JP2021017054A

JP2021017054A - Substrate for liquid discharge head, and method of manufacturing the same

Info

Publication number: JP2021017054A
Application number: JP2020089788A
Authority: JP
Inventors: 譲石田; Yuzuru Ishida; 建安田; Ken Yasuda; 翼船橋; Tsubasa Funabashi; 三隅　義範; Yoshinori Misumi; 義範三隅; 麻紀加藤; Maki Kato
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2021-02-15
Anticipated expiration: 2040-05-22

Abstract

To provide a liquid discharge head that has connection reliability of an electrode pad part and chemical resistance, and is reduced in film thickness at the electrode pad part, and a method of manufacturing the liquid discharge head that includes electric inspection by probing.SOLUTION: A substrate for a liquid discharge head comprises an element 31 which generates energy for discharging a liquid and an electrode pad part 16 for electric connection with the outside which is electrically connected to the element. The electrode pad part 16 comprises a layer 38 including iridium metal or iridium alloy. Electric inspection by probing is performed on the layer 38 including the iridium metal or iridium alloy.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、液体を吐出して記録媒体に記録を行う液体吐出ヘッド用基板、該液体吐出ヘッド用基板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a liquid discharge head substrate for discharging a liquid and recording on a recording medium, and a method for manufacturing the liquid discharge head substrate.

従来、液体吐出ヘッドを構成している液体吐出ヘッド用基板（以下単に素子基板ということがある）と外部基板とを電気的に接続するためにワイヤーボンディングなどのボンディング方法が採用されている。素子基板上に配置される電極パッド部は、ボンディング材料との接続信頼性、および、素子基板作製後に形成されるノズル製造工程で用いられる酸・アルカリ、有機溶剤等の薬品への耐薬品性を鑑みて材料が選択される。現状では、電極パッド部は下層から、素子基板の配線層として用いられるアルミ層、ＴｉＷ等の材料からなるバリアメタル層、ボンディング材料との接続のためのＡｕ層のような積層構成となっている。そして、このような電極パッド部に金線などを用いたワイヤーボンディング接続を行うことにより、外部基板へと接続される。このとき、電極パッド部表面は、ボンディング材料との接続信頼性を確保すべく、より平坦であることが要求される。 Conventionally, a bonding method such as wire bonding has been adopted to electrically connect a liquid discharge head substrate (hereinafter, may be simply referred to as an element substrate) constituting a liquid discharge head to an external substrate. The electrode pad portion arranged on the element substrate has high connection reliability with the bonding material and chemical resistance to chemicals such as acids / alkalis and organic solvents used in the nozzle manufacturing process formed after the element substrate is manufactured. The material is selected in view of this. At present, the electrode pad portion has a laminated structure such as an aluminum layer used as a wiring layer of an element substrate, a barrier metal layer made of a material such as TiW, and an Au layer for connecting to a bonding material from the lower layer. .. Then, by making a wire bonding connection using a gold wire or the like to such an electrode pad portion, it is connected to an external substrate. At this time, the surface of the electrode pad portion is required to be flatter in order to ensure connection reliability with the bonding material.

一方、ワイヤーボンディングで素子基板と外部基板を接続する前に、電気的に不良な素子基板（チップ）を実装しないように電気検査が実施される。該電気検査には電極パッド部に検査用のプローブを当てるプロービングが実施されている。しかし、現状のＡｕ層／ＴｉＷ層／アルミ層の積層膜の場合、Ａｕ層や、アルミ層が比較的やわらかい材料のため、プロービングにより電極パッド部が損傷を受ける（抉れる）ことがある。その結果、電極パッド部表面には１μｍ程度以上の高低差を有する凹凸（プローブ痕という）が形成されてしまうことがある。図１０は従来のアルミ層１０２を有する電極パッド部にプローブ１０３を用いて電気検査を実施した際のプローブ痕１０５の発生状況を示す図である。図１０（ａ）に示すようにプローブ１０３をアルミ層１０２に当て矢印方向に走査する。この走査距離をオーバードライブ量と呼び、プローブ１０３の接触した領域をプロービング領域１０４という。図１０（ｂ）に示すように、プロービング領域１０４では、アルミ層１０２が抉れ、残滓が突起として大きな凹凸（プローブ痕１０５）となる。１０１は下層配線（不図示）へのコンタクトビアを示す。 On the other hand, before connecting the element substrate and the external substrate by wire bonding, an electrical inspection is performed so as not to mount an electrically defective element substrate (chip). In the electrical inspection, probing is performed in which an inspection probe is applied to the electrode pad portion. However, in the case of the current laminated film of Au layer / TiW layer / Aluminum layer, since the Au layer and the aluminum layer are relatively soft materials, the electrode pad portion may be damaged (cut) by probing. As a result, irregularities (called probe marks) having a height difference of about 1 μm or more may be formed on the surface of the electrode pad portion. FIG. 10 is a diagram showing a state in which probe marks 105 are generated when an electrical inspection is performed using a probe 103 on a conventional electrode pad portion having an aluminum layer 102. As shown in FIG. 10A, the probe 103 is applied to the aluminum layer 102 and scanned in the direction of the arrow. This scanning distance is called the overdrive amount, and the contact area of the probe 103 is called the probing area 104. As shown in FIG. 10B, in the probing region 104, the aluminum layer 102 is scooped out, and the residue becomes a large unevenness (probe mark 105) as a protrusion. Reference numeral 101 denotes a contact via to the lower layer wiring (not shown).

このような大きな凹凸の発生に対して、アルミ層を露出させる工程後、基板の電気検査をアルミ層に対して実施し、その後、ＴｉＷ層をスパッタリングし、さらにめっき法でＡｕ層を厚く形成する方法が知られている。薄いアルミ層にプロービングすることと、厚いＡｕ層でプローブ痕を埋めることで、電気検査のプロービングによる影響を最小限にし、ワイヤーボンディング時の接続の信頼性を確保してきた。また、厚いＡｕ層に代えて、プローブ痕を隠す厚い絶縁層を形成して、プローブ痕のない領域にスルーホールを形成してパッド電極を形成する方法もある。 In response to the occurrence of such large irregularities, after the step of exposing the aluminum layer, an electrical inspection of the substrate is performed on the aluminum layer, then the TiW layer is sputtered, and the Au layer is further formed thick by a plating method. The method is known. Probing to a thin aluminum layer and filling probe marks with a thick Au layer have minimized the effects of electrical inspection probing and ensured connection reliability during wire bonding. Further, instead of the thick Au layer, there is also a method of forming a thick insulating layer that hides the probe marks and forming a through hole in a region without the probe marks to form a pad electrode.

しかしながら、厚いＡｕ層の形成は、コストが掛かる上に、基板上に厚膜の凸部が形成されることで、基板面内の均一性が損なわれることがある。厚い絶縁層の形成も、基板全体に応力を付加する原因となり、基板の反り等の問題が発生する。そこで、厚い絶縁層を形成することなく、Ａｕ層を薄膜化する技術として、以下のような提案がなされている。 However, the formation of the thick Au layer is costly, and the formation of the convex portion of the thick film on the substrate may impair the uniformity in the substrate surface. The formation of a thick insulating layer also causes stress to be applied to the entire substrate, causing problems such as warping of the substrate. Therefore, the following proposals have been made as a technique for thinning the Au layer without forming a thick insulating layer.

特許文献１では、スパッタ法及び電解めっき法による電極膜形成に代えて、無電解めっきによる膜形成を行う方法が開示されている。ここでは、ニッケル層上に薄いＡｕ層を形成している。厚いニッケル層を形成することで、プローブ痕が被覆される。 Patent Document 1 discloses a method of forming a film by electroless plating instead of forming an electrode film by a sputtering method and an electrolytic plating method. Here, a thin Au layer is formed on the nickel layer. By forming a thick nickel layer, the probe scars are covered.

特許文献２では、電極パッド部となる配線アルミ層を周囲のアルミ層を残した状態で該配線アルミ層を覆う絶縁層に開口を形成し、開口した絶縁層に露出するアルミ層を除去した後、バリアメタルと金層を形成している。絶縁層に露出するアルミ層を除去する前に、該アルミ層に対してプロービングを行い、プローブ痕は露出部のアルミ層を除去することで除去し、その結果、薄いＡｕ層で電極の形成が可能となる。 In Patent Document 2, after the wiring aluminum layer to be the electrode pad portion is formed with an opening in the insulating layer covering the wiring aluminum layer with the surrounding aluminum layer left, and the aluminum layer exposed to the opened insulating layer is removed. , Forming a gold layer with barrier metal. Before removing the aluminum layer exposed to the insulating layer, probing is performed on the aluminum layer, and the probe marks are removed by removing the aluminum layer in the exposed portion, and as a result, the electrode is formed with the thin Au layer. It will be possible.

特開２０００−４３２７１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-43271 特開２０１８−１５４０９０号公報JP-A-2018-154090

吐出の微小化により、インク流路の高さが低く、吐出口が短い（すなわちオリフィスプレートが薄い）設計が求められている。特許文献１ではＡｕ層の膜厚は薄くでき、コストは低く抑えられるが、ニッケル層が厚いことで、微小化の要求には対応できない場合がある。特許文献２では、各層が薄膜化可能であるため、微小化の要求にも対応できるものであるが、アルミ層を除去するためのマスク形成や、それに伴う段差の形成が必要となることがある。また、アルミ層とＡｕ層との接触がアルミ層の側面での接触となり、パッド面積の縮小に伴い接触抵抗の増加が懸念される。 Due to the miniaturization of ejection, a design in which the height of the ink flow path is low and the ejection port is short (that is, the orifice plate is thin) is required. In Patent Document 1, the film thickness of the Au layer can be made thin and the cost can be kept low, but the thick nickel layer may not be able to meet the demand for miniaturization. In Patent Document 2, since each layer can be thinned, it is possible to meet the demand for miniaturization, but it may be necessary to form a mask for removing the aluminum layer and to form a step accompanying the formation of a mask. .. Further, the contact between the aluminum layer and the Au layer becomes the contact on the side surface of the aluminum layer, and there is a concern that the contact resistance increases as the pad area decreases.

本発明では、電極パッド部の膜厚を低減した液体吐出ヘッド及びプロービングによる電気検査を含む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。 An object of the present invention is to provide a liquid discharge head in which the film thickness of the electrode pad portion is reduced and a method for manufacturing the liquid discharge head including an electrical inspection by probing.

本発明の一態様は、液体を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱素子と、
該発熱素子に電気的に接続される、外部との電気接続のための電極パッド部と、
前記発熱素子を覆うように形成された耐キャビテーション層と、
を備えた液体吐出ヘッド用基板において、
前記電極パッド部は、イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層を備え、
前記耐キャビテーション層の少なくとも一部は、前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層と同じ材料で同層に設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板に関する。 One aspect of the present invention is a heating element that generates heat energy for discharging a liquid.
An electrode pad portion for electrical connection with the outside, which is electrically connected to the heat generating element,
A cavitation-resistant layer formed so as to cover the heat generating element,
In the substrate for the liquid discharge head provided with
The electrode pad portion includes a layer containing an iridium metal or an iridium alloy.
The present invention relates to a substrate for a liquid discharge head, wherein at least a part of the cavitation resistant layer is provided in the same layer as the layer containing the iridium metal or the iridium alloy.

本発明によれば、実装前の電気検査において、電極パッド部にプロービングによる物理的損傷や変形を抑制した構成であるため、プローブ痕を隠すための厚膜形成が不要となり、電極パッド部の膜厚を低減した液体吐出ヘッド用基板を提供することができる。 According to the present invention, in the electrical inspection before mounting, the electrode pad portion is configured to suppress physical damage and deformation due to probing, so that it is not necessary to form a thick film for hiding the probe marks, and the electrode pad portion film. It is possible to provide a substrate for a liquid discharge head having a reduced thickness.

本発明を適用可能な一実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の模式的斜視図である。It is a schematic perspective view of the substrate for a liquid discharge head which concerns on one Embodiment to which this invention is applied. 本発明を適用可能な第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の模式的断面図である。It is a schematic sectional view of the substrate for a liquid discharge head which concerns on 1st Embodiment to which this invention is applied. 本発明を適用可能な第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の製造工程を説明する断面フロー図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the substrate for a liquid discharge head which concerns on 1st Embodiment to which this invention is applied. 本発明を適用可能な一実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の製造方法における電気検査のタイミングを説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the timing of the electric inspection in the manufacturing method of the substrate for a liquid discharge head which concerns on one Embodiment to which this invention can apply. 本発明を適用可能な第２の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view of the substrate for a liquid discharge head which concerns on the 2nd Embodiment to which this invention is applied. 本発明を適用可能な第３の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view of the substrate for a liquid discharge head which concerns on 3rd Embodiment to which this invention is applied. 図６に示す実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の製造工程を説明する断面フロー図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the substrate for a liquid discharge head which concerns on embodiment shown in FIG. 図６に示す実施形態の変形例を示す模式的断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of the embodiment shown in FIG. 本発明を適用可能な第４の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の模式的断面図である。It is a schematic sectional view of the substrate for a liquid discharge head which concerns on 4th Embodiment to which this invention is applied. 従来のアルミパッドにおける課題を説明する模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view explaining the problem in the conventional aluminum pad.

１．本発明を適用可能な実施形態
１．１液体吐出ヘッドの構成
以下、図面を用いて本発明を適用可能な実施の形態の例を説明する。ただし、以下の記載は本発明の範囲を限定するものではない。
液室内部の液体を記録素子（発熱抵抗体）に通電させることで加熱し、これによって生じる液体の膜沸騰によって液室内で発泡させ、このときの発泡エネルギーによって吐出口から液滴を吐出させる形式の液体吐出ヘッドを備えた記録装置が多く採用されている。このような記録装置によって記録が行われる場合には、発熱抵抗体上の領域で液体が発泡、収縮、消泡する際に生じるキャビテーションによる衝撃といった物理的作用が発熱抵抗体上の領域に及ぼされることがある。これらの発熱抵抗体への物理的作用あるいは化学的作用から発熱抵抗体を保護するために、発熱抵抗体上には、耐キャビテーション層が配置される場合がある。耐キャビテーション層は、通常、タンタル、または、イリジウムといった金属材料から構成され、液体と接する位置に配置される。
本発明では、耐キャビテーション層として形成されるイリジウム又はイリジウム合金に着目し、これを電極パッドにも適用することを検討した。 1. 1. Embodiment 1.1 to which the present invention can be applied Hereinafter, an example of an embodiment to which the present invention can be applied will be described with reference to the drawings. However, the following description does not limit the scope of the present invention.
A type in which the liquid in the liquid chamber is heated by energizing a recording element (heating resistor), foamed in the liquid chamber by the film boiling of the liquid generated by this, and droplets are discharged from the discharge port by the foaming energy at this time. Many recording devices equipped with a liquid discharge head are used. When recording is performed by such a recording device, a physical action such as an impact due to cavitation generated when the liquid foams, shrinks, or defoams in the region on the heating resistor is exerted on the region on the heating resistor. Sometimes. A cavitation-resistant layer may be arranged on the heat-generating resistor in order to protect the heat-generating resistor from physical or chemical actions on the heat-generating resistor. The cavitation resistant layer is usually composed of a metal material such as tantalum or iridium and is arranged at a position in contact with a liquid.
In the present invention, attention is paid to iridium or an iridium alloy formed as a cavitation resistant layer, and it is examined to apply this to an electrode pad.

（液体吐出ヘッド用基板の構造の説明）
図１は、本発明を適用可能な一実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板（以下、単に素子基板ともいう）１０を模式的に示した斜視図である。素子基板１０は、液体の供給路等が形成された基板１１と、基板１１の表面側に吐出口形成部材１２、基板１１の裏面側にカバープレート２０が形成されている。素子基板１０の吐出口形成部材１２に、各インク色に対応する４列の吐出口列が形成されている。なお、以後、複数の液体吐出口（以下、単に吐出口という）１３が配列される吐出口列が延びる方向（矢印Ａ）を「吐出口列方向」と呼称する。 (Explanation of the structure of the liquid discharge head substrate)
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a liquid discharge head substrate (hereinafter, also simply referred to as an element substrate) 10 according to an embodiment to which the present invention can be applied. The element substrate 10 has a substrate 11 on which a liquid supply path and the like are formed, a discharge port forming member 12 on the front surface side of the substrate 11, and a cover plate 20 on the back surface side of the substrate 11. The ejection port forming member 12 of the element substrate 10 is formed with four rows of ejection ports corresponding to each ink color. Hereinafter, the direction (arrow A) in which the discharge port row in which the plurality of liquid discharge ports (hereinafter, simply referred to as discharge ports) 13 are arranged extends is referred to as the “discharge port row direction”.

図１に示すように、各吐出口１３に対応した位置には液体を吐出するためのエネルギー発生する記録素子１４が吐出口と連通する液体流路内に配置されている。この例では記録素子１４は熱エネルギーを用いて液体を発泡させるための発熱抵抗体素子であり、吐出口形成部材１２により、記録素子１４を内部に備える吐出口と連通する液体流路（圧力室という）２３が区画されている。記録素子１４は素子基板１０に設けられる電気配線（不図示）によって、基板１１の端部に配置された電極パッド部１６と電気的に接続されており、外部の配線基板（不図示）を介して入力されるパルス信号に基づいて発熱して液体を沸騰させる。この沸騰による発泡の力で液体を吐出口１３から吐出する。この例では、素子基板１０に設けられた吐出口列方向に伸びた流路である液体供給路１８及び液体回収路１９が設けられ、それぞれ供給口１７ａ、回収口１７ｂを介して吐出口１３と連通している。カバープレート２０には液体供給路１８に外部から液体を供給するための流入口２１と、液体回収路１９から液体を外部に排出する流出口（不図示）とを有する。液体供給路１８及び液体回収路１９を介して、矢印Ｂ方向に液体を外部と循環させることで、吐出口１３付近での液体の増粘を抑制し、液体の吐出性能を安定化させている。本実施形態において、発熱素子は、圧力室に面してタンタル（Ｔａ）、イリジウム（Ｉｒ）あるいはそれらの積層膜からなる耐キャビテーション層に覆われている。図１で記録素子１４として示す箇所は、本実施形態では、耐キャビテーション層が設けられており、液体と接触する。本実施形態では、耐キャビテーション層の材料の少なくとも一部としてイリジウム金属単体を用いているが、オスミウム（Ｏｓ）やプラチナ（Ｐｔ）等の元素を少量含むイリジウム合金であってもよい。それぞれの記録素子１４は、各々に接続され、基板１１の内部に設けられた配線を通して、電極パッド部１６に接続され、この電極パッド部１６を通して外部から電圧を記録素子１４に印加する。 As shown in FIG. 1, a recording element 14 that generates energy for discharging a liquid is arranged in a liquid flow path communicating with the discharge port at a position corresponding to each discharge port 13. In this example, the recording element 14 is a heat generating resistor element for foaming a liquid using heat energy, and a liquid flow path (pressure chamber) communicating with a discharge port including the recording element 14 by the discharge port forming member 12. ) 23 is divided. The recording element 14 is electrically connected to the electrode pad portion 16 arranged at the end of the substrate 11 by an electric wiring (not shown) provided on the element substrate 10, and is via an external wiring board (not shown). The liquid is boiled by generating heat based on the input pulse signal. The liquid is discharged from the discharge port 13 by the force of foaming due to this boiling. In this example, a liquid supply path 18 and a liquid recovery path 19 which are flow paths extending in the discharge port row direction provided on the element substrate 10 are provided, and the discharge port 13 and the discharge port 13 pass through the supply port 17a and the recovery port 17b, respectively. Communicating. The cover plate 20 has an inflow port 21 for supplying the liquid to the liquid supply path 18 from the outside, and an outlet (not shown) for discharging the liquid from the liquid recovery path 19 to the outside. By circulating the liquid to the outside in the direction of arrow B through the liquid supply path 18 and the liquid recovery path 19, thickening of the liquid near the discharge port 13 is suppressed and the liquid discharge performance is stabilized. .. In the present embodiment, the heat generating element faces the pressure chamber and is covered with a cavitation resistant layer made of tantalum (Ta), iridium (Ir) or a laminated film thereof. In the present embodiment, the portion shown as the recording element 14 in FIG. 1 is provided with a cavitation-resistant layer and comes into contact with the liquid. In the present embodiment, the iridium metal alone is used as at least a part of the material of the cavitation resistant layer, but an iridium alloy containing a small amount of elements such as osmium (Os) and platinum (Pt) may be used. Each of the recording elements 14 is connected to each of them, is connected to the electrode pad portion 16 through the wiring provided inside the substrate 11, and applies a voltage to the recording element 14 from the outside through the electrode pad portion 16.

図２（ａ）は、本発明を適用可能な第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の模式的断面図である。図１に記載の素子基板１０をＸ−Ｘ’で切断した断面に相当する。同図では吐出口形成部材１２と電極パッド部１６付近、および、吐出口１３の直下に（吐出口１３と対向するように）配置される記録素子である発熱抵抗体素子（発熱素子ともいう）３１付近を模式的に示した。これらの下に配される基板１１の下層部分やカバープレート２０は省略している。
図２（ａ）に示すように、酸化シリコンからなる蓄熱層３２上に、ＴａＳｉＮまたはＷＳｉＮ等のサーメット材料によって形成される発熱素子３１が形成され、タングステン（Ｗ）で形成された電極プラグ３３に電気的に接続されている。さらに、発熱素子３１及び電気配線を覆うようにＳｉＮやＳｉＣ、ＳｉＣＮあるいはそれらの積層からなる絶縁保護層３４が形成されている。さらに、発熱素子３１の上方の絶縁保護層３４上には、Ｉｒのような貴金属材料を最表層とした耐キャビテーション層３５が形成されている。すなわち、発熱素子３１は、絶縁保護層３４を介して耐キャビテーション層３５に覆われている。ここで、図２（ａ）の左側のように、電極パッド部１６付近では、発熱素子３１に電気的に接続され、例えばアルミやアルミと銅の合金などによって形成される、電極パッド部１６の下層となる配線取出し層３６が配置されている。また、この配線取出し層３６は、絶縁保護層３４に形成されたスルーホール３７を介して、Ｉｒからなる耐キャビテーション層３５と同層に同材料で形成した電極パッド部１６の上層３８と電気的に接続されている。本実施形態では、前述のように、電極パッド部１６の上層３８と発熱素子３１上の耐キャビテーション層３５と同時に（同じ製造工程内で）形成している。これにより、製造負荷を抑えることができる。しかし、電極パッド部の上層３８をイリジウムまたはイリジウム合金で形成する限り、それぞれ別工程で形成してもよい。また、電極パッド部１６の下層を構成する配線取出し層３６は、不図示の配線層の一部を延在させたものでもよいし、別途形成したものでもよい。
なお、電極パッド部１６の積層構成に関し、外部と電気接続される側を上や表とし、これと反対側を下としており、これらの上下については液体吐出ヘッド用基板１０の姿勢によって変わるものではない。 FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of a liquid discharge head substrate according to a first embodiment to which the present invention can be applied. Corresponds to the cross section of the element substrate 10 shown in FIG. 1 cut by XX'. In the figure, a heat generating resistor element (also referred to as a heat generating element) which is a recording element arranged in the vicinity of the discharge port forming member 12 and the electrode pad portion 16 and directly below the discharge port 13 (so as to face the discharge port 13). The vicinity of 31 is schematically shown. The lower layer portion of the substrate 11 and the cover plate 20 arranged under these are omitted.
As shown in FIG. 2A, a heat generating element 31 formed of a cermet material such as TaSiN or WSiN is formed on the heat storage layer 32 made of silicon oxide, and the electrode plug 33 made of tungsten (W) is formed. It is electrically connected. Further, an insulating protective layer 34 made of SiC, SiC, SiCN or a laminate thereof is formed so as to cover the heat generating element 31 and the electrical wiring. Further, a cavitation resistant layer 35 having a noble metal material such as Ir as the outermost layer is formed on the insulating protective layer 34 above the heat generating element 31. That is, the heat generating element 31 is covered with the cavitation resistant layer 35 via the insulating protective layer 34. Here, as shown on the left side of FIG. 2A, in the vicinity of the electrode pad portion 16, the electrode pad portion 16 is electrically connected to the heat generating element 31 and is formed of, for example, aluminum or an alloy of aluminum and copper. A wiring take-out layer 36, which is a lower layer, is arranged. Further, the wiring take-out layer 36 is electrically connected to the upper layer 38 of the electrode pad portion 16 formed of the same material as the cavitation resistant layer 35 made of Ir through the through holes 37 formed in the insulating protective layer 34. It is connected to the. In the present embodiment, as described above, the upper layer 38 of the electrode pad portion 16 and the cavitation resistant layer 35 on the heat generating element 31 are formed at the same time (within the same manufacturing process). As a result, the manufacturing load can be suppressed. However, as long as the upper layer 38 of the electrode pad portion is formed of iridium or an iridium alloy, they may be formed in separate steps. Further, the wiring take-out layer 36 constituting the lower layer of the electrode pad portion 16 may be a portion of a wiring layer (not shown) extending, or may be formed separately.
Regarding the laminated structure of the electrode pad portion 16, the side electrically connected to the outside is the upper side or the front side, and the opposite side is the lower side, and the upper and lower sides thereof do not change depending on the posture of the liquid discharge head substrate 10. Absent.

電極パッド部１６の上層３８を形成する材料は、Ｉｒとなる（Ｉｒを含む）ため、後工程である吐出口形成材料の製造工程で使用する酸やアルカリ、または有機系の剥離液への耐性（耐薬品性）があり、溶解しにくい。また、コストの観点から、電極パッド部１６の上層３８の形成後であって、図２（ｂ）に示すワイヤーボンディングを実施する前に素子基板の電気検査を実施して、不良チップを実装しないようにしている。ワイヤーボンディングやリードボンディングなどによって電極パッド部１６は外部基板との電気接続が行われる。 Since the material forming the upper layer 38 of the electrode pad portion 16 is Ir (including Ir), it is resistant to acids, alkalis, or organic stripping liquids used in the subsequent manufacturing process of the discharge port forming material. Has (chemical resistance) and is difficult to dissolve. Further, from the viewpoint of cost, after the upper layer 38 of the electrode pad portion 16 is formed and before the wire bonding shown in FIG. 2B is performed, the element substrate is electrically inspected so that the defective chip is not mounted. I am trying to do it. The electrode pad portion 16 is electrically connected to an external substrate by wire bonding, lead bonding, or the like.

図４は、電気検査のタイミングを説明するフローチャートである。（ａ）は電極パッド部１６の形成後であって吐出口形成部材１２等の形成前に電気検査を実施する形態、（ｂ）は吐出口形成部材１２等の形成後、ワイヤーボンディングを実施する前に電気検査を実施する形態を示す。 FIG. 4 is a flowchart illustrating the timing of the electrical inspection. (A) is a mode in which an electrical inspection is performed after the electrode pad portion 16 is formed and before the discharge port forming member 12 or the like is formed, and (b) is a form in which wire bonding is performed after the discharge port forming member 12 or the like is formed. A mode in which an electrical inspection is performed before is shown.

従来のアルミパッドの場合、図１０に示したとおり、電気検査によるプロービングにより大きな凹凸であるプローブ痕１０５が発生していた。一方、本実施形態のパッド構成においては、絶縁保護層上の上層３８がアルミと比べて硬度が高いＩｒからなる層であるため、電気検査でのプロービングにおいても、プローブ痕がつかず、平坦性が維持される。 In the case of the conventional aluminum pad, as shown in FIG. 10, probe marks 105 having large irregularities were generated due to probing by electrical inspection. On the other hand, in the pad configuration of the present embodiment, since the upper layer 38 on the insulating protective layer is a layer made of Ir, which has a higher hardness than aluminum, no probe marks are left even in probing in an electric inspection, and the flatness is not formed. Is maintained.

図２（ｂ）に、ワイヤーボンディング後のパッド部１６付近の断面模式図を記載する。図２（ｂ）のように、パッド部１６表面の平坦性が維持されているため、ワイヤーボンディングでの接続性や電気的信頼性の悪化を、従来の電極パッド構成のようにプローブ痕を埋め隠したり、除去したりする工程をいれたりせずに、抑制することができる。また、上記のように電気検査を実施しても電極パッド部１６の平坦性が維持できるため、プロービング領域１０４上にボンディングすることも可能となる。このため、従来のＡＬパッドのようにプロービング領域１０４とボンディング領域を分ける必要もなく、電極パッド部１６の面積を小さくすることも可能である。
また、パッド部１６の上層３８が常温の大気雰囲気中において自然酸化膜を形成しない貴金属膜であるＩｒで構成されているため、製造工程において上層３８の上面の酸化膜を除去するような工程を行わなくてもよく、製造工程の負荷を抑えられる。 FIG. 2B shows a schematic cross-sectional view of the vicinity of the pad portion 16 after wire bonding. As shown in FIG. 2B, since the flatness of the surface of the pad portion 16 is maintained, the deterioration of connectivity and electrical reliability in wire bonding is filled with probe marks as in the conventional electrode pad configuration. It can be suppressed without the process of hiding or removing it. Further, since the flatness of the electrode pad portion 16 can be maintained even if the electrical inspection is performed as described above, it is possible to bond the electrode pad portion 16 on the probing region 104. Therefore, unlike the conventional AL pad, it is not necessary to separate the probing region 104 and the bonding region, and the area of the electrode pad portion 16 can be reduced.
Further, since the upper layer 38 of the pad portion 16 is made of Ir, which is a noble metal film that does not form a natural oxide film in an air atmosphere at room temperature, a step of removing the oxide film on the upper surface of the upper layer 38 is performed in the manufacturing process. It is not necessary to do this, and the load on the manufacturing process can be suppressed.

電極パッド部１６の構成は、本実施形態に示す単層構造の上層３８を有する構成に限定されず、多層構造の上層３８を有する構成でもよい。多層構造とする場合、プロービングの実施される面がイリジウム又はイリジウム合金を含む層であればよい。また、プロービングは、配線取出し層３６のような下層の配線層のない領域（電極パッド部１６の中央付近）で行われることが好ましい。但し、絶縁保護層３４の厚みによっては、下層への影響なくプロービングを実施することが可能となることから、プロービング領域の下方に電極パッド部の下層である配線層３６が配置されていてもよい。 The structure of the electrode pad portion 16 is not limited to the structure having the upper layer 38 having a single-layer structure shown in the present embodiment, and may be a structure having the upper layer 38 having a multi-layer structure. In the case of a multi-layer structure, the surface on which probing is carried out may be a layer containing iridium or an iridium alloy. Further, the probing is preferably performed in a region without a lower wiring layer (near the center of the electrode pad portion 16) such as the wiring extraction layer 36. However, depending on the thickness of the insulating protective layer 34, probing can be performed without affecting the lower layer. Therefore, the wiring layer 36, which is the lower layer of the electrode pad portion, may be arranged below the probing region. ..

図５は、電極パッド部１６の上層３８と耐キャビテーション層３５が第１層のＴａ膜（３５ａ及び３８ａ）と第２層のＩｒ膜（３５ｂ及び３８ｂ）の二層の積層構造からなる第２の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の断面図を示している。図５は、図２（ａ）に対応する図であり、吐出口形成部材１２を省略して示している。このようにＴａ膜３５ａを配置することで、絶縁保護層３４と耐キャビテーション層３５との密着性を向上させることが可能になる。 FIG. 5 shows a second layer in which the upper layer 38 of the electrode pad portion 16 and the cavitation resistant layer 35 are a two-layer laminated structure consisting of a first layer Ta film (35a and 38a) and a second layer Ir film (35b and 38b). The cross-sectional view of the substrate for a liquid discharge head according to the embodiment is shown. FIG. 5 is a diagram corresponding to FIG. 2A, and the discharge port forming member 12 is omitted. By arranging the Ta film 35a in this way, it is possible to improve the adhesion between the insulating protective layer 34 and the cavitation resistant layer 35.

図６は電極パッド部１６の上層３８と耐キャビテーション層３５が三層の積層構造からなる第３の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の断面図であり、図２（ａ）に対応する図である。この積層構造は、第１層のＴａ膜（３５ａ及び３８ａ）、第２層のＩｒ膜（３５ｂ及び３８ｂ）および第３層のＴａ膜（３５ｃ及び３８ｃ）からなる。さらにこの積層構造を覆って、吐出口形成部材と基板との密着性を向上する密着向上層３９を配置している。電極パッド部１６及び発熱素子３１上では、密着向上層３９を開口し、第３層のＴａ膜（３５ｃ及び３８ｃ）を除去して第２層のＩｒ膜（３５ｂ及び３８ｂ）を露出させている。この際、製造負荷の観点から、密着向上層３９と第３層のＴａ膜（３５ｃ及び３８ｃ）を同じ製造工程にて除去することが好ましい。すなわち、本実施形態は、三層の積層構造のうち、電極パッド部１６及び発熱素子３１を覆う耐キャビテーション層３５として利用される層は、第１層及び第２層の二層となる。この場合も電極パッド部１６では、プローブ痕の発生しにくいＩｒ膜が表面に露出しており、この面に対してプロービングを行うことでプローブ痕を抑制した電極パッドが得られる。 FIG. 6 is a cross-sectional view of a substrate for a liquid discharge head according to a third embodiment in which an upper layer 38 of an electrode pad portion 16 and a cavitation resistant layer 35 have a three-layer laminated structure, and is a view corresponding to FIG. 2A. Is. This laminated structure consists of a first layer Ta film (35a and 38a), a second layer Ir film (35b and 38b), and a third layer Ta film (35c and 38c). Further, the adhesion improving layer 39 for improving the adhesion between the discharge port forming member and the substrate is arranged so as to cover this laminated structure. On the electrode pad portion 16 and the heat generating element 31, the adhesion improving layer 39 is opened, and the Ta film (35c and 38c) of the third layer is removed to expose the Ir film (35b and 38b) of the second layer. .. At this time, from the viewpoint of manufacturing load, it is preferable to remove the adhesion improving layer 39 and the Ta film (35c and 38c) of the third layer in the same manufacturing process. That is, in the present embodiment, among the three-layer laminated structure, the layers used as the cavitation-resistant layer 35 covering the electrode pad portion 16 and the heat generating element 31 are two layers, the first layer and the second layer. In this case as well, in the electrode pad portion 16, an Ir film in which probe marks are unlikely to occur is exposed on the surface, and by probing this surface, an electrode pad in which probe marks are suppressed can be obtained.

さらに、発熱素子３１上及び電極パッド部１６上以外の任意の領域に上層のＴａ膜３５ｃを配置しておくことで、低抵抗な電気配線としても利用することができ、回路のレイアウトの自由度が向上する。ただし、この際、ウエハの反り量を低減すべく、上層のＴａ膜３５ｃの膜厚は２００ｎｍ以下であることが好ましい。また、電気抵抗の観点を加味すると、上層のＴａ膜３５ｃの膜厚は５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることがより好ましい。 Further, by arranging the upper Ta film 35c in an arbitrary region other than on the heat generating element 31 and the electrode pad portion 16, it can be used as low resistance electrical wiring, and the degree of freedom in circuit layout is high. Is improved. However, at this time, in order to reduce the amount of warpage of the wafer, the film thickness of the upper Ta film 35c is preferably 200 nm or less. Further, from the viewpoint of electrical resistance, the film thickness of the upper Ta film 35c is more preferably 50 nm or more and 200 nm or less.

密着向上層３９としては、絶縁保護層３４よりも吐出口形成部材１２との密着性が向上する層で、絶縁性の材料であれば特に限定されない。例えば、ＳｉＣやＳｉＣＮなどの無機材料が好ましく使用できる。 The adhesion improving layer 39 is a layer having improved adhesion to the discharge port forming member 12 as compared with the insulating protective layer 34, and is not particularly limited as long as it is an insulating material. For example, an inorganic material such as SiC or SiCN can be preferably used.

図６に示すように、スルーホール３７の上側の部分に位置する第３層のＴａ膜３８ｃを残すような構成とすると、スルーホール３７に伴って生じる段差をカバーして平坦性を確保できる。
なお、電極パッド部１６では、第３層のＴａ膜３８ｃは図８（ａ）に示すようにさらに除去してパッド面積を拡張してもよい。具体的には、図８（ａ）では、図６に示す構成に対し、配線取出し層３６やスルーホール３７の上側のＴａ膜３８ｃが除去された構成となっている。
また、図６では、電極パッド部１６及び耐キャビテーション層３５を共通の積層構成としているが、Ｉｒ膜が共通であれば（同じ製造工程で形成されていれば）、積層構成が全て共通でなくてもよい。例えば、本実施形態の変形例を示す図８（ｂ）では、電極パッド部１６は第１層のＴａ膜３８ａ及び第２層のＩｒ膜３８ｂで構成し、耐キャビテーション層３５は第１層のＴａ膜３５ａ、第２層のＩｒ膜３５ｂ、及び第３層のＴａ膜３５ｃで構成している。この変形例では、発熱素子３１を保護する観点から耐キャビテーション層３５の最表層をＴａ膜としつつ、電極パッド部１６は電気検査のプローブ痕を抑制するために、電極パッド部１６の最表層をＩｒ膜としている。 As shown in FIG. 6, if the configuration is such that the Ta film 38c of the third layer located in the upper portion of the through hole 37 is left, the flatness can be ensured by covering the step generated by the through hole 37.
In the electrode pad portion 16, the Ta film 38c of the third layer may be further removed as shown in FIG. 8A to expand the pad area. Specifically, in FIG. 8A, the Ta film 38c on the upper side of the wiring take-out layer 36 and the through hole 37 is removed from the configuration shown in FIG.
Further, in FIG. 6, the electrode pad portion 16 and the cavitation resistant layer 35 have a common laminated structure, but if the Ir films are common (if they are formed in the same manufacturing process), the laminated structures are not all common. You may. For example, in FIG. 8B showing a modified example of the present embodiment, the electrode pad portion 16 is composed of the Ta film 38a of the first layer and the Ir film 38b of the second layer, and the cavitation resistant layer 35 is the first layer. It is composed of a Ta film 35a, a second layer Ir film 35b, and a third layer Ta film 35c. In this modification, the outermost layer of the cavitation resistant layer 35 is a Ta film from the viewpoint of protecting the heat generating element 31, and the electrode pad portion 16 uses the outermost layer of the electrode pad portion 16 in order to suppress probe marks for electrical inspection. It is an Ir film.

また、図９は本発明を適用可能な第４の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の模式的断面図を示す。図９では、図６で示すような構成に対して、電極パッド部１６に金（Ａｕ）を含む接続部材４０を配置した構成を示している。Ａｕを含む接続部材４０を配置することで、主に金線からなるワイヤー部材との接続信頼性がさらに向上する。接続部材としては従来の金バンプと同様な方法で形成することができるが、厚膜化する必要がないため、スパッタ法など真空装置で成膜により容易に薄膜として形成することができる。また、Ｉｒ膜と金層との間にＴｉＷなどのバリアメタル層を形成しておいてもよい。これにより、金の下層への拡散が抑制される。
なお、電極パッド部１６を構成するＩｒ膜３８ｂが接続部材４０の金の下層への拡散を抑制することが可能であるため、ＴｉＷなどをバリアメタル層として別途設けなくてもよい。すなわち、接続部材４０の下面がＩｒ膜と接するように設けられていればよい。このような構成は、製造コストを抑制可能である点において好ましい。また、ＴｉＷなどのバリアメタル層を用いると、その構成によってはバリアメタル層が製造過程に用いられる溶剤によって溶解する恐れがあるが、Ｉｒ膜３８ｂであればそのような溶剤に対する耐性があり、溶解の懸念がない点においても好ましい。 Further, FIG. 9 shows a schematic cross-sectional view of a substrate for a liquid discharge head according to a fourth embodiment to which the present invention can be applied. FIG. 9 shows a configuration in which a connecting member 40 containing gold (Au) is arranged on the electrode pad portion 16 with respect to the configuration shown in FIG. By arranging the connecting member 40 including Au, the connection reliability with the wire member mainly made of gold wire is further improved. The connecting member can be formed by the same method as the conventional gold bump, but since it is not necessary to thicken the film, it can be easily formed as a thin film by forming a film with a vacuum device such as a sputtering method. Further, a barrier metal layer such as TiW may be formed between the Ir film and the gold layer. As a result, the diffusion of gold into the lower layer is suppressed.
Since the Ir film 38b constituting the electrode pad portion 16 can suppress the diffusion of the connecting member 40 into the lower layer of gold, it is not necessary to separately provide TiW or the like as the barrier metal layer. That is, the lower surface of the connecting member 40 may be provided so as to be in contact with the Ir film. Such a configuration is preferable in that the manufacturing cost can be suppressed. Further, when a barrier metal layer such as TiW is used, the barrier metal layer may be dissolved by a solvent used in the manufacturing process depending on the composition, but the Ir film 38b has resistance to such a solvent and dissolves. It is also preferable that there is no concern about.

本発明は、前述の通り電極パッド部１６の厚膜化を抑制することが目的であり、接続部材４０の厚みは５００ｎｍ以下で十分である。下限については特に限定されないが、５０ｎｍ以上が好ましく、１００ｎｍ以上がより好ましい。また、吐出口形成部材１２における吐出口１３の形成面（吐出口面）よりも接続部材４０の上面を低くすることが好ましい。これにより、電極パッド部１６の厚みやこれを被覆する封止剤によって阻害されることなく、吐出口１２の形成面と紙などの記録媒体との距離を短くすることができ、画像品質の向上を図ることができるためである。 As described above, the present invention aims to suppress the thickening of the electrode pad portion 16, and the thickness of the connecting member 40 is sufficient at 500 nm or less. The lower limit is not particularly limited, but is preferably 50 nm or more, and more preferably 100 nm or more. Further, it is preferable that the upper surface of the connecting member 40 is lower than the forming surface (discharge port surface) of the discharge port 13 in the discharge port forming member 12. As a result, the distance between the forming surface of the ejection port 12 and the recording medium such as paper can be shortened without being hindered by the thickness of the electrode pad portion 16 or the sealing agent covering the electrode pad portion 16, and the image quality is improved. This is because it is possible to plan.

以下に耐キャビテーション層３５および電極パッド部１６の構成に関する具体的な実施例を、図面を用いて説明する。 Hereinafter, specific examples of the configurations of the cavitation-resistant layer 35 and the electrode pad portion 16 will be described with reference to the drawings.

（実施例１）
本実施例では、上記実施形態と同様に耐キャビテーション層３５にＩｒ膜を用いた場合の構成及び製造方法に関し、図３を用いて説明する。
図３は、本実施形態の製造工程を説明する工程断面図である。
駆動素子（不図示）と駆動素子駆動用の配線（不図示）が形成された基板（不図示）上に、ＳｉＯからなる１μｍの厚さの蓄熱層３２を形成し、蓄熱層３２の一部をドライエッチング法を用いて開口し、スルーホールを設けた。そのスルーホール内を充てんするように、タングステン（Ｗ）を用いて電極プラグ３３を形成した（図３（ａ））。さらに、ＴａＳｉＮからなるサーメット材料を１５ｎｍの厚さで形成し、その上にアルミニウムと銅の合金からなる配線電極層を形成し、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより配線取り出し層３６と発熱素子３１を形成した（図３（ｂ））。配線取り出し層３６の下層には、発熱素子３１と同じ材料で接続層３０を形成した。発熱素子３１は１５μｍ□の大きさになるように形成した。例えば、配線電極層とサーメット材料の積層をドライエッチングした後、サーメット材料上の配線電極層を除去し、さらに必要に応じてサーメット材料をドライエッチングして形成することができる。なお、電極プラグ３３を介して、下層の駆動素子（不図示）と後工程で形成する発熱素子３１及び配線電極層とが接続される構成としているが、発熱素子３１への電気的接続は、電極プラグを用いる以外に配線電極層からの給電でも可能である。 (Example 1)
In this embodiment, the configuration and the manufacturing method when the Ir film is used for the cavitation resistant layer 35 as in the above embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a process cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the present embodiment.
A 1 μm-thick heat storage layer 32 made of SiO is formed on a substrate (not shown) on which a driving element (not shown) and wiring for driving the driving element (not shown) are formed, and a part of the heat storage layer 32. Was opened using a dry etching method, and a through hole was provided. An electrode plug 33 was formed using tungsten (W) so as to fill the inside of the through hole (FIG. 3 (a)). Further, a cermet material made of TaSiN was formed to a thickness of 15 nm, a wiring electrode layer made of an alloy of aluminum and copper was formed on the cermet material, and a wiring extraction layer 36 and a heat generating element 31 were formed by photolithography and dry etching. (Fig. 3 (b)). A connection layer 30 was formed in the lower layer of the wiring take-out layer 36 with the same material as the heat generating element 31. The heat generating element 31 was formed so as to have a size of 15 μm □. For example, after dry etching the laminate of the wiring electrode layer and the cermet material, the wiring electrode layer on the cermet material can be removed, and if necessary, the cermet material can be dry-etched to form the wiring electrode layer. The lower layer drive element (not shown) is connected to the heat generating element 31 and the wiring electrode layer formed in the subsequent process via the electrode plug 33, but the electrical connection to the heat generating element 31 is not possible. In addition to using an electrode plug, power can be supplied from the wiring electrode layer.

続いて、発熱素子３１および配線取出し層３６を覆うように、ＳｉＮからなる絶縁保護層３４を２００ｎｍの厚さで形成した（図３（ｃ））。ここで、絶縁性の観点から絶縁保護層３４の膜厚を２００ｎｍとしたが、１００ｎｍ以上の厚さがあればよく、より好ましくは液体への熱伝導の観点から１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さで形成されていればよい。次に、絶縁保護層３４上に、フォトリソグラフィーによりマスク（不図示）を形成し、絶縁保護層３４に配線取り出し層３６の一部を露出するスルーホール３７を形成した。 Subsequently, an insulating protective layer 34 made of SiN was formed with a thickness of 200 nm so as to cover the heat generating element 31 and the wiring extraction layer 36 (FIG. 3 (c)). Here, the film thickness of the insulating protective layer 34 is set to 200 nm from the viewpoint of insulating property, but a thickness of 100 nm or more is sufficient, and more preferably a thickness of 100 nm or more and 500 nm or less from the viewpoint of heat conduction to a liquid. It suffices if it is formed. Next, a mask (not shown) was formed on the insulating protective layer 34 by photolithography, and a through hole 37 was formed on the insulating protective layer 34 to expose a part of the wiring extraction layer 36.

次に全面にイリジウム（Ｉｒ）からなる層を１００ｎｍの厚さで形成し、このＩｒからなる層をエッチングし、電極パッド部１６の上層３８と耐キャビテーション層３５とを形成した（図３（ｄ））。なお、Ｉｒの膜厚については、耐キャビテーション性を満足する厚みであればよく、２０ｎｍ以上であることが好ましい。さらに、加工性の観点を加味すると、２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることがより好ましい。また、電極パッド部１６において、耐キャビテーション層３５と同層に形成されるＩｒからなる上層３８は配線取出し層３６とスルーホール３７を介して接続されており、電極パッド部１６の最表層はＩｒが露出する構成とした。 Next, a layer made of iridium (Ir) was formed on the entire surface with a thickness of 100 nm, and the layer made of Ir was etched to form an upper layer 38 of the electrode pad portion 16 and a cavitation resistant layer 35 (FIG. 3 (d)). )). The film thickness of Ir may be any thickness that satisfies cavitation resistance, and is preferably 20 nm or more. Further, from the viewpoint of processability, it is more preferably 20 nm or more and 300 nm or less. Further, in the electrode pad portion 16, the upper layer 38 made of Ir formed in the same layer as the cavitation resistant layer 35 is connected to the wiring take-out layer 36 via the through hole 37, and the outermost layer of the electrode pad portion 16 is Ir. Is exposed.

次に、基板に液体供給路やノズル材、また基板裏面側にカバープレートを形成した後（不図示）、電気検査を実施した。電気検査には、一般的なプローブである、先端径φ２０μｍのレニウムタングステン製プローブを用いた。また、プロービング時のオーバードライブ量は、６０μｍとした。電気検査後の電極パッド部１６の表面をレーザー顕微鏡で観察したが、プロービングによる物理的損傷及び変形は発生していなかった。つまり、本実施例のように、電気的な検査を工程途中で行った場合においても、プロービングによる影響は観察されなかった。また、Ｉｒは、常温の大気雰囲気中において自然酸化膜を形成しない貴金属膜であるため、プロービングも安定して行うことができ、問題なく検査できた。 Next, after forming a liquid supply path and a nozzle material on the substrate and a cover plate on the back surface side of the substrate (not shown), an electrical inspection was performed. For the electrical inspection, a probe made of rhenium tungsten having a tip diameter of φ20 μm, which is a general probe, was used. The amount of overdrive during probing was 60 μm. The surface of the electrode pad portion 16 after the electrical inspection was observed with a laser microscope, but no physical damage or deformation due to probing occurred. That is, no effect of probing was observed even when the electrical inspection was performed in the middle of the process as in this example. Further, since Ir is a noble metal film that does not form a natural oxide film in an air atmosphere at room temperature, probing can be performed stably, and inspection can be performed without any problem.

次に、電極パッド部１６のＩｒ上に、外部基板との電気接続のため、金からなるワイヤー部材４１とワイヤーボンディング（図２（ｂ））を行った。ワイヤーボンディングには、ボールボンディング方式、ウエッジボンディング方式等があるが、本実施例では、ボールボンディング方式とした。また、ワイヤー部材４１の線径は、２５μｍのものを使用した。 Next, wire bonding (FIG. 2 (b)) was performed on Ir of the electrode pad portion 16 with a wire member 41 made of gold for electrical connection with an external substrate. The wire bonding includes a ball bonding method, a wedge bonding method, and the like, but in this embodiment, the ball bonding method is used. Further, the wire diameter of the wire member 41 used was 25 μm.

本実施形態においては、上記のように、プロービングによる電極パッド部１６表面に物理的損傷や変形がないため、プロービングによるダメージがある場合と比較して、電極パッド部１６の電気的な接続信頼性が向上する。また、プローブ痕を隠すための厚膜の形成が不要となることで、吐出の微小化に対応した液体吐出用ヘッドを提供することが可能となる。 In the present embodiment, as described above, since there is no physical damage or deformation on the surface of the electrode pad portion 16 due to probing, the electrical connection reliability of the electrode pad portion 16 is higher than that in the case where there is damage due to probing. Is improved. Further, since it is not necessary to form a thick film for hiding the probe marks, it is possible to provide a liquid discharge head corresponding to the miniaturization of discharge.

（実施例２）
本実施例においては、実施例１における耐キャビテーション膜３５の構成を図５に示すように、上層のＩｒ層３５ｂと下層のＴａ層３５ａの二層構成とした。その他の工程については実施例１と同様の工程を経て、本実施例における液体吐出ヘッドを得た。なお、この際Ｉｒ層とＴａ層はそれぞれ７０ｎｍ、３０ｎｍの膜厚で形成した。
このような構成とすることで、下層の絶縁保護層３４と耐キャビテーション層３５との密着性をさらに向上させ、より信頼性の高い液体吐出ヘッドが供給できた。
また、電極パッド部１６では、図５に示すように、上層３８として、Ｔａ層３５ａと同層に形成された第１層３８ａとＩｒ層３５ｂと同層に形成された第２層３８ｂの二層構成となっている。 (Example 2)
In this example, as shown in FIG. 5, the structure of the cavitation-resistant film 35 in Example 1 is a two-layer structure consisting of an upper Ir layer 35b and a lower Ta layer 35a. The liquid discharge head in this example was obtained through the same steps as in Example 1 for other steps. At this time, the Ir layer and the Ta layer were formed with film thicknesses of 70 nm and 30 nm, respectively.
With such a configuration, the adhesion between the lower insulating protective layer 34 and the cavitation resistant layer 35 can be further improved, and a more reliable liquid discharge head can be supplied.
Further, in the electrode pad portion 16, as shown in FIG. 5, as the upper layer 38, the first layer 38a formed in the same layer as the Ta layer 35a and the second layer 38b formed in the same layer as the Ir layer 35b are two. It has a layered structure.

（実施例３）
図６は、本実施例の断面模式図、および、図７（ａ）〜（ｃ）は、本実施例の製造工程を説明するための断面工程図である。以下では実施例１との相違点について説明する。
実施例１と同様な基板を用意し、同一の工程で耐キャビテーション層３５の形成前（図３（ｃ））までを作製した。
その後、図７（ａ）に記載したように、本実施例では、耐キャビテーション層となる層を上から第３層のＴａ膜３５ｃと、第２層のＩｒ膜３５ｂ、第１層のＴａ膜３５ａの３層で形成した。なお、Ｔａ膜３５ｃの厚さは７０ｎｍ、Ｉｒ膜３５ｂの厚さは７０ｎｍ、Ｔａ膜３５ａの厚さは３０ｎｍとした。電極パッド部１６も上層３８として、Ｔａ膜３５ａと同層の第１層３８ａ、Ｉｒ膜３５ｂと同層の第２層３８ｂ、Ｔａ膜３５ｃと同層の第３層３８ｃの構成としている。
その上に吐出口形成部材１２と基板との密着向上層３９としてＳｉＣＮを２００ｎｍの厚さで基板全体を覆うように形成した（図７（ｂ））。このような密着向上層３９を配置することで、特に接液部に対する液体吐出ヘッドの信頼性がさらに向上する。
その後、発熱素子３１上および電極パッド部１６上の密着向上層３９および上層のＴａ膜３５ｃ、第３層３８ｃを、ドライエッチングにより除去し、Ｉｒ膜３５ｂ及び第２層３８ｂを露出させた（図７（ｃ））。この際も、エッチングする際に塩素ガス、またはフッ素ガスによる化学的エッチングを行うことで、Ｉｒ膜の膜厚を減少することなくＩｒ表面を露出させることができる。 (Example 3)
6A and 6B are schematic cross-sectional views of this embodiment, and FIGS. 7A to 7C are cross-sectional process diagrams for explaining the manufacturing process of this embodiment. The differences from the first embodiment will be described below.
A substrate similar to that in Example 1 was prepared, and up to before the formation of the cavitation resistant layer 35 (FIG. 3 (c)) was produced in the same process.
After that, as described in FIG. 7A, in this embodiment, the layers to be the cavitation resistant layer are the Ta film 35c of the third layer from the top, the Ir film 35b of the second layer, and the Ta film of the first layer. It was formed of three layers of 35a. The thickness of the Ta film 35c was 70 nm, the thickness of the Ir film 35b was 70 nm, and the thickness of the Ta film 35a was 30 nm. The electrode pad portion 16 also has an upper layer 38, which is composed of a first layer 38a which is the same layer as the Ta film 35a, a second layer 38b which is the same layer as the Ir film 35b, and a third layer 38c which is the same layer as the Ta film 35c.
On it, SiCN was formed as a adhesion improving layer 39 between the discharge port forming member 12 and the substrate so as to cover the entire substrate with a thickness of 200 nm (FIG. 7 (b)). By arranging such an adhesion improving layer 39, the reliability of the liquid discharge head with respect to the wetted portion is further improved.
After that, the adhesion improving layer 39 on the heat generating element 31 and the electrode pad portion 16 and the upper Ta film 35c and the third layer 38c were removed by dry etching to expose the Ir film 35b and the second layer 38b (FIG. 7 (c)). Also in this case, the Ir surface can be exposed without reducing the film thickness of the Ir film by performing chemical etching with chlorine gas or fluorine gas at the time of etching.

本実施例では、パッド部の開口直後に、すなわち、図７（ｃ）の後に基板の電気検査を実施した。実施例１に記載のように、本実施例においても、プロービング時の電極パッド部１６の露出面がＩｒからなる第２層３８ｂであり、第２層３８ｂに物理的損傷や変形がないことを確認した。
実施例１と同様に、その後工程で、基板に液体供給路や吐出口形成部材、また基板裏面側にカバープレートを形成した。
その後、実施例１と同様に、電極パッド部１６を金ワイヤーとボンディングを行った。本実施例は、実施例１および実施例２と同様に、プロービングによるダメージがある場合と比較して、電極パッド部１６の電気的な接続信頼性が向上する。 In this embodiment, the electrical inspection of the substrate was performed immediately after the opening of the pad portion, that is, after FIG. 7 (c). As described in the first embodiment, also in the present embodiment, the exposed surface of the electrode pad portion 16 at the time of probing is the second layer 38b made of Ir, and the second layer 38b is not physically damaged or deformed. confirmed.
Similar to the first embodiment, in the subsequent step, a liquid supply path and a discharge port forming member were formed on the substrate, and a cover plate was formed on the back surface side of the substrate.
Then, the electrode pad portion 16 was bonded to the gold wire in the same manner as in Example 1. In the present embodiment, similarly to the first and second embodiments, the electrical connection reliability of the electrode pad portion 16 is improved as compared with the case where there is damage due to probing.

（実施例４）
図９は、本実施例の断面模式図である。
本実施例は、実施例３と同様に電極パッド部１６を開口後（図７（ｃ））の後に電気検査を実施した。さらに電極パッド部１６のワイヤーボンディング時の接続信頼性を向上させるべく、液体供給路や吐出口形成部材１２を形成する前に、電極パッド部１６にＡｕからなる接続部材をスパッタ法により形成した。接続部材４０の厚さを５００ｎｍとした。また、本構成において、接続部材とＩｒとの間にＴｉＷからなるバリアメタル層（不図示）を挿入してもよい。
その後、実施例３と同様に液体供給路や吐出口形成部材１２を形成し、最表層に金が露出した電極パッド部１６と金からなるワイヤーを接続した。
本実施例において、電極パッド部の最表層とボンディング材が同一材料の金から形成されているため、他の実施例のＩｒ最表層の電極パッド部より、より電気的な接続信頼性の高い構成となる。 (Example 4)
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of this embodiment.
In this example, the electrical inspection was performed after the electrode pad portion 16 was opened (FIG. 7 (c)) in the same manner as in Example 3. Further, in order to improve the connection reliability of the electrode pad portion 16 at the time of wire bonding, a connecting member made of Au was formed on the electrode pad portion 16 by a sputtering method before forming the liquid supply path and the discharge port forming member 12. The thickness of the connecting member 40 was set to 500 nm. Further, in this configuration, a barrier metal layer (not shown) made of TiW may be inserted between the connecting member and Ir.
After that, the liquid supply path and the discharge port forming member 12 were formed in the same manner as in Example 3, and the electrode pad portion 16 in which gold was exposed on the outermost layer and the wire made of gold were connected.
In this embodiment, since the outermost layer of the electrode pad portion and the bonding material are formed of gold of the same material, the configuration has higher electrical connection reliability than the electrode pad portion of the Ir outermost layer of other examples. It becomes.

１０液体吐出ヘッド用基板
１１基板
１２吐出口形成部材
１３吐出口
１４記録素子
１６電極パッド部
２３圧力室
３１発熱素子
３２蓄熱層
３３電極プラグ
３４絶縁保護層
３５耐キャビテーション層
３６電極パッド部下層（配線取出し層）
３７スルーホール
３８電極パッド部上層
３９密着向上層
４０接続部材
４１ワイヤー部材 10 Liquid discharge head substrate 11 Substrate 12 Discharge port forming member 13 Discharge port 14 Recording element 16 Electrode pad part 23 Pressure chamber 31 Heat generation element 32 Heat storage layer 33 Electrode plug 34 Insulation protection layer 35 Cavitation resistant layer 36 Electrode pad part lower layer (wiring) Extraction layer)
37 Through hole 38 Electrode pad upper layer 39 Adhesion improvement layer 40 Connection member 41 Wire member

Claims

液体を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱素子と、
該発熱素子に電気的に接続される、外部との電気接続のための電極パッド部と、
前記発熱素子を覆うように形成された耐キャビテーション層と、
を備えた液体吐出ヘッド用基板において、
前記電極パッド部は、イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層を備え、
前記耐キャビテーション層の少なくとも一部は、前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層と同じ材料で同層に設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。 A heat generating element that generates heat energy for discharging liquid,
An electrode pad portion for electrical connection with the outside, which is electrically connected to the heat generating element,
A cavitation-resistant layer formed so as to cover the heat generating element,
In the substrate for the liquid discharge head provided with
The electrode pad portion includes a layer containing an iridium metal or an iridium alloy.
A substrate for a liquid discharge head, wherein at least a part of the cavitation resistant layer is provided in the same layer as the layer containing the iridium metal or the iridium alloy.

前記電極パッド部の最表層が前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層である、請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板。 The substrate for a liquid discharge head according to claim 1, wherein the outermost layer of the electrode pad portion is a layer containing the iridium metal or an iridium alloy.

前記電極パッド部は最表層に金を含む接続部材を備える、請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板。 The substrate for a liquid discharge head according to claim 1, wherein the electrode pad portion includes a connecting member containing gold on the outermost surface layer.

前記接続部材は、５００ｎｍ以下の膜厚の金を含む層により形成されている、請求項３に記載の液体吐出ヘッド用基板。 The substrate for a liquid discharge head according to claim 3, wherein the connecting member is formed of a layer containing gold having a film thickness of 500 nm or less.

前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層が前記接続部材の下面と接する、請求項３または４に記載の液体吐出ヘッド用基板。 The substrate for a liquid discharge head according to claim 3 or 4, wherein the layer containing the iridium metal or the iridium alloy is in contact with the lower surface of the connecting member.

液体を吐出する液体吐出口が設けられた吐出口面を有する吐出口形成部材を備え、
前記接続部材の上面は前記吐出口面よりも低い位置にある、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。 A discharge port forming member having a discharge port surface provided with a liquid discharge port for discharging a liquid is provided.
The substrate for a liquid discharge head according to any one of claims 3 to 5, wherein the upper surface of the connecting member is located at a position lower than the discharge port surface.

前記電極パッド部の前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層の膜厚は、２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。 The substrate for a liquid discharge head according to any one of claims 1 to 6, wherein the film thickness of the layer containing the iridium metal or the iridium alloy of the electrode pad portion is 20 nm or more and 300 nm or less.

前記電極パッド部は、前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層の下層に形成され、前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層と前記発熱素子とを電気接続するための配線取出し層を備え、
前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層と前記配線取出し層とは、前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層と前記配線取出し層との間の絶縁保護層に形成されたスルーホールを介して接続される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。 The electrode pad portion is formed under the layer containing the iridium metal or the iridium alloy, and includes a wiring take-out layer for electrically connecting the layer containing the iridium metal or the iridium alloy and the heat generating element.
The layer containing the iridium metal or the iridium alloy and the wiring take-out layer are connected via a through hole formed in an insulating protective layer between the layer containing the iridium metal or the iridium alloy and the wiring take-out layer. , The substrate for a liquid discharge head according to any one of claims 1 to 7.

前記配線取出し層はアルミニウムを含む層である、請求項８に記載の液体吐出ヘッド用基板。 The substrate for a liquid discharge head according to claim 8, wherein the wiring extraction layer is a layer containing aluminum.

前記配線取出し層にはプローブ痕が形成されていない、請求項８または９に記載の液体吐出ヘッド用基板。 The substrate for a liquid discharge head according to claim 8 or 9, wherein no probe marks are formed on the wiring take-out layer.

前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層の、前記スルーホールに対応する位置に、前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層を覆う上層を備える、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板。 The liquid discharge according to any one of claims 8 to 10, further comprising an upper layer covering the layer containing the iridium metal or the iridium alloy at a position corresponding to the through hole of the layer containing the iridium metal or the iridium alloy. Board for head.

基板上に液体を吐出するためのエネルギーを発生する素子を形成する工程と、
前記素子に電気的に接続される、外部との電気接続のための電極パッド部であって、イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層を備える電極パッド部を形成する工程と、
を有し、
前記電極パッド部と外部との電気接続より前に、前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層にプロービングを行って電気検査を実施することを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 The process of forming an element that generates energy for discharging a liquid on a substrate, and
A step of forming an electrode pad portion that is electrically connected to the element and is for electrical connection with the outside and includes a layer containing an iridium metal or an iridium alloy.
Have,
A method for manufacturing a substrate for a liquid discharge head, which comprises probing a layer containing an iridium metal or an iridium alloy to perform an electrical inspection before the electrical connection between the electrode pad portion and the outside.

前記素子が発熱素子であり、該発熱素子を覆うように耐キャビテーション層を形成する工程を有し、
前記電極パッド部の前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層が、該耐キャビテーション層の少なくとも一部と同層に同じ材料を用いて形成される、請求項１２に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 The element is a heat generating element, and has a step of forming a cavitation resistant layer so as to cover the heat generating element.
The production of the substrate for a liquid discharge head according to claim 12, wherein the layer containing the iridium metal or the iridium alloy of the electrode pad portion is formed in the same layer as at least a part of the cavitation resistant layer by using the same material. Method.

液体を吐出する液体吐出口を有する吐出口形成部材を形成する工程を有する、請求項１２または１３に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 The method for manufacturing a substrate for a liquid discharge head according to claim 12, further comprising a step of forming a discharge port forming member having a liquid discharge port for discharging a liquid.

前記電気検査が、前記吐出口形成部材を形成する工程の前に実施される、請求項１４に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 The method for manufacturing a substrate for a liquid discharge head according to claim 14, wherein the electrical inspection is performed before the step of forming the discharge port forming member.

前記電気検査が、前記吐出口形成部材を形成する工程の後に実施される、請求項１４に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 The method for manufacturing a substrate for a liquid discharge head according to claim 14, wherein the electrical inspection is performed after the step of forming the discharge port forming member.

前記電気検査の後に、金を含む接続部材を前記電極パッド部の前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層の上に形成する工程を有する、請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 The liquid discharge according to any one of claims 12 to 16, further comprising a step of forming a connecting member containing gold on the layer containing the iridium metal or the iridium alloy of the electrode pad portion after the electrical inspection. Manufacturing method of head substrate.

前記電極パッド部を形成する工程は、前記素子と前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層とを電気接続するための配線取出し層を形成する工程と、前記配線取出し層を形成する工程の後に前記イリジウム金属またはイリジウム合金を含む層を形成する工程と、を含む、請求項１２乃至１７のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。 The step of forming the electrode pad portion is a step of forming a wiring take-out layer for electrically connecting the element and the layer containing the iridium metal or an iridium alloy, and a step of forming the wiring take-out layer, followed by the iridium. The method for manufacturing a substrate for a liquid discharge head according to any one of claims 12 to 17, further comprising a step of forming a layer containing a metal or an iridium alloy.