JP2005271497A - 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

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、ＰチャンネルＭＯＳ型のトランジスタをスイッチングトランジスタに用いて、このトランジスタを確実にオンオフ制御して発熱素子を効率良く駆動することができるようにする。
【解決手段】 本発明は、スイッチングトランジスタ３２におけるゲート酸化膜３８のゲート電極側面を窒化酸化膜３９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、スイッチングトランジスタにおけるゲート酸化膜のゲート電極側面を窒化酸化膜により形成することにより、ＰチャンネルＭＯＳ型のトランジスタをスイッチングトランジスタに用いて、このトランジスタを確実にオンオフ制御して発熱素子を効率良く駆動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、このように高密度に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、半導体基板上に駆動素子である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、このように高密度に発熱素子を配置して、各発熱素子を駆動するスイッチングトランジスタ、このスイッチ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）により作成される。またこのスイッチングトランジスタにより発熱素子を０．８〜１．４〔μＪ〕により発熱させ、これによりインク液滴を飛び出させるようになされている。またこのように発熱素子の発熱に係る電力は、（発熱素子の印加電圧）² ／発熱素子の抵抗値の関係で表されることにより、このスイッチングトランジスタにより８〜２５〔Ｖ〕の電圧を発熱素子に印加するようになされている。

このためプリンタヘッドにおいて、駆動回路を構成するトランジスタは、ゲート入力電圧が５〔Ｖ〕以下による通常のＭＯＳトランジスタにより構成されるのに対し、スイッチングトランジスタにおいては、ドレインのゲート側とゲートとの間に低濃度の不純物層による拡散層（オフセット領域）を作成し、この拡散層により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緩和することにより、ゲート・ドレイン間の耐圧を増大させる構成が適用されるようになされている。またこのようなスイッチングトランジスタにおいては、駆動電流のドライブ能力が高いＮチャンネルＭＯＳ型のトランジスタ（以下、ＮＭＯＳトランジスタと呼ぶ）により作成され、これにより従来のプリンタヘッドでは、駆動回路により直接スイッチングトランジスタを駆動するようになされている。

これに対してＰチャンネルＭＯＳ型のトランジスタ（以下、ＰＭＯＳトランジスタと呼ぶ）においては、ＮＭＯＳトランジスタに比して、駆動電流のドライブ能力が劣るものの、耐圧の向上を図り易い特徴がある。すなわちＰＭＯＳトランジスタは、キャリアが正孔（ホール）であることにより、ＮＭＯＳトランジスタに比して電界によるキャリアの加速が小さく、これによりキャリアとシリコン結晶格子との衝突によりエネルギーの高い電子が発生するいわゆるインパクトイオン化現象が発生し難いためである。因みに、このようなエネルギーの高い電子は、ゲート酸化膜への注入によりこのゲート酸化膜中にトラップ準位を発生させ、又はゲート酸化膜とシリコン基板との界面に準位を発生させ、これによりＭＯＳトランジスタにおいては、しきい値電圧が変動し、著しい場合にはオンオフ制御が困難になる。

これにより例えば特開平１０−７１７１３号公報においては、ＰＭＯＳトランジスタによる中耐圧のスイッチングトランジスタを昇圧回路で駆動するプリンタヘッドの構成が開示されるようになされている。

またさらにこのようなスイッチングトランジスタにおいては、ポリシリコンによりゲート電極が形成されるようになされており、例えば特開２０００−１０８３５５号公報には、発熱素子にポリシリコンを適用して、ゲート電極と発熱素子とを同時に作成する方法が提案されるようになされている。

ところでこのようなプリンタヘッドにおいては、発熱素子を駆動する際に、スイッチング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。すなわち図８に示すように、スイッチングトランジスタ１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２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１による駆動電圧ＶＨにあっては、これら寄生抵抗と発熱素子２との抵抗値により分圧されて発熱素子２に印加される。これにより発熱素子２の抵抗値に対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２を駆動できなくなる。すなわちこの場合、発熱素子２に印加される電圧は、ＶＨ×発熱素子抵抗／（発熱素子抵抗＋寄生抵抗）となる。

このような寄生抵抗のうちトランジスタのオン抵抗値は、オン抵抗∝（ゲート長×ゲート酸化膜厚）の関係で表され、これによりゲート酸化膜の膜厚を薄くすることにより、オン抵抗を小さくして発熱素子の駆動に係る効率を向上することができる。

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、これにより実際の膜厚に比してゲート酸化膜の厚みが見かけ上、厚くなり、トランジスタのオン抵抗値が増大する欠点がある。

この問題を解決する１つの方法として、例えば図９に示すように、金属シリサイド層とポリシリコンとの積層構造によりゲート電極を作成する方法が考えられる。すなわちこのトランジスタ３は、シリコン基板４の熱酸化によるゲート酸化膜５上に、ポリシリコン膜６、金属シリサイド膜７が積層されたポリサイド構造によりゲートＧの電極が作成される。この場合、ポリシリコンのみによりゲート電極を作成する場合に比して、ゲート電極の抵抗値を小さくできることにより、その分、ゲート酸化膜５とゲートＧの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、これによりオン抵抗値を小さくすることができる。これによりこのようなゲート電極構造によるトランジスタにより発熱素子を駆動すれば、従来に比して一段と効率良く発熱素子を駆動して消費電力を低減することができると考えられる。なお図９に示すトランジスタ３は、ドレインＤのゲートＧ側とゲートＧとの間に拡散層８が形成され、ゲートＧの両端にシリコン酸化膜によりサイドウォール９が形成されたものである。

またこのようなゲート電極構造によりＰＭＯＳトランジスタを作成すれば、耐圧マージンが広く、さらにオン抵抗値の小さなトランジスタを作成し得、これによりこのトランジスタをプリンタヘッドに適用してさらに一段と効率良く発熱素子を駆動することができると考えられる。

しかしながらこのようにＰＭＯＳトランジスタにより中耐圧のスイッチングトランジスタを作成すると、ゲート電極のポリシリコン層に添加されるボロンによりトランジスタのしきい値電圧が変動する場合があり、この場合、トランジスタのオンオフ制御が困難になる問題がある。

すなわちＰＭＯＳトランジスタに不純物として添加されるボロンは、ゲートを構成するシリコン酸化膜を突き抜け易く、図９において矢印Ａにより示すように、ゲートＧの電極の形成後にソースＳ及びドレインＤの領域における不純物等を熱処理により活性化する際に、ポリシリコン膜６のボロンがゲート酸化膜５を突き抜けてチャネル形成領域に到達し、これによりこのチャネル形成領域の不純物濃度が変化してしきい値電圧が変動する。

このようなしきい値電圧の変動においては、ゲート酸化膜５の厚みを厚くすると、ボロンの突き抜けを防止して低減できるものの、その分、オン抵抗値が増大し、これにより発熱素子を効率良く駆動することができなくなる。
特開平１０−７１７１３号公報 特開２０００−１０８３５５号公報

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、ＰチャンネルＭＯＳ型のトランジスタをスイッチングトランジスタに用いて、このトランジスタを確実にオンオフ制御して発熱素子を効率良く駆動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。

かかる課題を解決するため請求項１の発明においては、発熱素子と、発熱素子を駆動するＰチャンネルＭＯＳ型による電界効果型トランジスタとを一体に基板上に形成し、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、電界効果型トランジスタのゲート酸化膜のゲート電極側面が窒化酸化膜により形成されてなるようにする。

また請求項５の発明においては、液体吐出ヘッド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、発熱素子と、発熱素子を駆動するＰチャンネルＭＯＳ型による電界効果型トランジスタとを一体に基板上に形成し、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、電界効果型トランジスタのゲート酸化膜のゲート電極側面が窒化酸化膜により形成されてなるようにする。

また請求項６の発明においては、発熱素子と、発熱素子を駆動するＰチャンネルＭＯＳ型による電界効果型トランジスタとを一体に基板上に形成し、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、電界効果型トランジスタのゲート酸化膜のゲート電極側面を窒化酸化膜により形成する。

請求項１の構成により、発熱素子と、発熱素子を駆動するＰチャンネルＭＯＳ型による電界効果型トランジスタとを一体に基板上に形成し、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、電界効果型トランジスタのゲート酸化膜のゲート電極側面が窒化酸化膜により形成されてなるようにすれば、ゲート電極を形成した後に熱処理する場合にあっても、ゲート電極に係るポリシリコン膜中で活性化したボロンのゲート酸化膜への侵入が窒化酸化膜により防止される。これによりしきい値電圧の変動を有効に回避して電界効果型トランジスタを確実にオンオフ制御可能な分、単に電界効果型トランジスタのゲート酸化膜を作成する場合に比してゲート酸化膜の膜厚を薄くすることで電界効果型トランジスタのオン抵抗値を小さくすることができる。これによりＰチャンネルＭＯＳ型のトランジスタをスイッチングトランジスタに用いて、このトランジスタを確実にオンオフ制御して発熱素子を効率良く駆動することができる。

これにより請求項５、請求項６の構成によれば、ＰチャンネルＭＯＳ型のトランジスタをスイッチングトランジスタに用いて、このトランジスタを確実にオンオフ制御して発熱素子を効率良く駆動することができる液体吐出装置、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、ＰチャンネルＭＯＳ型のトランジスタをスイッチングトランジスタに用いて、このトランジスタを確実にオンオフ制御して発熱素子を効率良く駆動することができる。

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、本発明に係るラインプリンタを示す斜視図である。このラインプリンタ１１は、フルラインタイプのラインプリンタであり、略長方形形状によりプリンタ本体１２が形成される。このラインプリンタ１１は、印刷対象である用紙１３を収納した用紙トレイ１４をこのプリンタ本体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。

ラインプリンタ１１は、このようにトレイ出入口よりプリンタ本体１２に用紙トレイ１４が装着されて、ユーザーにより印刷が指示されると、このプリンタ本体１２に設けられた給紙ローラの回転によりプリンタ本体１２の背面側に向かって用紙トレイ１４から用紙１３が送り出され、プリンタ本体１２の背面側に設けられた反転ローラによりこの用紙１３の送り方向が正面方向に切り換えられる。ラインプリンタ１１は、このようにして用紙送り方向が正面方向に切り換えられてなる用紙１３が用紙トレイ１４上を横切るように搬送され、ラインプリンタ１１の正面側に配置された排出口よりトレイ１５に排出される。

ラインプリンタ１１は、上側端面に上蓋１６が設けられ、この上蓋１６の内側、正面方向への用紙搬送途中に、矢印Ａ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。

ここで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４色によるフルラインタイプのプリンタヘッドであり、上側に各色のインクタンク１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋが設けられるようになされている。ヘッドカートリッジ１８は、これらインクタンク１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋに係るプリンタヘッドのアッセンブリーであるヘッドアッセンブリー２０と、このヘッドアッセンブリー２０の用紙１３側に設けられて、不使用時、ヘッドアッセンブリー２０に設けられたノズル列を塞いでインクの乾燥を防止するヘッドキャップ２１とにより構成される。これによりラインプリンタ１１においては、このヘッドカートリッジ１８に設けられたヘッドアッセンブリー２０の駆動により、各色のインク液滴を用紙１３に付着させて所望の画像等をカラーにより印刷することができるようになされている。

図３は、このヘッドアッセンブリー２０を用紙１３側より見てインク液滴Ｌの吐出に係る部分を拡大し、一部断面を取って示す斜視図である。ヘッドアッセンブリー２０は、液室２２の隔壁２３等を作成したヘッドチップ２４を順次ノズルシート２５に貼り付けた後、ボンディング端子２６を介してヘッドチップ２４を配線して形成される。

ここでヘッドチップ２４は、複数の発熱素子２７、この複数の発熱素子２７を駆動する駆動回路、この駆動回路の駆動に供する電源等を入力するパッド２８等が形成されたものであり、ノズルシート２５側から見て全体が長方形形状により形成され、この長方形形状の長辺の一辺に沿って複数の発熱素子２７が所定ピッチにより配置される。

ヘッドチップ２４は、この一辺側が開いてなるように、櫛の歯形状により液室２２、インク流路の隔壁２３が形成され、これによりこの一辺側にインク流路を形成して、このインク流路からそれぞれ対応するインクタンク１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋのインクを各液室２２に導き得るようになされ、またこのようにして液室２２に導かれたインクを発熱素子２７の駆動により加熱できるようになされている。

ヘッドチップ２４は、半導体ウエハの段階で、露光硬化型のドライフィルムレジストを発熱素子２７側面に積層した後、フォトリソプロセスによってこのドライフィルムレジストから液室の部位等を取り除くことにより、隔壁２３が形成されるようになされている。

これに対してノズルシート２５は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのインクにそれぞれ対応する用紙幅によるノズル２９の列が並設されたシート状部材であり、電鋳技術によりコバルトを含むニッケル材により形成される。ノズルシート２５は、各ノズル２９の列を間に挟んで千鳥に、各ヘッドチップ２４をそれぞれボンディング端子２６にワイヤボンディングする際の作業用の開口３０が形成されるようになされている。

図４は、このヘッドアッセンブリー２０に配置されるヘッドチップ２４のノズル２９を含む近傍の構成を示す断面図である。ヘッドチップ２４は、半導体製造工程により、複数チップ分がシリコン基板３１による半導体ウエハ上にまとめて形成された後、各チップにスクライビングされて形成される。

この実施例においては、発熱素子２７の駆動に供する中耐圧のスイッチングトランジスタ３２がＰＭＯＳトランジスタにより作成され、またこのスイッチングトランジスタ３２のゲート電極がポリサイド構造により作成される。これによりヘッドチップ２４では、従来に比して耐圧マージンが広く、オン抵抗値の小さなトランジスタをスイッチングトランジスタ３２に適用して、その分効率良く発熱素子２７を駆動するようになされている。

またヘッドチップ２４は、このスイッチングトランジスタ３２を駆動する駆動回路を構成するドライバートランジスタ３３等がＮＭＯＳ及びＰＭＯＳトランジスタにより作成されると共に、これらのドライバートランジスタ３３等についてもスイッチングトランジスタ３２と同様にポリサイド構造によるゲート電極により作成される。この実施例では、これらのトランジスタ３２及び３３等がほぼ同一のゲート入力電圧により動作するように作成され、これにより昇圧回路を設けることなく、ドライバートランジスタ３３によりスイッチングトランジスタ３２を直接駆動するようになされている。これらにより発熱素子２７を駆動するスイッチングトランジスタ３２においては、ゲート入力電圧が５〔Ｖ〕以下に設定されるのに対し、ゲート・ドレイン間の耐圧が、発熱素子２７の駆動に係る電圧以上、少なくとも１０〔Ｖ〕以上に設定されるようになされている。

ここで図５、図１、図６は、このヘッドチップ２４の製造工程を示す断面図である。このヘッドチップ２４は、図５（Ａ）に示すように、膜厚１００〔ｎｍ〕によりシリコン窒化膜（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）が堆積された後、フォト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３２、３３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。これらによりヘッドチップ２４は、シリコン基板３１上のトランジスタを作成する領域にシリコン窒化膜が堆積される。

続いてヘッドチップ２４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）３５が形成される。なおこの素子分離領域３５は、その後の処理により最終的に膜厚２６０〔ｎｍ〕に形成される。

ヘッドチップ２４は、続いてフォトリソグラフィー工程、イオン注入工程、熱拡散工程によりシリコン基板３１が処理され、これによりシリコン基板３１中にＮウェル領域及びＰウェル領域が形成される。

続いて図５（Ｂ）に示すように、熱処理炉において、水素と酸素とによる混合ガス（Ｈ₂ ／Ｏ₂ ）の雰囲気中で、８５０度により熱処理され、これにより膜厚８〜２５〔ｎｍ〕による熱酸化膜３６が形成される。この実施例においては、この熱酸化膜３６がゲート電極の形状によりパターニングされてゲート酸化膜が形成される。なおこのゲート酸化膜の膜厚は、ソース・ドレイン間の耐圧、ゲート長、ゲート入力電圧等に基づいて、これら８〜２５〔ｎｍ〕の範囲で所望の値に設定される。

続いて図１（Ｃ）に示すように、プラズマ発生源を有する窒化装置によりシリコン基板３１が処理され、熱酸化膜３６の表面にシリコン窒化酸化膜３７が膜厚１〜４〔ｎｍ〕程度により形成され、これによりシリコン基板３１の熱処理時に活性化したボロンの熱酸化膜３６への侵入を防止するブロック層が形成される。

この実施例において、この窒化装置には、誘導結合型プラズマ発生装置が適用される。ここでこのプラズマ発生装置は、チェンバー外壁の周囲にコイルが配置され、このコイルにＲＦ電源が接続されて構成される。このプラズマ発生装置においては、窒素ガスを導入した後、コイルへのＲＦ電源の印加により窒素プラズマ放電を発生し、この窒素プラズマを加工対象であるシリコン基板３１に照射する。またこのときプラズマ発生装置に内蔵の加熱機構によりシリコン基板３１を加熱して室温〜４００度の範囲の温度によりシリコン基板３１を保持する。これによりヘッドチップ２４は、この窒素プラズマの照射により主にプラズマ中の窒素ラジカル種と熱酸化膜３６の表面との間で化学反応が生じ、これにより熱酸化膜３６の表面にシリコン窒化酸化膜３７が成長する。

なおこのようなプラズマ発生源を有する窒化装置にあっては、このような誘導結合型プラズマ発生装置に代えて、基板表面近傍において１〔ｅＶ〕以下の電子温度によるプラズマを発生可能な装置であれば、種々の装置を広く適用することができる。

このようにして熱酸化膜３６の表面にシリコン窒化酸化膜３７が形成されると、ヘッドチップ２４は、続いて図１（Ｄ）に示すように、シリコン基板３１が洗浄された後、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法によりポリシリコン膜が膜厚１００〔ｎｍ〕により堆積される。さらに続いてイオン注入工程によりポリシリコン膜中にボロンが注入され、活性化アニール工程によりこのポリシリコン膜中のボロン、ソース及びドレイン作成領域の不純物が活性化される。この活性化アニール工程において、熱酸化膜３６の表面に形成されたシリコン窒化酸化膜３７においては、ポリシリコン膜中のボロンの拡散防止層（ブロック層）として機能し、これによりスイッチングトランジスタ３２におけるしきい値電圧の変動を有効に回避するようになされている。なおシリコン窒化酸化膜３７においては、この活性化アニール工程の他に、以下に説明する各熱処理工程においてもポリシリコン膜中のボロンの拡散防止層として機能するようになされている。

続いてヘッドチップ２４は、タングステンシリサイド膜が膜厚１００〔ｎｍ〕により堆積された後、リソグラフィー工程によりトランジスタのゲート領域が露光処理され、さらに続いてＳＦ₆ ＋ＨＢｒ系のガスを用いたドライエッチング工程により、余剰な熱酸化膜３６、シリコン窒化酸化膜３７、ポリシリコン膜、タングステンシリサイド膜が除去される。これによりスイッチングトランジスタ３２の作成領域においては、基板３１側から見てゲート酸化膜３８、シリコン窒化酸化膜３９、さらにこのシリコン窒化酸化膜３９の上層にポリシリコン膜４０、タングステンシリサイド膜４１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、ゲートＧとドレインＤとの間の耐圧を確保する電界緩和層が低濃度の拡散層４２により形成される。さらにソースＳ及びドレインＤの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が処理される。さらに続いてＣＶＤ法を用いたシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂ ）の堆積とリアクティブイオンエッチング法とによりゲートＧの両端にサイドウォール４３が形成され、これらによりＭＯＳトランジスタ３２、３３等が作成される。

このようにしてスイッチングトランジスタ３２をＰＭＯＳトランジスタにより作成するにつき、この実施例では、ゲート酸化膜３８のゲートＧの電極側面をシリコン窒化酸化膜３９により形成することにより、所望のしきい値電圧により確実にオンオフ制御し得、その分単にゲート酸化膜を作成する場合に比してゲート酸化膜３８の膜厚を薄くすることができるようになされている。

具体的に、トランジスタ３２、３３は、ゲート長２．０〔μｍ〕以下、ゲート入力電圧５〔Ｖ〕以下により作成されるのに対し、スイッチングトランジスタ３２については、ゲート・ドレイン間の耐圧がゲート入力電圧に比して高電圧である２５〔Ｖ〕程度に設定される。これによりヘッドチップ２４は、ゲート入力電圧５〔Ｖ〕以下の駆動回路により直接スイッチングトランジスタ３２を駆動して、このスイッチングトランジスタ３２により８〜２５〔Ｖ〕の電圧で発熱素子２７を駆動するようになされている。

このようにしてトランジスタ３２、３３が作成されると、ヘッドチップ２４は、続いて図６（Ｅ）に示すように、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜であるＮＳＧ（Non-doped 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。

さらにヘッドチップ２４は、希フッ酸によりシリコン基板３１が洗浄され、これによりトランジスタ３２、３３のソースＳ及びドレインＤの領域表面より自然酸化膜が除去される。続いて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。さらに続いて反射防止膜である窒化酸化チタンが膜厚２５〔ｎｍ〕により堆積され、これらにより１層目の配線パターン材料層が成膜される。

続いてヘッドチップ２４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層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。ヘッドチップ２４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、ドライバートランジスタ３３を接続してロジック集積回路が形成されるようになされている。

ヘッドチップ２４は、続いて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。続いてヘッドチップ２４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。

ヘッドチップ２４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上に抵抗体膜が成膜される。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２５〜４０〔ｓｃｃｍ〕に設定した。さらに続いてヘッドチップ２４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抵抗体膜が選択的に除去され、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、４０〜１００〔Ω〕の抵抗値を有する発熱素子２７が形成される。

このようにして発熱素子２７が形成されると、ヘッドチップ２４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２７の絶縁保護層４９が形成される。続いてフォトレジスト工程、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２７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４９に開口を形成してビアホール５０が作成される。

さらにヘッドチップ２４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。続いてヘッドチップ２４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。これらによりヘッドチップ２４は、シリコン又は銅を添加したアルミニュームによる２層目の配線パターン材料層が形成される。

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５１が作成される。ヘッドチップ２４は、この２層目の配線パターン５１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、またスイッチングトランジスタ３２を発熱素子２７に接続する配線パターンが作成される。なお発熱素子２７の上層に取り残されたシリコン窒化膜４９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種からβ−タンタルによる発熱素子２７を保護する保護層として機能する。またこのシリコン窒化膜５２においては、このエッチング工程において、塩素ラジカルに曝される部位が膜厚３００〔ｎｍ〕から膜厚１００〔ｎｍ〕に減少する。

続いてヘッドチップ２４は、インク保護層、絶縁層として機能するシリコン窒化膜５２がプラズマＣＶＤ法により膜厚２００〜４００〔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。これによりヘッドチップ２４は、トランジスタ３２、３３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５１との接続が安定化されてコンタクト抵抗が低減される。

ヘッドチップ２４は、続いて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、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５３が形成される。この実施例では、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によりβ−タンタルによる耐キャビテーション層５３が形成される。またこのような耐キャビテーション層５３にあっては、β−タンタルに代えて、タンタルとアルミニュームとの合金を用いることも可能であり、この場合、β−タンタルの結晶粒界の間にアルミニュームが存在するようにアルミニュームの含有量を１５〔ａｔ％〕程度にすれば、β−タンタル膜に比して下層の絶縁保護層への圧縮応力を低減することができる。

なおここで耐キャビテーション層５３は、発熱素子２７の駆動により液室２２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２７を保護し、また発熱素子２７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２７を保護する保護層である。

ヘッドチップ２４は、続いて図４に示すように、感光性有機系樹脂が塗布された後、露光現像工程により液室２２及び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、これにより液室２２の隔壁２３、インク流路の隔壁２３等が作成される。ヘッドチップ２４は、このようにしてシリコン基板３１上に作成された複数ヘッドチップ分がスクライビングされて作成される。

（２）実施例の動作
以上の構成において、このラインプリンタ１１においては（図２）、印刷に供する画像データ、テキストデータ等によるヘッドカートリッジ１８の駆動により、処理対象である用紙１３を所定の用紙送り機構により搬送しながら、ヘッドカートリッジ１８に設けられたヘッドアッセンブリー２０からインク液滴が吐出され、このインク液滴が搬送中の用紙１３に付着して画像、テキスト等が印刷される。

これに対応してヘッドカートリッジ１８のヘッドアッセンブリー２０においては（図２、図３）、インクタンク１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋのインクが各ヘッドチップ２４に形成された液室２２に導かれ、発熱素子２７の駆動によるこの液室２２のインクの加熱により、ノズルシート２５に設けられたノズル２９からインク液滴Ｌが吐出される。これらによりこのラインプリンタ１１においては、所望の画像等を印刷することができるようになされている。

しかしてこのヘッドアッセンブリー２０においては、複数の発熱素子２７、この複数の発熱素子２７を駆動するスイッチングトランジスタ３２等を一体に形成してなるヘッドチップ２４（図１、図４〜図６）と、インク液滴を吐出するノズル２９によるノズル列、開口３０を電鋳処理により作成してなるシート状の部材であるノズルシート２５とを配置して形成される（図３）。またこのようなノズル２９によるノズル列が、印刷対象の用紙幅により形成され、これによりフルラインタイプのラインヘッドが構成され、シリアルヘッドのプリンタヘッドによる場合に比して高速度に所望の画像等を印刷することができる。

この実施例に係るヘッドアッセンブリー２０においては、図７に示すように、このスイッチングトランジスタ３２に、ＮＭＯＳトランジスタに比して耐圧の向上が図り易いＰＭＯＳトランジスタが適用されて、ドレインＤのゲートＧ側とゲートＧとの間に拡散層４２が形成されて作成され、これによりこのスイッチングトランジスタ３２におけるゲートＧとドレインＤとの間の耐圧が増大される。

またヘッドアッセンブリー２０においては、このスイッチングトランジスタ３２を駆動するドライバートランジスタ３３等がＰＭＯＳトランジスタ及びＮＭＯＳトランジスタにより作成されると共に、これらのトランジスタ３２、３３のゲートＧの電極がポリシリコン膜４０、タングステンシリサイド膜４１によるポリサイド構造により形成され、その分従来に比してゲート酸化膜３８の膜厚が薄く作成される。これらによりヘッドアッセンブリー２０においては、従来に比して高電圧でオン抵抗値の小さなスイッチングトランジスタ３２等が作成され、これにより寄生抵抗が小さくなり、その分、発熱素子２７が効率良く駆動されるようになされている。

しかしてこのように単にゲート酸化膜３８上にゲートＧの電極を作成した場合にあっては、基板３１の熱処理時、ポリシリコン膜４０に添加されるボロンが活性化してゲート酸化膜３８を突き抜ける場合があり、この場合、トランジスタ３２のしきい値電圧が変動し、これによりトランジスタ３２のオンオフ制御が困難になる。特にこの実施例のようにゲート電極へのポリサイド構造の適用によりゲート酸化膜３８の膜厚を薄く作成する場合、このようなしきい値電圧の変動が起き易くなる。

このためヘッドアッセンブリー２０においては、トランジスタ３２のゲート酸化膜３８のゲート電極側面がシリコン窒化酸化膜３９により形成され、これにより図７において矢印Ａにより示すように、このシリコン窒化酸化膜３９によりゲート酸化膜３８へのボロンの侵入が防止される。すなわちゲート酸化膜３８とポリシリコン膜４０との間に形成されるシリコン窒化酸化膜３９においてはポリシリコン膜４０中で活性化したボロンに対して下層への拡散防止層として機能し、これによりしきい値電圧の変動が有効に回避される。

これによりヘッドアッセンブリー２０においては、このようにシリコン窒化酸化膜３９を作成してトランジスタ３２を確実にオンオフ制御可能な分、単にトランジスタ３２のゲート酸化膜を作成する場合に比してゲート酸化膜３８の膜厚を薄くすることでトランジスタ３２のオン抵抗値を小さくし得、これによりさらに一段と発熱素子２７を効率良く駆動することができる。

これらによりヘッドアッセンブリー２０においては、ＰチャンネルＭＯＳ型のトランジスタをスイッチングトランジスタ３２に適用して、このトランジスタ３２を確実にオンオフ制御して発熱素子２７を効率良く駆動することができるようになされている。

具体的にこの実施例では、ゲート・ドレイン間電圧８〜２５〔Ｖ〕、ゲート入力電圧５〔Ｖ〕以下、ゲート長２．０〔μｍ〕以下に設定し、この設定に基づいてゲート酸化膜３８の膜厚８〜２５〔ｎｍ〕、シリコン窒化酸化膜３９の膜厚１〜４〔ｎｍ〕でＰＭＯＳトランジスタによりスイッチングトランジスタ３２を作成することにより、このスイッチングトランジスタ３２を確実にオンオフ制御して発熱素子２７を効率良く駆動することができる。

またこのようなスイッチングトランジスタ３２においては、ドレインＤの領域のゲートＧ側とゲートＧとの間にオフセット領域が設けられて、ゲート入力電圧に比してゲート・ドレイン間電圧が高電圧に設定されることにより、スイッチングトランジスタにおけるゲート・ドレイン間の電圧を増大させることができる。

またシリコン窒化酸化膜３９の作成に係るゲート酸化膜３８の窒化処理においては、ゲート酸化膜３８の耐圧、しきい値電圧に何ら変動が生じないことにより、シリコン窒化酸化膜３９の作成において十分な信頼性を確保することができる。

（３）実施例の効果
以上の構成によれば、スイッチングトランジスタにおけるゲート酸化膜のゲート電極側面を窒化酸化膜により形成することにより、ＰチャンネルＭＯＳ型のトランジスタをスイッチングトランジスタに用いて、このトランジスタを確実にオンオフ制御して発熱素子を効率良く駆動することができる。

またスイッチングトランジスタのゲート電極をポリサイド構造により作成することにより、従来に比してスイッチングトランジスタのオン抵抗値を小さくし得、その分さらに一段と効率良く発熱素子を駆動することができる。

またスイッチングトランジスタにおいて、ドレイン領域のゲート側とゲートとの間にオフセット領域を設けて、ゲート入力電圧に比してゲート・ドレイン間電圧を高電圧に設定することにより、スイッチングトランジスタにおけるゲート・ドレイン間電圧を増大させることができる。

なお上述の実施例においては、ＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタとを同一工程で作成することにより、ＮＭＯＳトランジスタについてもゲート酸化膜のゲート電極側面にシリコン窒化酸化膜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、例えばＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタとを別工程でそれぞれ作成することにより、ＮＭＯＳトランジスタについてはシリコン窒化酸化膜の作成を省略するようにしても良い。

また上述の実施例においては、発熱素子の抵抗値を４０〜１００〔Ω〕により作成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、発熱素子の抵抗値にあっては、１００〔Ω〕以上により作成するようにしても良い。すなわち耐圧の向上を図り易いＰＭＯＳトランジスタによりスイッチングトランジスタを作成する場合、発熱素子の抵抗値を高くすれば、寄生抵抗の値に対する発熱素子の抵抗値の比率が増大し、その分、さらに一段と効率良く発熱素子を駆動することができる。

また上述の実施例においては、ポリサイド構造によるゲート電極によりスイッチング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、ポリシリコン構造によるゲート電極によりスイッチングトランジスタを作成する場合にも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、カラー印刷用のフルラインタイプのプリンタヘッドに本発明を適用して４本のノズル列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、例えば白黒印刷用のフルラインタイプのプリンタヘッドに本発明を適用してノズル列を１本により作成する場合等、種々の本数によりノズル列を作成する場合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、フルラインタイプのプリンタヘッドに本発明を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばプリンタヘッドを特定方向に移動させるいわゆるシリアルタイプのプリンタヘッドに本発明を適用する場合にも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。

本発明の実施例に係るラインプリンタに適用されるヘッドアッセンブリーにおけるヘッドチップの作成工程の説明に供する断面図である。 本発明の実施例に係るラインプリンタを示す斜視図である。 図２のヘッドアッセンブリーのインク液滴の吐出に係る部分を拡大して示す斜視図である。 図２のヘッドアッセンブリーのインク液滴の吐出に係る部分を示す断面図である。 図１の前工程を示す断面図である。 図１の続きを示す断面図である。 図４のヘッドチップにおけるスイッチングトランジスタを示す断面図である。 寄生抵抗の説明に供する接続図である。 ポリサイド構造によるゲート電極によるスイッチングトランジスタを示す断面図である。

符号の説明

１、３、３２、３３……トランジスタ、２、２７……発熱素子、４、３１……基板、５、３８……ゲート酸化膜、６、４０……ポリシリコン膜、７、４１……金属シリサイド膜、１１……ラインプリンタ、２０……ヘッドアッセンブリー、２４……ヘッドチップ、３９……窒化酸化膜

Claims (6)

1. 発熱素子と、前記発熱素子を駆動するＰチャンネルＭＯＳ型による電界効果型トランジスタとを一体に基板上に形成し、前記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、
   前記電界効果型トランジスタのゲート酸化膜の前記ゲート電極側面が窒化酸化膜により形成された
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記基板が、シリコン基板であり、
   前記シリコン基板の熱酸化により前記ゲート酸化膜が形成された
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記ゲート電極が、ポリサイド構造により形成された
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記電界効果型トランジスタは、
   ドレイン領域のゲート側と前記ゲートとの間にオフセット領域が設けられて、ゲート入力電圧に比してゲートドレイン間電圧が高電圧に設定された
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
5. 液体吐出ヘッドにより液滴を飛び出させる液体吐出装置において、
   前記液体吐出ヘッドが、
   発熱素子と、前記発熱素子を駆動するＰチャンネルＭＯＳ型による電界効果型トランジスタとを一体に基板上に形成し、前記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、
   前記電界効果型トランジスタのゲート酸化膜のゲート電極側面が窒化酸化膜により形成された
   ことを特徴とする液体吐出装置。
6. 発熱素子と、前記発熱素子を駆動するＰチャンネルＭＯＳ型による電界効果型トランジスタとを一体に基板上に形成し、前記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、
   前記電界効果型トランジスタのゲート酸化膜のゲート電極側面を窒化酸化膜により形成する
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
   

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