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。
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、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することが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。しかしながら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になる。このため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することができるようになされている。
すなわち図12は、この種のプリンタヘッドにおけるスイッチングトランジスタ、発熱素子近傍の構成を示す断面図である。このプリンタヘッド1は、シリコン基板2上にMOS(Metal Oxide Semiconductor )型電界効果型トランジスタを絶縁分離する素子分離領域が形成された後、この素子分離領域間にMOSトランジスタ3等が形成され、これにより発熱素子の駆動に供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半導体製造工程によるMOSトランジスタ3により構成される。
続いてMOSトランジスタ3を絶縁する層間絶縁膜等が積層された後、この層間絶縁膜に開口(コンタクトホール)が形成され、1層目の配線パターン4、1層目の配線パターン4と続く2層目の配線パターンを絶縁する層間絶縁膜5、発熱素子6が順次形成される。ここで発熱素子6は、タンタル(Ta)、窒化タンタル(TaNX )、タンタルアルミ(TaAl)により作成される。プリンタヘッド1は、層間絶縁膜5に開口(ビアホール)を形成して2層目の配線パターン7が形成され、これら2層構造による配線パターン4、7によりMOSトランジスタ3に発熱素子6が接続される。さらに続いて発熱素子6上に窒化シリコン(Si3 N4 )による絶縁保護層8、β−タンタルによる耐キャビテーション層9が順次形成される。
続いてプリンタヘッド1は、このようにして発熱素子6等が形成された基板2上の全面に感光性の樹脂材料が塗布され、露光現像工程により塗布した感光性樹脂の余剰な部位が除去されて樹脂層10が形成される。さらにこの上層にニッケルとコバルトとの合金(Ni−Co)によるノズルシート11が貼り付けられ、これらによりインク液室、このインク液室にインクを導くインク流路及びノズルが作成される。プリンタヘッド1は、MOSトランジスタ3によりパルス状の電圧を発熱素子6に印加して発熱素子6を駆動し、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。
このように構成されるプリンタヘッド1においては、単に構成部材を積層しただけでは、絶縁保護層8の表面に配線パターン4等による段差の発生を避け得ず、これにより絶縁保護層8の上層に形成される樹脂層10の表面にも段差が現れ、この樹脂層10に貼り付けられるノズルシートと樹脂層表面との間に隙間が発生する。プリンタヘッド1は、このような隙間が発生すると、樹脂層10とノズルシート11の密着性が劣化する恐れがある。
これにより従来のプリンタヘッド1では、例えば米国特許第6450622号明細書に開示の手法を適用してSOG(Spin On Glass )膜12により層間絶縁膜5を形成してこの種の段差を無くすように平坦化し、十分に強固にノズルシート11を保持するようになされている。ここでSOG膜12は、アルコール成分を溶媒にしてシラノール(Si−OH)結合を含んだ塗布型の絶縁材料がスピンコート法により十分な厚みで基板表面に塗布され、これにより段差に係る部位を埋めるようにシリコン基板2の全面に成膜された後、エッチバック法により所定膜厚にエッチバックされて形成される。
しかしながら単にSOG膜12により段差を無くすようにすると、プリンタヘッド1にあっては、発熱素子6の駆動により発熱素子6が劣化する問題がある。具体的にインク液室にインクを保持しない状態で発熱素子6を駆動したところ(いわゆる空うちである)、プリンタヘッド1では、発熱素子6の抵抗値が著しく上昇し、また耐キャビテーション層9の表面が黒く変色することが確認された。
この点を詳細に検討したところ、発熱素子6の駆動による熱が直下のSOG膜12に伝搬し、この熱によりSOG膜成分自体が分解されることにより、またSOG膜中に残存している溶媒成分が脱離することにより、発熱素子が酸化して、又は発熱素子が炭化して抵抗値が著しく上昇することが判った。より具体的にSOG膜に供する塗布型絶縁材料に有機SOGを用いる場合、このような抵抗値の上昇が特に著しいことが確認された。なおここで有機SOG膜は、Rn Si(OH)4-n (Rはアルキル基 CH3 、C2 H5 、アルコシキ基 C3 H7 等の有機基、nは1〜4の自然数)により表されるように、有機基を分子内に含むシリコン化合物であり、段差の緩和に係る平坦性に優れ、厚い膜厚により塗布してもクラックが入り難い特徴がある。
この問題を解決する1つの方法として図12との対比により図13に示すように、SOG膜の塗布、エッチバックを複数回繰り返すことにより、発熱素子6の作成領域についてはSOG膜12を作成しないようにすることが考えられる。
しかしながらこの種のプリンタヘッドは、近年、さらなる高密度化が求められており、このためMOSトランジスタ3が微細化され、配線パターンが、多層化、狭ピッチ化する傾向にある。このように配線パターンを狭ピッチ化して、SOG膜の塗布、エッチバックを繰り返して発熱素子6の作成領域にSOG膜12を作成しないようにすると、配線パターンによる段差を十分に平坦化し得なくなる。これによりSOG膜により段差の発生を十分に防止して、かつ発熱素子の劣化を防止することが望まれる。
米国特許第6450622号明細書
(1)実施例1の構成
図1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21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22が形成される。ラインプリンタ21は、印刷対象である用紙23を収納した用紙トレイ24をこのプリンタ本体22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23を給紙できるようになされている。
ラインプリンタ21は、このようにトレイ出入口よりプリンタ本体22に用紙トレイ24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22に設けられた給紙ローラの回転によりプリンタ本体22の背面側に向かって用紙トレイ24から用紙23が送り出され、プリンタ本体22の背面側に設けられた反転ローラによりこの用紙23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21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23が用紙トレイ24上を横切るように搬送され、ラインプリンタ21の正面側に配置された排出口よりトレイ25に排出される。
ラインプリンタ21は、上側端面に上蓋26が設けられ、この上蓋26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28が交換可能に配置される。
ここでヘッドカートリッジ28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29Y、29M、29C、29Kが設けられる。ヘッドカートリッジ28は、これらインクタンク29Y、29M、29C、29K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30と、このヘッドアッセンブリー30の用紙23側に設けられて、不使用時、ヘッドアッセンブリー30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31とにより構成される。これによりラインプリンタ21においては、このヘッドカートリッジ28に設けられたヘッドアッセンブリー30の駆動により、各色のインク液滴を用紙23に付着させて所望の画像等をカラーにより印刷する。
図2は、このヘッドアッセンブリー30を用紙23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30は、インク液室の隔壁33等を作成したヘッドチップ34を順次ノズルシート35に貼り付けた後、ボンディング端子36を介してヘッドチップ34を配線して形成される。
ここでヘッドチップ34は、複数の発熱素子37、この複数の発熱素子37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ボンディング端子36等が形成されたものであり、発熱素子37側より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所定ピッチにより発熱素子37が複数個設けられる。
ヘッドチップ34は、この一辺側が開いてなるように、櫛の歯形状によりインク液室の隔壁33、インク流路の隔壁が形成され、この一辺側に沿ってインク流路が設けられる。ヘッドチップ34は、このインク流路を間に挟んで千鳥にノズルシート35に順次配置され、これによりヘッドアッセンブリー30では、この隔壁33、ヘッドチップ34等により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29Y、29M、29C、29Kのインクを各インク液室に導き得るようになされ、またこのようにして液室に導かれたインクを発熱素子37の駆動により加熱できるようになされている。
これに対してノズルシート35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38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35は、各ノズル38の列を間に挟んで千鳥に、各ヘッドチップ34をそれぞれボンディング端子36にワイヤボンディングする際の作業用の開口40が形成される。
図3は、このヘッドアッセンブリーに配置されるヘッドチップを周辺構成と共に示す断面図である。ヘッドチップ34は、半導体製造工程により、複数チップ分がシリコン基板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。ヘッドチップ34は、半導体ウエハの段階で発熱素子37側の面に隔壁33が形成され、この隔壁33の表面が平坦になるように形成されて隔壁33とノズルシート35の間の密着性を確保するようになされている。
すなわち図4(A)に示すように、ヘッドチップ34は、シリコン基板41が洗浄された後、シリコン窒化膜が堆積される。続いて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41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。これらによりヘッドチップ34は、シリコン基板41上のトランジスタを作成する領域にシリコン窒化膜が形成される。
続いてヘッドチップ34は、シリコン窒化膜が除去されている領域に熱酸化工程により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)42が形成される。なおこの素子分離領域42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34は、続いてシリコン基板41が洗浄された後、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る。また続いてシリコン基板41が洗浄され、CVD(Chemical Vapor Deposition )法により膜厚70〔nm〕によるポリシリコン、膜厚70〔nm〕によるタングステンシリサイドが順次堆積される。なおタングステンシリサイドにおいては、スパッタリング法により成膜することも可能である。ヘッドチップ34は、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、ドライエッチング法により、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43、ポリシリコン膜44、タングステンシリサイド膜45によるポリサイド構造によりゲート電極が形成される。なおこの実施例において、ゲート電極は、ゲート長が2〔μm〕以下により形成される。
続いてイオン注入工程、熱処理工程によりシリコン基板41が処理され、これにより低濃度の拡散層46が形成され、さらにソース及び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41が処理され、これらによりMOS型トランジスタ47、48等が作成される。なおここで低濃度の拡散層46は、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してソース・ドレイン間の耐圧を確保する電界緩和層である。またドライバートランジスタ47は、18〔V〕程度までの耐圧を有するMOS型トランジスタであり、発熱素子37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48は、ドライバートランジスタ47を制御する駆動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。
このようにしてトランジスタ47、48が作成されると、ヘッドチップ34は、続いて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〕、900〔nm〕により作成され、これにより全体として膜厚が1000〔nm〕による1層目の層間絶縁膜49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が作成される。なおここでコンタクトホールは、直径0.7〔μm〕の断面円形形状によるアスペクト比1により形成される。
ヘッドチップ34は、続いて希フッ酸を用いた洗浄により、コンタクトホールにより露出したシリコン半導体拡散層の表面から自然酸化膜が除去される。さらに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〕による窒化チタンバリアメタル、膜厚30〔nm〕によるチタン、膜厚480〔nm〕によるシリコンが1〔at%〕添加されたアルミニウム、膜厚25〔nm〕による窒化酸化チタン反射防止膜が順次堆積される。これらによりヘッドチップ34は、第1層目の配線パターン材料が堆積されると共に、この配線パターン材料によりコンタクトホールが完全に埋め込まれる。
ヘッドチップ34は、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、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51が作成される。
ヘッドチップ34は、続いて図4(B)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法によりシリコン酸化膜(以下、P−TEOS膜と呼ぶ)52が膜厚200〔nm〕により成膜され、さらにTEOSとO3 を原料ガスとした常圧プラズマCVD法により、O3 により酸化されたTEOS膜(以下、O3 −TEOS膜と呼ぶ)53が膜厚500〔nm〕により成膜される。続いてヘッドチップ34は、基板41上の全面にレジストが塗布された後、CHF3 、CF4 を原料ガスとしたエッチバック法によりシリコン基板41が処理され、これにより配線パターン51により生じる段差に係る部分がO3 −TEOS膜53により大まかに埋め込まれる。
続いてヘッドチップ34は、再びCVD法によりP−TEOS膜54が膜厚200〔nm〕により成膜された後、基板全面への塗布型絶縁材料の塗布によりSOG膜55が膜厚700〔nm〕により形成される。さらに続いてCHF3 、CF4 を原料ガスとしたエッチバック法によりSOG膜55が膜厚100〔nm〕に減少するまでエッチングされ、これによりシリコン基板41の全面を覆うSOG膜55が形成される。ヘッドチップ34は、このようにして形成されるSOG膜55によりO3 −TEOS膜53によっても残る段差が平坦化される。
なおこの実施例において、塗布型の絶縁材料には、シリカガラスを主成分とする有機SOG、アルキルシロキサンポリマーを主成分とする有機SOG、アルキルシルセスキオキサンポリマーを主成分とする有機SOG、又は水素化シルセスキオキサンポリマーを主成分とする有機SOGを適用し、エッチバックには、CHF3 /CF4 /Arガスを使用する。
このようにしてSOG膜55が作成されると、ヘッドチップ34は、続いてアッシング装置により酸素を原料ガスとした酸素プラズマがシリコン基板41上に照射され、この酸素プラズマの照射による化学反応によりSOG膜55の表面から有機基が脱離する。またこのとき図5(A)に示すように、表面のシリコン原子が酸素と結合し、これによりSOG膜55の表面には、SOG膜55を無機化したシリコン酸化膜56が形成される。なおこのようなプラズマの照射においては酸素を含む混合ガスを用いるようにしてもよい。
ヘッドチップ34は、続いてCVD法により膜厚200〔nm〕によるP−TEOS膜57が成膜され、これらにより1層目の配線パターン51と続く2層目の配線パターンとを絶縁する2層目の層間絶縁膜が積層構造により形成される。
これによりヘッドチップ34は、発熱素子37の作成領域をも含めて、シリコン基板41側からP−TEOS膜52、O3 −TEOS膜53、P−TEOS膜54、SOG膜55、SOG膜55を無機化したシリコン酸化膜56及びP−TEOS膜57により2層目の層間絶縁膜が形成される。これによりヘッドチップ34は、この2層目の層間絶縁膜にSOG膜55が適用され、配線パターン51を狭ピッチ化する場合でも、さらには配線パターン51の膜厚が厚い場合でも、層間絶縁膜の表面においては段差の発生を十分に防止することができるようになされている。またこのようなSOG膜55は、下層の配線パターン51による段差に比して十分に厚い膜厚により形成した後、エッチバックして作成されることにより、SOG膜55の表面を十分に平坦化することができる。
ヘッドチップ34は、続いて図5(B)に示すように、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、1層目の配線パターン51と2層目の配線パターンとを接続する貫通孔であるビアホール58がこの2層目の層間絶縁膜に形成される。
続いてヘッドチップ34は、図6(A)に示すように、SiH4 ガス、NH3 ガス、N2 Oガスを用いたプラズマCVD法により窒化シリコン(Si3 N4 )が膜厚100〔nm〕により堆積され、これによりビアホール58の側壁、ビアホール58の底面にシリコン窒化膜59が形成される。なおこのプラズマCVDは、プラズマパワー300〜500〔W〕、成膜温度350〜400度により実行される。
また続いて図6(B)に示すように、CHF3 、CF4 を主成分とした混合プラズマによるドライエッチング法により全面がエッチバックされ、層間絶縁膜の表層に形成されたシリコン窒化膜59を除去すると共に、ビアホール58の底面からシリコン窒化膜59を除去する。これによりヘッドチップ34は、ビアホール58の底面において、下層の配線パターンの表面が露出し、ビアホール58の側壁にのみ膜厚70〜90〔nm〕によるシリコン窒化膜59が取り残される。なおチタンのフッ化物は揮発し難いことにより、下層の配線パターンの表層に設けられた窒化酸化チタン反射防止膜は、このエッチバックの処理におけるフッ素系プラズマに対してエッチングストッパー層として機能し、下層の配線パターンの過剰なエッチングを防止する。これらの処理により、この実施例においては、図7(A)に示すように、上層の配線パターンを下層の対応する部位に接続する貫通孔の内側壁面に、選択的にシリコン絶縁膜59を形成するようになされている。なおこのようにしてビアホール58の側壁に形成するシリコン絶縁膜は、シリコン窒化膜59に代えて、シリコン酸化窒化膜、シリコン酸化膜により形成するようにしてもよい。なおシリコン酸化膜を適用する場合には、SiH4 ガス、N2 Oガスを用いたプラズマCVD法により酸化シリコンを堆積した後、エッチバックすることにより、シリコン絶縁膜を選択的に側壁に形成することができる。
続いてヘッドチップ34は、図8に示すように、アルゴンプラズマ処理により、ビアホール58により露出した1層目の配線パターン51の表面から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200〔nm〕によるチタン、膜厚600〔nm〕によるシリコンが1〔at%〕添加されたアルミニウム、膜厚25〔nm〕による窒化酸化チタン反射防止膜が順次成膜され、これらにより1層目の配線パターン材料が堆積されると共に、この配線パターン材料によりビアホール58が完全に埋め込まれる。続いてヘッドチップ34は、1層目の配線パターン51と同様にして2層目の配線パターン材料が選択的に除去され、2層目の配線パターン64が作成される。
ヘッドチップ34は、続いて2層目の配線パターン64と続く3層目の配線パターンとを絶縁する3層目の層間絶縁膜が形成される。具体的にヘッドチップ34は、2層目の層間絶縁膜と同様に、P−TEOS膜65の成膜、O3 −TEOS膜66の成膜及びエッチバック、P−TEOS膜67の成膜、SOG膜68の塗布及びエッチバック、このSOG膜68表面の無機化によるシリコン酸化膜69の形成、P−TEOS膜70の成膜が順次実施され、これらにより表面が平坦化された状態で3層目の層間絶縁膜が形成される。
続いてヘッドチップ34は、CHF3 /CF4 /Arガスを用いたドライエッチング工程により、3層目の層間絶縁膜に貫通孔を形成して、上層の配線パターンを下層の配線パターン64に接続するためのビアホール72が作成される。またSiH4 ガス、NH3 ガス、N2 Oガスを用いたプラズマCVDにより膜厚100〔nm〕により窒化シリコンが堆積され、これによりこの3層目の層間絶縁膜にも、ビアホール72の側壁、ビアホール72の底面にシリコン窒化膜73が形成される。なおこのプラズマCVDは、プラズマパワー300〜500〔W〕、成膜温度350〜400度により実行される。
続いてヘッドチップ34は、2層目の層間絶縁膜の場合と同様に、CHF3 、CF4 を主成分とした混合プラズマにより全面がエッチバックされ、層間絶縁膜の表層、ビアホール72の底面からシリコン窒化膜を除去し、この一連の処理によりビアホール72の側壁にのみ選択的に膜厚70〜90〔nm〕によるシリコン窒化膜73が形成される。
続いてヘッドチップ34は、アルゴンプラズマ処理により、ビアホール58により露出した2層目の配線パターン64の表面から自然酸化膜が除去された後、スパッタリング法により、膜厚50〜100〔nm〕によりβ−タンタルが堆積され、これにより発熱素子を形成する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34は、この抵抗体膜の成膜に供したスパッタリング装置により、膜厚400〔nm〕により、アルミニウム又は銅を0.5〔at%〕添加したアルミニウムを堆積し、これにより抵抗体膜を構成するタンタルとアルミニウムとの積層構造によりビアホール72を埋め込むと共に、3層目の配線パターン層を形成する。
さらに続いてヘッドチップ34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タンタルとアルミニウムとの積層膜を選択的に除去し、これにより3層目の配線パターン76を形成する。また続いて硝酸−酢酸−燐酸からなる混合液を用いたウエットエッチングにより、発熱素子37の抵抗体膜を形成する部分からアルミニウム膜を選択的に除去し、これにより一端を配線パターン76により接続する折り返し形状により100〔Ω〕の抵抗値を有する発熱素子37を形成する。なお発熱素子37においては正方形形状により作成するようにしてもよい。
ヘッドチップ34は、続いて図3に示すように、インク保護層、絶縁層として機能するシリコン窒化膜77がプラズマCVD法により膜厚200〜400〔nm〕により成膜される。さらに続いて耐キャビテーション材料層が膜厚100〜300〔nm〕により成膜された後、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78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78が形成される。なおここで耐キャビテーション層78は、発熱素子37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37を保護し、また発熱素子37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37を保護する保護層である。
続いてヘッドチップ34は、有機系樹脂による露光硬化型のドライフィルムが圧着により配置された後、フォトリソプロセスによりインク液室、インク流路に対応する部位が取り除かれて硬化され、これによりインク液室79の隔壁33、インク流路の隔壁等が作成される。ヘッドチップ34は、このようにしてシリコン基板41上に複数チップがまとめて作成された後、個々にスクライビングされて作成される。
(2)実施例1の動作
以上の構成において、このラインプリンタ21は(図1)、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28の駆動により、記録対象である用紙23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28に設けられたヘッドアッセンブリー30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23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28のヘッドアッセンブリー30は(図1、図2)、インクタンク29Y、29M、29C、29Kのインクがインク流路を介して各インク液室に導かれ、発熱素子37の駆動によるインク液室に保持したインクの圧力増大により、ノズルシート35に設けられたノズル38からインク液滴Lを吐出する。これらによりこのラインプリンタ21は、所望の画像等を印刷することができる。
このヘッドアッセンブリー30は(図3)、隔壁33を介してノズルシート35にヘッドチップ34を順次配置して形成され、このヘッドチップ34が半導体素子47と発熱素子37とを3層の配線パターン51、64、76により接続して形成される。これにより単に構成部材を基板上に積層しただけでは下層の配線パターン51、64による段差が隔壁33の表面に生じて隔壁33とノズルシート35の密着性が劣化する。
このためヘッドチップ34では、配線パターン51及び64間の2層目の層間絶縁膜、配線パターン64、76間の3層目の層間絶縁膜において、O3 −TEOS膜53、66の成膜及びエッチバックにより下層の配線パターン51、64による段差が概ね平坦化される。またシリコン基板41の全面を覆うSOG膜55、68がこのO3 −TEOS膜53、66の上に形成され、このSOG膜55、68によりO3 −TEOS膜53、66によっても残る段差が平坦化されて層間絶縁膜の表面が平坦化される。これによりヘッドアッセンブリー30では、ヘッドチップ34上の隔壁33の表面が平坦に形成され、配線パターンを多層化、狭ピッチ化する場合でも隔壁33をノズルシート35に確実に密着させることができる。
しかしながらこのようなSOG膜55、68の採用により、ヘッドチップ34は、何ら工夫を施さなければ、発熱素子37の駆動によりSOG膜55、68から有機成分、溶媒成分が脱離し、これらの成分により発熱素子37が酸化、炭化する。
このためヘッドチップ34において、2層目の層間絶縁膜にあっては、SOG膜55の表面に、SOG膜55を無機化したシリコン酸化膜56が形成され、さらにこのシリコン酸化膜56の表面にP−TEOS膜57によるシリコン絶縁膜が形成される。また3層目の層間絶縁膜にあっては、SOG膜68の表面に、SOG膜68を無機化したシリコン酸化膜69、P−TEOS膜70によるシリコン絶縁膜が形成される。これによりヘッドチップ34は、これら層間絶縁膜にそれぞれ形成されたシリコン絶縁膜56、57、68、70により、SOG膜55、68の揮発成分をSOG膜55、68に封じ込めることができる。
しかしながらこれら層間絶縁膜にあっては、上層の配線パターンを下層の対応する部位に接続する貫通孔であるビアホール58、72が形成されることにより、このビアホール58、72の内側壁面を介してSOG膜55、68の揮発成分が脱離し、発熱素子37を劣化させる恐れがある。
このためこの実施例においては、これらビアホール58、72の内側壁面にも、改めてシリコン絶縁膜59、73が形成され、これによりこの内側壁面におけるSOG膜55、68の露出が防止される。これらによりヘッドチップ34においては、ビアホール58、72の内側壁面についても、塗布型の絶縁膜であるSOG膜55、68の揮発成分を、これらシリコン絶縁膜59、73により塗布型の絶縁膜に封じ込めることができ、これによりこの揮発成分による発熱素子37の劣化を防止することができる。
実際上、昇温脱離ガス分析(Thermal Deposition Spectroscopy )を用いてこのようにして作成したヘッドチップ34からの揮発成分を分析したところ、SOG膜55、68から揮発成分の脱離をほぼ完全に除去できることが確認された。これらによりこの実施例においては、塗布型の絶縁膜により段差の発生を十分に防止して、かつ発熱素子の劣化を防止することができるようになされている。
(3)実施例1の効果
以上の構成によれば、塗布型の絶縁膜により層間絶縁膜を形成するようにして、この層間絶縁膜の表層、層間絶縁膜に設けられる貫通孔の内側壁面にシリコン絶縁膜を形成することにより、塗布型の絶縁膜により段差の発生を十分に防止して、かつ発熱素子の劣化を防止することができる。
図9は、図3との対比により本発明の実施例2に係るプリンタに適用されるヘッドチップを示す断面図である。この実施例に係るヘッドチップ84は、タングステンを用いたプラグにより上層の配線パターンを下層に接続する。すなわち図10に示すように、このヘッドチップ84は、実施例1について上述したと同様にして、シリコン基板41上にトランジスタ47及び48が形成された後、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〕、900〔nm〕により作成され、これにより全体として膜厚が1000〔nm〕による1層目の層間絶縁膜85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が作成される。
ヘッドチップ84は、続いて希フッ酸を用いた洗浄により、コンタクトホールにより露出したシリコン半導体拡散層の表面から自然酸化膜が除去される。さらにスパッタリング法により、膜厚50〔nm〕によるチタン、膜厚100〔nm〕による窒化チタンバリアメタルが順次堆積された後、CVD法により膜厚500〔nm〕によるタングステンが堆積され、これらによりコンタクトホールが完全に埋め込まれる。さらに続いてヘッドチップ84は、エッチバック法により、コンタクトホール以外の部位からタングステン膜、窒化チタン膜、チタン膜が除去され、これによりトランジスタ47、48と1層目の配線パターンとを接続するプラグ86が作成される。
ヘッドチップ84は、続いてスパッタリング法により、膜厚20〔nm〕によるチタン、膜厚20〔nm〕による窒化チタンバリアメタル、膜厚5〔nm〕によるチタン、膜厚500〔nm〕による銅が0.5〔at%〕添加されたアルミニウム、膜厚5〔nm〕によるチタン、膜厚100〔nm〕による窒化チタンバリアメタル、膜厚5〔nm〕によるチタンが順次堆積され、これらにより配線パターン材料層が成膜される。さらに続いて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、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87が作成される。
続いてヘッドチップ84は、実施例1について上述したと同様にしてP−TEOS膜52、O3 −TEOS膜53、P−TEOS膜54、SOG膜55、SOG膜55の表面の無機化によるシリコン酸化膜56、P−TEOS膜57が成膜されて2層目の層間絶縁膜が形成され、これによりこの実施例2においても、2層目の層間絶縁膜にSOG膜55を適用して、この2層目の層間絶縁膜の表面においては段差の発生を十分に防止するようになされている。またSOG膜55の表層からの揮発成分の脱離を防止するようになされている。
続いてヘッドチップ84は、実施例1について上述したと同様にして、ビアホール58が形成され、さらにこのビアホール58の内側壁面に選択的にシリコン窒化膜59が形成される。これによりこの実施例では、ビアホール58によるSOG膜55の内側壁面についても揮発成分の脱離を防止するようになされ、これらによりSOG膜55による発熱素子の劣化を防止するようになされている。
続いてヘッドチップ84は、図11に示すように、アルゴンプラズマ処理により、ビアホール58により露出した1層目の配線パターン51の表面から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100〔nm〕による窒化チタンバリアメタル膜が成膜された後、CVD法により膜厚500〔nm〕のタングステン膜が成膜され、これによりビアホール58が完全に埋め込まれる。続いてエッチバックにより層間絶縁膜の表面からタングステン膜、窒化チタン膜が順次除去され、これによりビアホール58の内側のみタングステンが埋め込まれる。
しかしてビアホール58の内側壁面に選択的に形成されたシリコン窒化膜59は、このようにしてタングステンを埋め込む際のCVD工程におけるSOG膜からの放出ガスをもブロックし、これによりこのような放出ガスによるビアホール58内におけるタングステンの成長阻害をも防止する。これによりこの実施例では、タングステンによる埋め込み不良を防止する。
続いてヘッドチップ84は、スパッタリング法により、膜厚20〔nm〕によるチタン、膜厚20〔nm〕による窒化チタンバリアメタル、膜厚5〔nm〕によるチタン、膜厚500〔nm〕による銅が0.5〔at%〕添加されたアルミニウム、膜厚5〔nm〕によるチタン、膜厚100〔nm〕による窒化チタンバリアメタル、膜厚5〔nm〕によるチタンが順次堆積され、これにより2層目の配線パターン材料層が成膜される。ヘッドチップ84は、続いて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、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64が作成される。
ヘッドチップ84は、続いて実施例1と同様にして、P−TEOS膜65の成膜、O3 −TEOS膜66の成膜及びエッチバック、P−TEOS膜67の成膜、SOG膜68の成膜及びエッチバック、このSOG膜68表面の無機化によるシリコン酸化膜69の形成、P−TEOS膜70の成膜が順次実施され、これらにより表面が平坦化された状態で3層目の層間絶縁膜が形成される。
続いてヘッドチップ84は、スパッタリング法により、膜厚50〜100〔nm〕によりβ−タンタルが堆積され、これによりシリコン基板41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34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、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約100〔Ω〕の抵抗値を有する発熱素子90が形成される。なお発熱素子90においては正方形形状により作成するようにしてもよい。続いてヘッドチップ84は、CVD法により膜厚300〔nm〕によるシリコン窒化膜が成膜され、発熱素子90の絶縁保護層91が形成される。
さらにヘッドチップ84は、実施例1と同様にして、3層目の層間絶縁膜にビアホール72が作成され、このビアホール72の内側壁面に選択的にシリコン窒化膜73が形成される。
これによりこの実施例においては、この3層目の層間絶縁膜についても、実施例1について上述したと同様にして、揮発成分をSOG膜68に閉じ込めて、発熱素子90の劣化を防止する。またビアホール58の場合と同様に、ビアホール72にタングステンを埋め込む際のタングステンの成長阻害をも防止して、タングステンによる埋め込み不良を防止する。
しかしてヘッドチップ84は、続いてビアホール58と同様にして、タングステン膜、窒化チタン膜が順次成膜された後、エッチバックにより層間絶縁膜の表面からタングステン膜、窒化チタン膜が順次除去され、これによりビアホール72の内側のみタングステンが埋め込まれる。
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90を配線パターンに接続する部位が露出される。
続いてヘッドチップ84は、2層目の配線パターン64と同様にして3層目の配線パターン92が作成される。なお発熱素子90の表層に取り残されたこのシリコン窒化膜91は、この配線パターンを作成する際のドライエッチング処理の保護層として機能し、その結果、塩素ラジカルに曝されて膜厚が300〔nm〕から100〔nm〕に減少する。
続いてヘッドチップ84は、図9に示すように、実施例1について上述したと同様にして、インク保護層、絶縁層として機能するシリコン窒化膜77が形成された後、耐キャビテーション層78が形成される。また続いて、インク液室79の隔壁33、インク流路の隔壁等が作成され、個々にスクライビングされて作成される。
この実施例によれば、タングステンによるプラグにより上層の配線パターンを下層に接続する場合でも、実施例1と同一の効果を得ることができる。
1……プリンタヘッド、2、41……基板、3、47、48……トランジスタ、4、7、51、64、76、92……配線パターン、5……層間絶縁膜、6、37、90……発熱素子、12、55、68……SOG膜、21……ラインプリンタ、30……ヘッドアッセンブリー、34、84……ヘッドチップ、56、59、69、73……シリコン絶縁膜、58、72……ビアホール