JP2008260150A - 熱インクジェット記録ヘッドに用いる埋め込み配線の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 埋め込み配線を作製する際のディッシングを最小限に防止する。
【解決手段】 幅の広い埋め込み配線部分に、島状にディッシング防止パターンを形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体噴射記録方式の熱インクジェット記録ヘッドに関する技術分野のものである。

従来、液体噴射記録方式の熱インクジェット記録ヘッドの製造方法は、シリコンウエハなどの基板に熱インクジェットプリンタをを駆動制御するための素子（ＩＣ）を作製する工程、成膜工程、フォトリソ工程、ノズル形成工程などにより構成されている。

本発明は、この工程の中において、インクを加熱・発泡させるための熱源であるヒーター膜に通電する配線に関するものであるため、ノズル形勢工程などの部分は省略する。

図７は従来の熱インクジェット記録ヘッドの発熱抵抗体まわりの基本的構成を示した模式図である。

この図において、シリコンウエハーなどの基板１上に、ＳｉＯなどの熱酸化膜からなる絶縁蓄熱層２があり、その上に順にアルミなどからなる発熱抵抗体への給電配線４、インクに対する耐性を向上させるためのＳｉＮなどからなる保護層５、インク発泡時のキァビティションにたいする耐性を向上させるためのＴａなどからなる保護膜６などがある。

更に、これらに図７において図示されていないノズルを形成し、外部との電気信号接続をワイヤーボンディング、または、ＴＡＢ接合などで行い、熱インクジェット記録ヘッドとする。

また、埋め込み配線関連として従来技術を考えた場合、インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイションにより出願された特開平１１−２６０８２４、その他、が挙げられる。これらは、ダマシンプロセスとして知られるＬＳＩ用の埋め込み配線の作成方法であり、対象パターンに本出願のように極端な配線幅の変化が無いので、本出願で開示するディッシング防止パターンなどが開示されてはいない。
特開平１１−２６０８２４号公報

従来の熱インクジェット記録ヘッドでは、図７に示したように保護膜５、保護膜６は給電配線４の上部で凸上の形態を有する膜となる。通常の市販されている熱インクジェット記録ヘッドの給電配線４の厚みは約３μｍほどであるため、その上部に積層されたインクに対する耐性を向上させるためのＳｉＮなどからなる保護層５、インク発泡時のキァビティションにたいする耐性を向上させるためのＴａなどからなる保護膜６も同様の段差を有してしまう。

また、一方では本方式による発泡制御を高度化するために、インクに対する耐性を向上させるためのＳｉＮなどからなる保護層５、インク発泡時のキァビティションにたいする耐性を向上させるためのＴａなどからなる保護膜６を更に薄膜化し、熱応答性を高めたいという要求がある。

ところが、図７に示したような凸の形状を保護膜５、６が有していると、凸の上部コーナー部分にストレスが集中しやすいため、その薄膜化に対する要請には限界が生じる。

このような形状の問題をクリアして、保護膜の薄膜化を図り熱応答性を向上させるためには、図２に示すように給電配線のＩＮ側となる配線溝４ａ、および、外部へと接続されている給電配線のＯＵＴ側として形成されたアルミ配線７ａへのコンタクトホール４ｂを蓄熱層２ａの中に形成し、その中をめっき法などによって金属充填し、その上部を平坦化処理後に発熱抵抗体３ａを積層し、さらに耐インク保護膜５ａ、耐キャビティション保護膜６ａを積層することが考えられる。このような積層構造を採用した場合、発熱抵抗体の膜厚は０.1μｍ程度であるために、上部に積層した保護膜５ａ、６ａなどにストレスが集中するエッジが形成されず、保護膜５ａ、６ａを薄膜化することが可能となる。この薄膜化の結果、記録ヘッドの熱応答性を向上させることが出来る。

ところが、図２に示したような配線溝４ａと、この配線よりも深さの深いコンタクトホール４ｂを蓄熱層２ａ中に形成し、この表面に電気めっきのシード層となるＣｕ薄膜をスパッタにより形成し、電気Ｃｕめっきなどで溝、および、ホール内にＣｕを充填する場合、電気めっきは下層の凹凸を忠実に転写するので、平坦化処理時に研磨する必要がある最大膜厚はコンタクトホールの深さと同じ５〜６μｍにも達する。

このような多量の研磨を行う場合、配線溝の幅が広い部位においてはディッシングによる膜厚減少が生じる。

すなわち、給電配線４ａは図示されていない外部電力供給ラインと各発熱抵抗体との距離により大きく線幅が異なるように設計を行う必要があり、距離が遠いほどその線幅を広げる必要が生じる。それゆえに、距離の近い発熱抵抗体への給電配線４ａの線幅が５μｍ程度の場合、最も遠い距離にある発熱抵抗体への給電配線４ａの線幅が２００μｍ近くになることが想定されるばかりか、これらの給電配線が集合した取り出し側では５００μｍ程度にまで配線幅が広がることもある。その結果、上部平坦化処理のための研磨により、配線幅の広い部位は大きくディッシングされ、期待した平坦面が得られないことが想定される。

図３ａ〜ｅは、高さの異なる凹部の中に、めっきにより金属を埋め込む際に通常行われる製造プロセスを模式図化したものであり、保護レジスト８ａ、８ｂを用いてＳｉＯなどの熱酸化膜からなる蓄熱層をエッチング・パタニングし、その上にＴｉ／Ｃｕなどのシード層９を形成後、全面に電気Ｃｕめっきを行っている。この図３ｄに示したように、積層しためっき膜は下地の凹凸を転写しているため、これを研磨して図３ｅに示したように平坦な表面にすると、幅の広い埋め込み配線部分は大きくディッシングを受けてしまう。

この状態を模式図化したものを図４に示す。ここで、１ａはＳｉウエハー、２ａは蓄熱層、９および１０はシード層とその上に積層されたＣｕめっき層であり、配線幅の広い部分は平坦化処理のための研磨によりディッシングを受けて凹状のパターンとなってしまう。

本発明は、こうした従来技術の問題点を解消し、前述のように研磨量が大きく、しかも、配線幅が大きく異なっていても、大幅なディッシングによる膜厚の減少を防止して平坦な研磨面を与えることで、保護膜の厚みを小さくして熱応答性を高め、高精細な印字が可能となる熱インクジェット記録ヘッドを提供することを目的とするものである。

本発明は、下記構成の製造方法によって、前記の目的を達成するものである。

（１）Ｓｉウエハー上に形成したＳｉＯ層に保護レジストを積層し、コンタクトホールとなるスルーホールの部分を開口し、ＳｉＯを所定の深さまでエッチング後にレジストを除去する。次に、再度保護レジストを全面に積層後、スルーホールの周囲、および、数μｍ〜数百μｍの配線幅を有する埋め込み配線の形成が予定される溝状部周辺の保護レジストを開口し、ＳｉＯ層をエッチングして前記スルーホールよりも浅い溝を形成する際に、百μｍ以上の配線幅を有する溝状の部位に、島状に保護レジストを残してＳｉＯのエッチングを行うことを特徴とする、埋め込み配線を有する熱インクジェット記録ヘッド用埋め込み配線の製造方法。

（２）上記（１）記載の熱インクジェット記録ヘッドの製造方法であって、上記において形成したＳｉＯ膜のパターンを含む基板全体にＴｉ、および、Ｃｕをスパッタし、このＣｕ膜の上に湿式のめっき法を用いてＣｕを堆積することを特徴とする、埋め込み配線を有する熱インクジェット記録ヘッド用埋め込み配線の製造方法。

（３）上記（１）（２）記載の熱インクジェット記録ヘッドの製造方法であって、上記において堆積したＣｕ膜の上面より研磨を開始し、Ｃｕ膜とＳｉＯ膜が同一平面になるまで研磨を行って平坦化処理を行うことを特徴とする、埋め込み配線を有する熱インクジェット記録ヘッド用埋め込み配線の製造方法。

本発明によれば、熱インクジェット記録ヘッドの発熱抵抗体への給電配線パターンにおいて、その幅の広い配線部位に島状にＳｉＯパターンを形成し、めっきによる金属の埋め込みと研磨による平坦化処理を実施することで、研磨の際に幅の広い給電配線のディッシングが極端に進むことを防止できる。

この様にして作製した熱インクジェット記録ヘッドは、ヒーター膜上に積層された保護膜に明確なコーナー部が無いため、インク発泡時の衝撃によるストレスが一点に集中しにくく、耐久性が向上するばかりか、ヒーター膜上の保護膜を極めて薄く設計することが可能となるために、熱応答性が向上してインクの単位時間あたりの吐出量が向上し、高速での印字が可能となる。

本発明は、Ｓｉウエハー上に形成したＳｉＯ層に数μｍ〜数百μｍの間の幅の異なる埋め込み配線を形成するときに、幅の広い配線部位に島状にＳｉＯパターンを残し、平坦化のための研磨の際に、幅の広い配線のディッシングが極端に進むことを防止することを特徴としている。

以下においては、実施例において具体的な説明を行う。

図２は、前述したように本発明を用いて作製した熱インクジェット記録ヘッドのヒーター膜周辺の模式図であり、埋め込み配線４ａ、および、アルミ配線７ａにコンタクトするためのコンタクトホール４ｂは、以下のように作製する。まず、これらのパターンをＳｉウエハー１ａ上に形成したＳｉＯからなる蓄熱層２ａに図３ａ、図３ｂに示したように保護レジストを用いてドライエッチングにより形成する。

このとき、コンタクトホール４ｂの下部は直径１０μｍ×深さ３μｍ、その上部は直径２０μｍ×深さ３μｍであり、埋め込み配線４ａは深さ３μｍで、その幅は５μｍから３００μｍまで変化している。これは、ヒーター膜３ａに接続される配線４ａの長さが長いほど、その配線幅を広げた設計を行ったためであり、４ａの配線幅が５μｍのものは配線長も短く設計されている。さらに、レジスト８ｂは図５(ａ)、図５(ｂ)に示したような、配線４ａの幅が１００μｍを超えた部分に島状のディッシング防止パターン１１を残すようにパタニングされる。

この防止パターン１１の形状は、設計上許容される範囲において特に制約は無いが、本実施例においては直径が１０μｍ×深さ３μｍの円柱状とし、防止パターン１１相互、および、配線溝の側壁との距離が１００μｍ以下となるようにパタニングを行った。このようなパターンの埋め込み配線４ａの配線幅に着目した断面模式図を図５(ａ)に、これを上部から見たときの模式図を図５(ｂ)に示す。

通常、このディッシング防止パターン１１は、防止パターン相互、および、配線溝の側壁との距離が、最大でも２００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以下、更に好ましくは１００μｍ以下となるようにパタニングされる。

以上のようにして蓄熱層２ａをパタニングし、このパターンを含む基板の全面にＣｕとＳｉＯの密着力を向上させるためのＴｉを０.０５μｍスパッタし、更に引き続いて、電気Ｃｕめっきのシード層となるＣｕを同じく全面に０.０５μｍ積層し、全面に電気めっき法によりＣｕを積層した。この状態の模式図を図６に示す。

ここで使用する電気Ｃｕめっき浴は、硫酸Ｃｕめっき浴、ピロリン酸Ｃｕめっき浴、シアン化Ｃｕめっき浴などの公知の組成のものを任意に使用することが可能である。

このようにして、Ｃｕを積層したウエハーを研磨により蓄熱層２ａの表面が露出するまで平坦化処理を行った。

ここで行った研磨は、研磨メディアを用いた物理研磨を主体に行っても良いし、Ｃｕのエッチングに効果のある過酸化水素水などの化学薬品を前記メディアに混ぜて行っても良い。このようにして平坦化処理された、パターンの模式図を図１に示す。

最後に、上記プロセスにて平坦化したパターン上の適切な位置にＴｉＮなどよりなる発熱抵抗体３ａ、ＳｉＯなどよりなる保護膜５ａ、Ｔａなどからなる耐キァビティション膜６ａを積層・パタニングし、図２に示したような熱インクジェット記録ヘッドのヒーター膜周辺のパターンを作製した。

このようにして作製したパターンの信頼性を評価するため、上記に引き続いて図示されていないノズル、及び、インク供給口を配置し、電気的配線を接続して熱インクジェット記録ヘッドとした。

以上のようにして作製した熱インクジェット記録ヘッドは、発熱抵抗体上に積層された保護膜に明確なコーナー部が無いため、インク発泡時の衝撃によるストレスが一点に集中しにくく、耐久性が向上するばかりか、ヒーター膜上の保護膜を極めて薄く設計することが可能となるために、熱応答性が向上してインクの単位時間あたりの吐出量が向上し、高速での印字が可能となった。

（比較例１）
本発明の実施例１における島状のディッシング防止パターン１１をパターン中に作製しなかったことを除いて、他のプロセスは全て実施例１と同様にして熱インクジェット記録ヘッドの発熱抵抗体への給電配線パターンを作製した。この様にして作製した給電配線は、平坦化のための研磨処理により幅の広い給電配線の部分が図４に示したようなディッシングを受けてしまった。

その結果、発熱抵抗体上に積層する保護膜の膜厚を薄くすることが出来ず、熱インクジェット記録ヘッドの熱応答性の向上を図ることが出来なかった。

本発明の一実施例の要部説明図である。 本発明の一実施例の要部説明図である。 本発明の一実施例、および、比較例の製造プロセス説明図である。 本発明の比較例の要部説明図である。 (ａ)本発明の一実施例の要部説明図であり、島状のディッシング防止パターンを形成したときの給電配線パターンの断面図である。

(ｂ)本発明の一実施例の要部説明図であり、島状のディッシング防止パターンを形成したときの給電配線パターンの上面図である。
本発明の製造プロセス説明図である。 従来の熱インクジェット記録ヘッドの発熱抵抗体の膜構造を示した断面図である。

符号の説明

１ Ｓｉ基板
１ａ Ｓｉ基板
２ 蓄熱層
２ａ 蓄熱層
３ 発熱抵抗体
１ａ 発熱抵抗体
４ 給電用配線
４ａ 給電用配線
４ｂ コンタクトホール
５ 保護膜（耐インク層）
５ａ 保護膜（耐インク層）
６ 保護膜（耐キャビティション膜）
６ａ 保護膜（耐キャビティション膜）
７ａ 給電用配線
８ａ ＳｉＯパタニング用保護レジスト
８ｂ ＳｉＯパタニング用保護レジスト
９ 密着層、および、シード層
１０ めっき積層膜

Claims (3)

1. Ｓｉウエハー上に形成したＳｉＯ層に保護レジストを積層し、コンタクトホールとなるスルーホールの部分を開口し、ＳｉＯを所定の深さまでエッチング後にレジストを除去し、次に、再度保護レジストを全面に積層後、スルーホールの周囲、および、数μｍ以上数百μｍ以下の配線幅を有する埋め込み配線の形成が予定される溝状部周辺の保護レジストを開口し、ＳｉＯ層をエッチングして前記スルーホールよりも浅い溝を形成する際に、百μｍ以上の配線幅を有する溝状の部位に、島状に保護レジストを残してＳｉＯのエッチングを行うことを特徴とする、埋め込み配線を有する熱インクジェット記録ヘッド用埋め込み配線の製造方法。
2. 前記請求項において形成したＳｉＯ膜のパターンを含む基板全体にＴｉ、および、Ｃｕをスパッタし、
   このＣｕ膜の上に湿式のめっき法を用いてＣｕを堆積することを特徴とする、請求項１に記載の埋め込み配線を有する熱インクジェット記録ヘッド用埋め込み配線の製造方法。
3. 前記請求項において堆積したＣｕ膜の上面より研磨を開始し、Ｃｕ膜とＳｉＯ膜が同一平面になるまで研磨を行って平坦化処理を行うことを特徴とする、請求項２に記載の埋め込み配線を有する熱インクジェット記録ヘッド用埋め込み配線の製造方法。

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