォトリソグラフィ工程並びにエッチング処理などの半導体製造プロセスにより形成することで、発熱抵抗素子７に接続する第二の配線層１５と駆動回路素子１３に接続する第一の配線層１４とが直接接触することをなくし、発熱抵抗素子７に接続する第二の配線層１５に段差が形成されるのを回避することができる。これにより、第二の配線層１５の断線を抑制して、発熱抵抗素子７と駆動回路素子１３とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上する。また、同一半導体基板９上に高密度の発熱抵抗素子７及び駆動回路素子１３を形成することができる。
【００４７】
次に、本発明による液体吐出装置の一例としてのインクジェットプリンタの実施形態を、図１１及び図１２を参照して説明する。このインクジェットプリンタ３０は、図１及び図２に示すプリントヘッド１にて記録媒体の所定位置にインク滴を吐出して画像を形成するものであり、プリンタ本体部３１と、プリントヘッド１と、記録紙トレイ３２とを備えている。
【００４８】
上記プリンタ本体部３１は、装置本体部として記録媒体である記録紙に対して適正に印画を行わせるための記録紙搬送機構部や電気回路部を内部に納めたものであり、上面にはプリントヘッド１を収納する収納部３３が開口されており、その上端部には該収納部３３を開閉する上蓋３４が設けられている。また、プリンタ本体部３１の前面下部には、後述の記録紙トレイ３２を装着するためのトレイ挿入口３５が設けられている。なお、このトレイ挿入口３５は記録紙の排紙口も兼ねている。
【００４９】
上記プリンタ本体部３１の収納部３３には、前述のように構成されたプリントヘッド１が矢印Ｚのように収納されて、着脱可能な状態に保持されている。ここでは、一例として記録紙（例えばＡ４判）の一辺の幅にわたってノズル部材２が長尺に形成されたフルラインタイプのプリントヘッドを示している。また、上記プリンタ本体部３１のトレイ挿入口３５には、記録紙トレイ３２が着脱可能状態に装着されている。この記録紙トレイ３２は、記録紙を重ねて収納するものであり、その上面部にはプリンタ本体部３１から排紙される記録紙の排紙受け部３２ａが設けられている。
【００５０】
図１２は、上記プリンタ本体部３１の内部構造の具体的な一例を示す断面図で、（ａ）は印画停止状態を示し、（ｂ）は印画動作状態を示している。このプリンタ本体部３１は、図１２（ａ）に示すように、プリンタ本体部３１の下方部で、記録紙トレイ３２の挿入方向にてその側端部に対応する上方部位には、ローラーから成る給紙手段３６が設けられており、記録紙トレイ３２から記録紙３７が随時供給できるようになっている。また、記録紙３７の供給方向には、分離手段３８が設けられており、重ねて収納された記録紙３７を１枚ずつ分離して給紙できるようになっている。さらに、この分離手段３８で分離された記録紙３７の搬送方向でプリンタ本体部３１の上方部位には、記録紙３７の搬送方向を反転する反転ローラー３９が設けられている。
【００５１】
そして、この反転ローラー３９で反転された記録紙３７の搬送方向の先にはベルト搬送手段４０が設けられており、図１２（ａ）に示すように、印画停止状態においては、排紙方向の端部４０ａが矢印Ａ方向に下がって、プリントヘッド１の下面との間に大きなギャップを形成している。一方、図１２（ｂ）に示す印画動作状態においては、上記端部４０ａが矢印Ｂ方向に上昇して水平状態にされ、プリントヘッド１の下面との間に所定の小さなギャップの記録紙通路を形成するようにされている。
【００５２】
また、印画停止状態において、図１２（ａ）に示すように、プリントヘッド１の下面はヘッドキャップ４１で閉じられており、インク吐出ノズル１０のインクが乾燥して目詰まりするのを防いでいる。また、ヘッドキャップ４１には、クリーニング手段４２が設けられており、印画動作開始前に、ヘッドキャップ４１が所定の位置に退避する（図１２（ｂ）参照）動作に伴って、インク吐出ノズル５をクリーニングするようになっている。
【００５３】
次に、このように構成されたインクジェットプリンタ３０の動作について説明する。まず、図１１に示すプリンタ本体部３１の上面の上蓋３４を開いて、プリントヘッド１を収納部３３に矢印Ｚのように収納する。また、プリンタ本体部３１の前面下部に設けられたトレイ挿入口３５に記録紙トレイ３２を挿入する。このとき、図１２（ａ）に示すように、プリンタ本体部３１の内部は、ベルト搬送手段４０の端部４０ａが矢印Ａ方向に下がっており、プリントヘッド１の下面がヘッドキャップ４１で閉じられて印画停止状態となっている。
【００５４】
次に、印画開始の制御信号が入力されると、ヘッドキャップ４１が図１２（ａ）において矢印Ｃのように移動して所定の位置に退避する。このとき、ヘッドキャップ４１の退避動作に伴って、クリーニング手段４２がプリントヘッド１のノズル部材２の表面を摺動してインク吐出ノズル５（図１参照）をクリーニングする。
【００５５】
また、このヘッドキャップ４１が所定位置に退避すると、ベルト搬送手段４０の端部４０ａが図１２（ａ）において矢印Ｂ方向に上昇し、該ベルト搬送手段４０は、水平状態にてその搬送用ベルトと上記プリントヘッド１との間に所定の小さなギャップの記録紙通路を形成して停止する（図１２（ｂ）参照）。
【００５６】
そして、図１２（ｂ）に示す印画動作状態において、給紙手段３６が駆動し、記録紙トレイ３２内に重ねて収納された記録紙３７が矢印Ｄ方向に供給される。この際、分離手段３８によって記録紙３７は１枚ずつに分離されて矢印Ｅ方向に随時給紙される。
【００５７】
この給紙された記録紙３７は、反転ローラー３９により搬送方向が反転されて、ベルト搬送手段４０まで送られる。そして、該記録紙３７は、ベルト搬送手段４０によってプリントヘッド１の下方部まで運ばれて行く。
【００５８】
さらに、記録紙３７が、プリントヘッド１の下方部に達すると、印画信号が入力され、該印画信号に応じてプリントヘッド１の発熱抵抗素子７（図２参照）が駆動される。そして、一定速度で送られる記録紙３７に対して、４色のインクに対応するインク吐出ノズル５の列からインク液滴８が吐出され、記録紙３７上にカラーのプリント画像が形成される。
【００５９】
このようにして記録紙３７上への印画が総て終了すると、図１２（ｂ）に示すように、記録紙３７はプリントヘッド１の下方部から矢印Ｆ方向に搬送され、排紙口を兼ねたトレイ挿入口３５（図１１参照）から記録紙トレイ３２の排紙受け部３２ａに排紙される。そして、図１２（ａ）に示すように、ベルト搬送手段４０の端部４０ａが矢印Ａ方向に下がり、ヘッドキャップ４１がプリントヘッド１の下面を閉じて印画停止状態に復帰し、インクジェットプリンタ３０の動作が停止する。
【００６０】
なお、以上の説明においては、インクジェットプリンタに適用された例について述べたが、本発明はこれに限らず、液室（４）に収容された液体を液体吐出ノズル（５）から液滴として吐出するものであればどのようなものでもよい。例えば、記録方式がインクジェット方式のファクシミリ装置や複写機等の画像形成装置についても適用可能である。
【００６１】
また、液体吐出ノズル（５）から吐出される液体はインクに限られず、発熱抵抗素子７を駆動して所定の液体を吐出しドット列又はドットを形成するものであるならば、他の液体の吐出装置にも適用することができる。例えば、ＤＮＡ鑑定などにおいてＤＮＡ含有溶液をパレット上に吐出するための液体吐出装置にも適用することができる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１〜５に係る液体吐出ヘッドによれば、発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層との間に接続孔を形成して該接続孔内に金属を埋め込み、この金属埋込み層で上記二つの配線層を接続したことにより、上記発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層とが直接接触することをなくし、発熱抵抗素子に接続する配線層に段差が形成されるのを回避することができる。これにより、配線層の断線を抑制して、発熱抵抗素子と駆動回路素子とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上することができる。
【００６３】
また、請求項６〜１０に係る液体吐出装置によれば、装置本体部に着脱可能に保持される液体吐出ヘッドを、請求項１〜５に係る液体吐出ヘッドと同じ構成とすることにより、発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層とが直接接触することをなくし、発熱抵抗素子に接続する配線層に段差が形成されるのを回避することができる。これにより、液体吐出ヘッドの配線層の断線を抑制して、発熱抵抗素子と駆動回路素子とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上することができる。
【００６４】
また、請求項１１〜１５に係る液体吐出ヘッドの製造方法によれば、液体吐出ヘッドの基板部材を薄膜プロセス及びフォトリソグラフィ工程並びにエッチング処理などの半導体製造プロセスにより形成することで、発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層とが直接接触することをなくし、発熱抵抗素子に接続する配線層に段差が形成されるのを回避することができる。これにより、配線層の断線を抑制して、発熱抵抗素子と駆動回路素子とを接続する配線部位の導通の信頼性を向上することができる。また、同一半導体基板上に高密度の発熱抵抗素子及び駆動回路素子を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液体吐出ヘッドの一例としてのインクジェット方式のプリントヘッドの実施の形態を示す要部拡大断面図である。
【図２】上記プリントヘッドの基板部材内の層構造を示す断面説明図である。
【図３】本発明による液体吐出ヘッドの製造方法を説明する工程図であり、一例としてのインクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図４】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図５】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図６】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図７】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図８】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図９】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図１０】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図１１】本発明による液体吐出装置の一例としてのインクジェットプリンタの実施形態を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示すインジェットプリンタの内部構成を示した断面図であり、（ａ）は印画停止状態を示し、（ｂ）は印画動作状態を示している。
【符号の説明】
１…プリントヘッド（液体吐出ヘッド）
２…ノズル部材
３…基板部材
４…インク室（液室）
５…インク吐出ノズル（液体吐出ノズル）
６…液室形成部材
７…発熱抵抗素子
８…インク液滴
９…半導体基板
１０…流路板
１１…インク流路
１２…インク供給管
１３…駆動回路素子
１４…第一の配線層
１５…第二の配線層
１６…接続孔
１７…金属埋込み層
１８…キャビテーション層
２０…ロジック集積回路
２１ａ…第一の層間絶縁膜
２１ｂ…第二の層間絶縁膜
３０…インクジェットプリンタ（液体吐出装置）
３１…プリンタ本体部
３２…記録紙トレイ

Claims (15)

1. 吐出すべき所定の液体を収容する液室と、
   上記液室内に配置されると共に上記液体に気泡を発生させるための発熱抵抗素子と、
   上記発熱抵抗素子による上記液体の気泡の生成に伴って上記液室内の液体を吐出させるための液体吐出ノズルと、
   上記発熱抵抗素子が形成される共に該発熱抵抗素子に駆動電気信号を印加する駆動回路素子が形成された基板部材と、
   を備え、上記発熱抵抗素子に駆動電気信号を印加して熱エネルギを液体に付与し上記液体吐出ノズルから液体を吐出させる液体吐出ヘッドであって、
   上記基板部材の発熱抵抗素子と駆動回路素子とを多層配線構造で接続する部位にて、発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層との間に接続孔を形成して該接続孔内に金属を埋め込み、この金属埋込み層で上記二つの配線層を接続したことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 上記金属埋込み層は、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）又は窒化タンタル（ＴａＮ）のいずれか一つの金属或いは複数の金属から成ることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
3. 上記発熱抵抗素子は、基板部材に対しスパッタリング法により成膜されたものであることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
4. 上記発熱抵抗素子は、基板部材に対し化学気相成長法により成膜されたものであることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
5. 上記発熱抵抗素子を保護する被覆層として、タンタル（Ｔａ）或いはタンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）から成るキャビテーション層を形成したことを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
6. 装置本体部に液体吐出ヘッドを着脱可能な状態に保持し、該液体吐出ヘッドに形成された各液体吐出ノズルから所定の液体を吐出してドット列又はドットを形成する液体吐出装置であって、
   上記液体吐出ヘッドは、吐出すべき所定の液体を収容する液室と、上記液室内に配置されると共に上記液体に気泡を発生させるための発熱抵抗素子と、上記発熱抵抗素子による上記液体の気泡の生成に伴って上記液室内の液体を吐出させるための液体吐出ノズルと、上記発熱抵抗素子が形成される共に該発熱抵抗素子に駆動電気信号を印加する駆動回路素子が形成された基板部材とを備え、該基板部材の発熱抵抗素子と駆動回路素子とを多層配線構造で接続する部位にて、発熱抵抗素子に接続する配線層と駆動回路素子に接続する配線層との間に接続孔を形成して該接続孔内に金属を埋め込み、この金属埋込み層で上記二つの配線層を接続したものであることを特徴とする液体吐出装置。
7. 上記金属埋込み層は、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）又は窒化タンタル（ＴａＮ）のいずれか一つの金属或いは複数の金属から成ることを特徴とする請求項６記載の液体吐出装置。
8. 上記発熱抵抗素子は、基板部材に対しスパッタリング法により成膜されたものであることを特徴とする請求項６記載の液体吐出装置。
9. 上記発熱抵抗素子は、基板部材に対し化学気相成長法により成膜されたものであることを特徴とする請求項６記載の液体吐出装置。
10. 上記発熱抵抗素子を保護する被覆層として、タンタル（Ｔａ）或いはタンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）から成るキャビテーション層を形成したことを特徴とする請求項６記載の液体吐出装置。
11. 半導体基板の一面に駆動回路素子を形成する工程と、
    上記半導体基板上に第一の層間絶縁膜を形成する工程と、
    第一の層間絶縁膜上に上記駆動回路素子に接続する第一の配線層を形成する工程と、
    第一の配線層上に第二の層間絶縁膜を形成した後、この第二の層間絶縁膜の厚み内に上記第一の配線層に接続するための接続孔を形成する工程と、
    この接続孔内に金属を埋め込み金属埋込み層を形成する工程と、
    上記第二の層間絶縁膜上に発熱抵抗素子を形成する工程と、
    この発熱抵抗素子と上記金属埋込み層とを接続する第二の配線層を形成する工程と、
    上記第一及び第二の配線層が形成された半導体基板に対し熱処理を施す工程と、
    この熱処理された基板部材に対して、液体吐出ノズルを一壁面に有する液室を構成する工程と、
    を行うことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
12. 上記金属埋込み層は、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）又は窒化タンタル（ＴａＮ）のいずれか一つの金属或いは複数の金属から成ることを特徴とする請求項１１記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
13. 上記発熱抵抗素子は、スパッタリング法により成膜することを特徴とする請求項１１記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
14. 上記発熱抵抗素子は、化学気相成長法により成膜することを特徴とする請求項１１記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
15. 上記発熱抵抗素子を保護する被覆層として、タンタル（Ｔａ）或いはタンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）から成るキャビテーション層を形成することを特徴とする請求項１１記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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