JP2005067163A - 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

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 Download PDF

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Abstract

【課題】 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、特に発熱素子と発熱素子を駆動するトランジスタとを一体に基板上に形成した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、従来に比して寄生抵抗の値を小さくすることができるようにする。
【解決手段】 本発明は、発熱素子を駆動する金属酸化物電界効果型トランジスタのゲート電極をポリサイド構造又はメタルゲート構造により形成する。
【選択図】 図１

Description

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、特に発熱素子と発熱素子を駆動するトランジスタとを一体に基板上に形成した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、発熱素子を駆動する金属酸化物電界効果型トランジスタのゲート電極をポリサイド構造又はメタルゲート構造により形成することにより、従来に比して寄生抵抗の値を小さくすることができるようにする。
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。
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。
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。
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。
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。
プリンタヘッドにおいては、この種のスイッチングトランジスタ、スイッチイングトランジスタを駆動する駆動回路がＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor ）型電界効果型トランジスタ（金属酸化物電界効果型トランジスタ）により作成され、発熱素子がタンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮｘ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）等により作成されるようになされている。またパルス状の電圧を発熱素子に印加して０．８〜１．４〔μＪ〕により発熱素子を駆動し、これによりインク液室に気泡を発生させてインク液滴を飛び出させるようになされている。ここで発熱素子の抵抗値と発熱素子に印加される電力との間には、電力＝電圧２ ／抵抗値の関係が成立することにより、プリンタヘッドでは、通常、電源電圧５〔Ｖ〕によるＭＯＳトランジスタにより駆動回路を構成するのに対し、この駆動回路の制御により発熱素子を駆動するスイッチングトランジスタについては、耐圧を増大させて電源電圧８〜２５〔Ｖ〕により動作させて十分な電力により発熱素子を駆動するようになされている。
すなわち図９は、この種のスイッチングトランジスタの構成を示す断面図である。このトランジスタ１においては、シリコン窒化膜（Ｓｉ３ Ｎ４ ）によりシリコン基板２上に素子分離領域（LOCOS: Local Oxidation Of Silicon ）３が形成され、トランジスタ形成領域にゲート酸化膜４、ポリシリコン５の積層構造によりゲートＧが作成される。これによりこの種のトランジスタではポリシリコン電極によりゲートＧが作成される。この種のトランジスタでは、さらにシリコン基板２のイオン注入処理、熱処理によりソースＳ及びドレインＤが形成される。トランジスタ１においては、この一連の処理において、ゲートＧ及びドレインＤの間に、低濃度の拡散層ＡＲが形成され、ゲート下のチャネル形成領域とドレインとの間の電界をこの拡散層ＡＲにより緩和することにより、耐圧が増大されるようになされている。
このようなプリンタヘッドに関して、例えば特開平１０−１３８４８４号公報においては、１対１の露光装置であるミラープロジェクションアライナー（ＭＰＡ）を用いて、この種の露光装置による作成限界であるゲート長３〔μｍ〕によりポリシリコン電極によるゲートを作成してプリンタヘッドを作成する方法が提案されるようになされている。
これに対して特開２０００−１０８３５５５公報においては、発熱素子とゲート電極とにポリシリコンを適用することにより、これら発熱素子とゲート電極とを同時に作成していわゆるサイドシュート型のプリントヘッドを作成する方法が提案されるようになされている。なおここでサイドシュート型とは、発熱素子の真上以外の部位にノズルを作成することにより、発熱素子を駆動して発生する気泡による圧力波を伝搬させてノズルからインク液滴を飛び出させる方式である。
ところでこのようなトランジスタによる発熱素子の駆動によりインク液滴を飛び出させる場合に、トランジスタのオン抵抗値、配線パターンの抵抗値によっても、電力が消費される。すなわちこれらトランジスタのオン抵抗値、配線パターンの抵抗値（以下、これらの抵抗をまとめて寄生抵抗と呼ぶ）にあっては、発熱素子に直列に接続されることになり、これによりトランジスタによる駆動電圧にあっては、これら寄生抵抗と発熱素子との抵抗値により分圧されて発熱素子に印加され、これにより発熱素子の抵抗値に比してこれら寄生抵抗の値を十分に小さくしなければ、効率良く発熱素子を駆動できなくなる。
これにより従来に比して寄生抵抗の値を小さくすることができれば、一段と効率良くインク液滴を飛び出させてプリンタとしての消費電力を低減することができると考えられる。またこのように寄生抵抗の値を小さくすることができれば、その分、発熱素子の駆動に供する電圧も低減することができると考えられる。
特開平１０−１３８４８４号公報 特開２０００−１０８３５５５公報
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来に比して寄生抵抗の値を小さくすることができる液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの製造方法を提案しようとするものである。
係る課題を解決するため請求項１の発明においては、発熱素子と、発熱素子を駆動する金属酸化物電界効果型トランジスタとを基板上に形成し、金属酸化物電界効果型トランジスタによる発熱素子の駆動により液室に保持した液体を加熱して液体の液滴をノズルから飛び出させる液体吐出ヘッドに適用して、金属酸化物電界効果型トランジスタのゲート電極を、ポリサイド構造又はメタルゲート構造により形成する。
また請求項３の発明においては、液体吐出ヘッドから飛び出す液滴を対象物に供給する液体吐出装置に適用して、この液体吐出ヘッドが、発熱素子と、発熱素子を駆動する金属酸化物電界効果型トランジスタとを基板上に形成し、金属酸化物電界効果型トランジスタによる発熱素子の駆動により液室に保持した液体を加熱して液体の液滴をノズルから飛び出させ、金属酸化物電界効果型トランジスタのゲート電極が、ポリサイド構造又はメタルゲート構造により形成されてなるようにする。
また請求項４の発明においては、発熱素子と、発熱素子を駆動する金属酸化物電界効果型トランジスタとを基板上に形成し、金属酸化物電界効果型トランジスタによる発熱素子の駆動により液室に保持した液体を加熱して液体の液滴をノズルから飛び出させる液体吐出ヘッドの製造方法に適用して、金属酸化物電界効果型トランジスタのゲート電極を、ポリサイド構造又はメタルゲート構造により形成する。
請求項１の構成により、発熱素子と、発熱素子を駆動する金属酸化物電界効果型トランジスタとを基板上に形成し、金属酸化物電界効果型トランジスタによる発熱素子の駆動により液室に保持した液体を加熱して液体の液滴をノズルから飛び出させる液体吐出ヘッドに適用して、金属酸化物電界効果型トランジスタのゲート電極を、ポリサイド構造又はメタルゲート構造により形成すれば、ポリシリコンによりゲート電極を作成する場合に比して、ゲート酸化膜と電極との間に形成される空乏層の厚みを薄くし得、その分、ドレイン電流を増大させてオン抵抗を小さくし、寄生抵抗を少なくすることができる。
これにより請求項３、又は請求項４の構成によれば、従来に比して寄生抵抗の値を小さくすることができる液体吐出装置及び液体吐出ヘ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、発熱素子を駆動する金属酸化物電界効果型トランジスタのゲート電極をポリサイド構造又はメタルゲート構造により形成することにより、従来に比して寄生抵抗の値を小さくすることができる。
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
図２は、本発明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１１は、全体が長方形形状の筐体１２に収納されて形成され、印刷対象である用紙１３を収納した用紙トレイ１４をこの筐体１２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１３を給紙できるようになされている。
用紙トレイ１４は、このようにトレイ出入口よりラインプリンタ１１に装着されると、所定の機構により用紙１３が給紙ローラ１５に押し当てられ、この給紙ローラ１５の回転により、矢印Ａにより示すように、用紙１３が用紙トレイ１４よりラインプリンタ１１の背面側に向かって送り出される。ラインプリンタ１１は、この用紙送りの側に反転ローラ１６が配置され、この反転ローラ１６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１３の送り方向が切り換えられる。
ラインプリンタ１１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１３が用紙トレイ１４上を横切るように拍車ローラ１７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１１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１１は、この拍車ローラ１７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１８が交換可能に配置される。
ヘッドカートリッジ１８は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのラインヘッドをそれぞれ配置してなるプリンタヘッド１９が所定形状のホルダー２０の下面側に配置され、このホルダー２０に順次イエロー（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１１は、これら各色のインクに対応するラインヘッドより用紙１３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。
ここで図３は、図２の用紙１３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１９は、図３に示すように、各色のインクのインク流路２１の両側に、交互（千鳥状に）に同一構成によるヘッドチップ２２がノズルプレート上に配置して構成される。また、各へッドチップ２２においては、それぞれ発熱素子がインク流路２１側となるように配置されており、つまりインク流路２１側を介して両側のヘッドチップ２２は向きが１８０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ヘッド１９は、それぞれ各色において１系統のインク流路２１で各ヘッドチップ２２にイ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、ヘッドチップ２２は、このようにして１８０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２３の並ぶ方向には接続用パッド２４の位置が変化しないように、これらノズル２３の並ぶ方向（印刷幅方向）のほぼ中央に接続用パッド２４が配置され、これによりプリンタヘッド１９では、隣り合うヘッドチップ２２の接続用パッド２４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２３をシフトさせた場合、インク流路２１の上方及び下方に配置されるヘッドチップ２２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２２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。
図４は、このライン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１９は、シリコン基板によるウエハ上に複数ヘッド分の駆動回路、発熱素子等が作成された後、各ヘッドチップ２２にスクライビング処理され、各ヘッドチップ２２にインク液室等を作成して形成される。
すなわち図１（Ａ）に示すように、プリンタヘッド１９は、ウエハによるシリコン基板３１が洗浄された後、シリコン窒化膜（Ｓｉ３ Ｎ４ ）が堆積される。続いてプリンタヘッド１９は、リソグラフィー工程、リアクティブイオンエッチング工程によりシリコン基板３１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１９には、シリコン基板３１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１９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５００〔ｎｍ〕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 Oxidation Of Silicon ）３２が形成される。なおこの素子分離領域３２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１９は、シリコン基板３１が洗浄された後、図１（Ｂ）に示すように、トランジスタ形成領域に、ゲート用の熱酸化膜が形成された後、洗浄処理され、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法によりポリシリコンが膜厚１００〔ｎｍ〕により堆積される。また続いて、ＷＦ６ ＋ＳｉＨ４ 系のガス又はＷＦ６ ＋ＳｉＨ２ Ｃｌ２
系のガスを用いたＣＶＤにより、タングステンシリサイド（ＷＳｉ２ ）膜が膜厚１００〔ｎｍ〕により堆積される。なおタングステンシリサイドにおいては、スパッタリングにより形成することも可能である。さらにリソグラフィー工程によりゲート領域が露光処理された後、ＳＦ６ ＋ＨＢｒ系の混合ガスを用いたドライエッチングにより、余剰な熱酸化膜、ポリシリコン膜、タングステンシリサイド膜が除去され、これによりゲート酸化膜３３、ポリシリコン膜３４、タングステンシリサイド膜３５によるポリサイド構造によりゲートＧの電極が形成される。
続いて図５（Ｃ）に示すように、イオン注入工程、熱処理工程によりシリコン基板３１が処理され、低濃度の拡散層３７が形成され、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３１が処理され、ＭＯＳ型によるトランジスタ４３、４４等が作成される。ここで低濃度の拡散層３７は、ソース・ドレイン間の耐圧を確保する電界緩和層である。またスイッチングトランジスタ４３は、１８〜２５〔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４４は、このドライバートランジスタ４３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。
このようにしてポリサイド構造によるゲート構造によりＭＯＳ型のトランジスタ４３、４４を作成するにつき、この実施例では、一連のリソグラフィー工程が、波長４３６〔ｎｍ〕の紫外線（ｇ線）を露光用の光源に適用したステップアンドリピート方式の縮小露光装置（ステッパー）を使用して、縮小倍率１対４又は１対５により実行されるようになされ、これにより倍率が１対１の露光装置による作成限界より微細なゲート形状によりトランジスタ４３、４４を作成するようになされている。具体的に、この実施例では、ゲート長２〔μｍ〕以下によりトランジスタ４３、４４を作成するようになされている。
かくするにつきこの実施例では、このようなポリサイド構造によるゲート構造とゲート長の設定とにより、トランジスタ４４のオン抵抗を小さくし、その分、寄生抵抗値を小さくして効率良く発熱素子を駆動できるようになされている。なおこの実施例においては、このようなトランジスタ４３、４４に係るリソグラフィー工程の他に、以下に説明する各工程においても、このｇ線による縮小露光によりリソグラフィーの処理が実行されるようになされている。
プリンタヘッド１９は、続いて図５（Ｄ）に示すように、ＣＶＤ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３５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４５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 ／ＣＯ／Ｏ２ ／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４６が作成される。
さらにプリンタヘッド１９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、シリコンが１〔ａｔ％〕添加されたアルミニューム、または銅が０．５〔ａｔ％〕添加され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１９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１９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４７が作成される。プリンタヘッド１９は、このようにして作成された１層目の配線パターン４７により、駆動回路を構成するＭＯＳ型トランジスタ４４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１９は、図６（Ｅ）に示すように、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Ｓｉ（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。続いてプリンタヘッド１９は、ＳＯＧ（Spin On Glass ）を含む塗布型シリコン酸化膜を塗布した後、エッチバックすることにより、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４７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４８が形成される。
プリンタヘッド１９は、続いてスパッタリング装置により膜厚５０〜１００〔ｎｍ〕によるβ−タンタル膜が堆積され、これによりシリコン基板３１上に抵抗体膜が形成される。なおスパッタリングの条件は、ウエハ加熱温度２００〜４００度、直流印加電力２〜４〔ｋＷ〕、アルゴンガス流量２０〜４０〔ｓｅｃｍ〕に設定した。さらに続いてプリンタヘッド１９は、フォトリソグラフィー工程、ＢＣｌ３ ／Ｃｌ２ 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をパターニングし、４０〜１００〔Ω〕の抵抗値を有する発熱素子４９が作成される。
このようにして発熱素子４９が形成されると、プリンタヘッド１９は、図６（Ｆ）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４９の絶縁保護層５１が形成される。続いてフォトリソグラフィー工程、ＣＨＦ３ ／ＣＦ４ ／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４９を配線パターンに接続する部位が露出される。さらにＣＨＦ３ ／ＣＦ４ ／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４８に開口を形成してビアホール５２が作成される。
さらにプリンタヘッド１９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１９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１９は、シリコン又は銅を添加したアルミニューム等による配線パターン材料層が成膜される。
続いてフォトリソグラフィー工程、ＢＣｌ３ ／Ｃｌ２ 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が選択的に除去され、２層目の配線パターン５４が作成される。プリンタヘッド１９は、この２層目の配線パターン５４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４４を発熱素子４９に接続する配線パターンが作成される。なお発熱素子４９の上層に取り残されたシリコン窒化膜５１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、エッチングに供する塩素ラジカルから発熱素子４９を保護する保護層として機能する。なおこのシリコン窒化膜５１においては、このエッチング工程において、膜厚３００〔ｎｍ〕が膜厚１００〔ｎｍ〕に減少する。
続いてプリンタヘッド１９は、プラズマＣＶＤ法によりインク保護層、絶縁層として機能するシリコン窒化膜５５が膜厚４００〔ｎｍ〕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１９は、トランジスタ４３、４４の動作が安定化され、さらに１層目の配線パターン４７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１９は、耐キャビテーション材料層が膜厚１００〜３００〔ｎｍ〕により堆積された後、この耐キャビテーション材料層のＢＣｌ３ ／Ｃｌ２ ガスを用いたパターニングにより耐キャビテーション層５６が形成される。この実施例においては、タンタルをターゲットに用いたＤＣマグネトロン・スパッタリング装置を用いて、β−タンタルにより耐キャビテーション層５６が形成される。なおここで耐キャビテーション層５６は、発熱素子４９の駆動によりインク液室に発生した気泡が消滅する際の物理的ダメージ（キャビテーション）を吸収して発熱素子４９を保護し、また発熱素子４９の駆動により高温となったインクの化学作用から発熱素子４９を保護する保護層である。また耐キャビテーション層５６においては、アルミニュームの含有量を１５〔ａｔ％〕程度に設定したタンタルアルミ〔ＴａＡｌ〕を適用するようにしてもよい。因みに、このようにアルミニュームの含有量を１５〔ａｔ％〕程度に設定したタンタルアルミ（ＴａＡｌ）においては、β−タンタルの結晶粒界にアルミが存在する構造であり、β−タンタル膜による場合に比して、膜応力（圧縮応力）を小さくすることができる。
プリンタヘッド１９は、続いて図４に示すように、有機系樹脂によるドライフィルム６１が圧着により配置された後、インク液室６２、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６２の隔壁、インク流路の隔壁等が作成される。また続いて各ヘッドチップ２２にスクライビングされた後、ノズルプレート６３が積層される。ここでノズルプレート６３は、発熱素子４９の上にノズル２３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６１上に接着により保持される。これによりプリンタヘッド１９は、ノズル２３、インク液室６２、このインク液室６２にインクを導くインク流路２１等が形成されて作成される。プリンタヘッド１９は、このようなインク液室６２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、プリンタヘッド１９は、半導体基板であるシリコン基板３１に素子分離領域３２が作成されて金属酸化物電界効果型トランジスタであるトランジスタ４３、４４が作成され、絶縁層４５により絶縁されて１層目の配線パターン４７が作成され、この１層目の配線パターン４７により発熱素子４９を駆動するトランジスタ４３が論理回路を構成するトランジスタ４４に接続される。また続いて発熱素子４９が作成された後、絶縁保護層５１、２層目の配線パターン５４が作成され、この２層目の配線パターン５４により発熱素子４９がトランジスタ４３に接続され、また電源、アースライン等の配線が形成される。プリンタヘッド１９は、さらに耐キャビテーション層５６、インク液室６２、ノズル２３が順次形成されて作成される（図１、図４〜図６）。
このラインプリンタ１１は、このようにして作成されたプリンタヘッド１９のインク液室６２にヘッドカートリッジ１８に保持されてなるインクがインク流路２１により導かれ（図３）、発熱素子４９の駆動によりインク液室６２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６２内の圧力が急激に増大する。ラインプリンタ１１では、この圧力の増大によりインク液室６２のインクがノズル２３からインク液滴として飛び出し、ローラ１５、１６、１７等により用紙トレイ１４から搬送された印刷対象である用紙１３にこのインク液滴が付着する（図２）。
これによりこのラインプリンタ１１においては、トランジスタ４３による発熱素子４９の駆動において、トランジスタ４３のオン抵抗、配線パターン５４の抵抗値による寄生抵抗の値が大きいと、効率良く発熱素子４９を駆動できなくなる。すなわちラインプリンタ１１においては、寄生抵抗の値が大きくなると、発熱素子４９の駆動に供する電力の多くが寄生抵抗で消費されることになる。
しかしながらこの実施例に係るプリンタヘッド１９においては、図７に示すように、発熱素子４９を駆動するトランジスタ４３のゲート電極が、タングステンシリサイド膜３５によるポリサイド構造により形成されることにより、従来のポリシリコンによるゲート電極によるトランジスタにより駆動する場合に比して、オン抵抗を小さくすることができ、その分、寄生抵抗を少なくして発熱素子４９を効率良く駆動することができる。
すなわちこの寄生抵抗のうちトランジスタ４３のオン抵抗に関して、金属酸化物電界効果型トランジスタのドレインソース電流は、１／（ゲート長×ゲート酸化膜厚）に比例する関係があり、これによりゲート酸化膜を薄くすることにより、ドレインソース電流を増大させてオン抵抗を小さくすることができる。しかしながら従来のポリシリコンによるゲート電極においては、ゲート酸化膜と電極との界面で自由電子が失われてなる空乏層が形成され易く、これによりゲート酸化膜の厚みが見かけ上、厚くなり、ドレインソース電流を十分に増大させることが困難になる。
しかしてこのような空乏層の厚みにおいては、ゲート電極の抵抗値を小さくすることで減少させることができ、この実施例のゲート電極に係るタングステンシリサイド膜３５においては、従来のゲート電極に係るポリシリコンに比して抵抗値が約１／１０である。これによりこの実施例に係るプリンタヘッド１９では、ポリシリコンによりゲート電極を作成する場合に比して、ゲート酸化膜と電極との間に形成される空乏層の厚みを薄くすることができるようになされ、その分、ドレイン電流を増大させてオン抵抗を小さくし、発熱素子４９を効率良く駆動できるようになされている。
さらにこの実施例におけるプリンタヘッド１９は、このようなトランジスタ４３等の作成に係るリソグラフィー工程が、波長４３６〔ｎｍ〕の紫外線（ｇ線）を露光用の光源に適用したステップアンドリピート方式の縮小露光装置（ステッパー）を使用して、縮小倍率１対４又は１対５により実行される。この縮小露光装置によるリソグラフィーにおいては、倍率が１対１の露光装置であるミラープロジェクションアライナーによる場合に比して、作成限界に係る微小構造を格段的に小さくし得、これにより発熱素子４９を駆動するトランジスタ４３においては、ゲート長が２〔μｍ〕以下により形成され、その分、さらに一段とオン抵抗を小さくして効率良く発熱素子４９を駆動することができる。
実際上、ゲート長２〔μｍ〕によりトランジスタ４３を作成して実測した結果によれば、発熱素子４９の抵抗値が１００〔Ω〕であるのに対し、寄生抵抗の値を約１１〔Ω〕（トランジスタ４３のオン抵抗１０〔Ω〕）に低減することができ、これにより効率良く発熱素子４９を駆動できることが確認された。これに対してゲート長３〔μｍ〕によりポリシリコンでゲート電極を作成した場合、トランジスタのオン抵抗は１７〔Ω〕であった。
（３）実施例の効果
以上の構成によれば、発熱素子を駆動する金属酸化物電界効果型トランジスタのゲート電極をポリサイド構造により形成することにより、従来に比して寄生抵抗の値を小さくすることができ、その分、効率良く発熱素子を駆動することができる。
またゲート長２〔μｍ〕以下によりゲート電極を作成することによっても、寄生抵抗を小さくすることができ、その分、効率良く発熱素子を駆動することができる。
図８は、図７との対比により本発明の実施例２に係るプリンタのプリンタヘッドに適用されるトランジスタを示す断面図である。この実施例に係るプリンタヘッドにおいては、このトランジスタ７３に係るゲート電極の構造が異なる点を除いて、実施例１に係るプリンタヘッド１９と同一に構成される。
ここでこのトランジスタ７３においては、ゲート酸化膜３３、窒化タングステン膜７４、タングステン膜７５による積層構造によるメタルゲート構造によりゲート電極を形成する。ここでこのメタルゲート構造に係るタングステンにおいては、抵抗値がポリシリコンの約１／１００である。具体的に、このトランジスタ７３は、ゲート酸化膜３３が作成された後、スパッタリングにより膜厚５〔ｎｍ〕で窒化タングステン膜が堆積された後、スパッタリングにより膜厚１００〔ｎｍ〕程度でタングステン膜が堆積され、これらがパターニングされてゲート電極が形成される。
この実施例のように、ポリサイド構造に代えてメタルゲート構造によりゲート電極を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。またゲート電極の抵抗値をさらに一段と小さくできることにより、さらに一段とオン抵抗を小さくすることができる。
なお上述の実施例においては、ｇ線を露光用の光源に適用した縮小露光装置をリソグラィー工程に適用して発熱素子を駆動するトランジスタを作成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、解像度∝露光波長の関係から、波長３６５〔ｎｍ〕であるｉ線を露光用の光源に適用した縮小露光装置をリソグラフィー工程に適用する場合、波長２４８〔ｎｍ〕であるＫｒＦによるエキシマレーザーを光源に適用した縮小露光装置、又は波長１９３〔ｎｍ〕であるＡｒＦによるエキシマレーザーを光源に適用した縮小露光装置等、光源の波長が短い種々の縮小露光装置を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。
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、特に発熱素子と発熱素子を駆動するトランジスタとを一体に基板上に形成した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。
本発明の実施例１に係る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１のプリンタヘッドによるプリンタを示す斜視図である。 図２のプリンタヘッドにおけるヘッドチップの配列構成を示す平面図である。 図２の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。 図１の続きを示す断面図である。 図５の続きを示す断面図である。 図１の作成工程によるトランジスタを示す断面図である。 本発明の実施例２に係るプリンタヘッドに適用されるトランジスタを示す断面図である。 従来のプリンタヘッドに適用されるトランジスタを示す断面図である。
符号の説明
１、４３、４４、７３……トランジスタ、１１……ラインプリンタ、１９……プリンタヘッド、２２……ヘッドチップ、２３……ノズル、３１……基板

Claims (4)

  1. 発熱素子と、前記発熱素子を駆動する金属酸化物電界効果型トランジスタとを基板上に形成し、前記金属酸化物電界効果型トランジスタによる前記発熱素子の駆動により液室に保持した液体を加熱して前記液体の液滴をノズルから飛び出させる液体吐出ヘッドにおいて、
    前記金属酸化物電界効果型トランジスタのゲート電極を、ポリサイド構造又はメタルゲート構造により形成した
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 前記ゲート電極によるゲート長が２〔μｍ〕以下に設定された
    ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 液体吐出ヘッドから飛び出す液滴を対象物に供給する液体吐出装置において、
    前記液体吐出ヘッドが、
    発熱素子と、前記発熱素子を駆動する金属酸化物電界効果型トランジスタとを基板上に形成し、前記金属酸化物電界効果型トランジスタによる前記発熱素子の駆動により液室に保持した液体を加熱して前記液体の液滴をノズルから飛び出させ、
    前記金属酸化物電界効果型トランジスタのゲート電極が、ポリサイド構造又はメタルゲート構造により形成された
    ことを特徴とする液体吐出装置。
  4. 発熱素子と、前記発熱素子を駆動する金属酸化物電界効果型トランジスタとを基板上に形成し、前記金属酸化物電界効果型トランジスタによる前記発熱素子の駆動により液室に保持した液体を加熱して前記液体の液滴をノズルから飛び出させる液体吐出ヘッドの製造方法において、
    前記金属酸化物電界効果型トランジスタのゲート電極を、ポリサイド構造又はメタルゲート構造により形成した
    ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
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