JP4661162B2 - Liquid discharge head, liquid discharge apparatus, and method of manufacturing liquid discharge head - Google Patents
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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、例えば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、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、微結晶構造による金属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。 The present invention relates to a liquid discharge head, a liquid discharge apparatus, and a method for manufacturing a liquid discharge head, and can be applied to, for example, a thermal inkjet printer in which a heating element and a transistor that drives the heating element are integrally formed on a substrate. . In the present invention, an interlayer insulating film is formed by a coating type insulating film, and a silicon insulating film and a metal film having a microcrystalline structure are formed on a surface layer of the interlayer insulating film and an inner wall surface of a through hole provided in the interlayer insulating film. By forming, a coating type insulating film can sufficiently prevent the occurrence of a step and also prevent deterioration of the heating element.
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。 In recent years, in the field of image processing and the like, there is an increasing need for color hard copy. In response to this need, color copy systems such as a sublimation thermal transfer system, a melt thermal transfer system, an ink jet system, an electrophotographic system, and a heat development silver salt system have been proposed.
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。 Among these methods, the inkjet method is a method in which droplets of recording liquid (ink) are ejected from nozzles provided on a printer head, which is a liquid discharge head, and are attached to a recording target to form dots. A high-quality image can be output depending on the configuration. This ink jet method is classified into an electrostatic attraction method, a continuous vibration generation method (piezo method), and a thermal method according to the difference in the method of causing ink droplets to fly from the nozzles.
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。 Among these methods, the thermal method is a method in which bubbles are generated by local heating of the ink, and the ink is pushed out from the nozzles by the bubbles to fly to a printing target, and a color image can be printed with a simple configuration. it can.
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。 In such a thermal type printer head, a heating element for heating ink is integrally formed on a semiconductor substrate together with a drive circuit by a logic integrated circuit for driving the heating element. Are arranged at high density so that they can be driven reliably.
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。 That is, in this thermal printer, it is necessary to arrange the heating elements at a high density in order to obtain a high-quality printing result. Specifically, for example, in order to obtain a printing result corresponding to 600 [DPI], it is necessary to arrange the heating elements at intervals of 42.333 [μm]. However, it is extremely difficult to dispose individual driving elements on the heat generating elements disposed at such a high density. For this reason, in the printer head, a switching transistor or the like is created on a semiconductor substrate and connected to a corresponding heating element by integrated circuit technology, and furthermore, each switching transistor is driven by a drive circuit created on the semiconductor substrate. Thus, each heating element can be driven easily and reliably.
すなわち図８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。
That is, FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration in the vicinity of a switching transistor and a heating element in this type of printer head. In this
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。
Subsequently, an interlayer insulating film or the like that insulates the
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。
Subsequently, in the
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。
In the
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。
Thus, in the
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。
However, if the step is simply eliminated by the
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。
When this point is examined in detail, the heat generated by driving the
この問題を解決する１つの方法として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。
As one method for solving this problem, it is conceivable that the
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、多層化して、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。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、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。 The present invention has been made in consideration of the above points, and a liquid discharge head, a liquid discharge device, and a liquid discharge head capable of sufficiently preventing the occurrence of a step by a coating type insulating film and preventing deterioration of a heating element, and A method for manufacturing a liquid discharge head is proposed.
かかる課題を解決するため請求項１の発明においては、液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、発熱素子を駆動する半導体素子とを基板上に一体に形成し、半導体素子による発熱素子の駆動により所定のノズルより液体の液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドに適用して、発熱素子の基板側には、上層の配線パターンを下層より絶縁する層間絶縁膜が塗布型の絶縁膜により形成され、塗布型の絶縁膜は、表層に、シリコン絶縁膜が形成され、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、微結晶構造による金属膜が形成されてなるようにする。
In order to solve such a problem, in the invention of
また請求項３の発明においては、液体吐出ヘッドから飛び出す液滴を対象物に供給する液体吐出装置に適用して、液体吐出ヘッドが、液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、発熱素子を駆動する半導体素子とを基板上に一体に形成し、半導体素子による発熱素子の駆動により所定のノズルより液体の液滴を飛び出させ、発熱素子の基板側には、上層の配線パターンを下層より絶縁する層間絶縁膜が塗布型の絶縁膜により形成され、塗布型の絶縁膜は、表層に、シリコン絶縁膜が形成され、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、微結晶構造による金属膜が形成されてなるようにする。 According to a third aspect of the present invention, a heating element that heats the liquid held in the liquid chamber by applying the liquid ejecting apparatus that supplies liquid droplets ejected from the liquid ejecting head to the object, and the heating element And a semiconductor element for driving the substrate are integrally formed on the substrate, and a liquid droplet is ejected from a predetermined nozzle by driving the heating element by the semiconductor element. An upper wiring pattern is formed on the substrate side of the heating element from the lower layer. The insulating interlayer is formed of a coating type insulating film, and the coating type insulating film has a silicon insulating film formed on the surface layer, and the inner wall surface of the through hole that connects the upper wiring pattern to the corresponding portion of the lower layer In addition, a metal film having a microcrystalline structure is formed.
また請求項４の発明においては、液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、発熱素子を駆動する半導体素子とを基板上に一体に形成し、半導体素子による発熱素子の駆動により所定のノズルより液体の液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドの製造方法に適用して、塗布型の絶縁膜により基板の全面を覆って、上層の配線パターンを下層より絶縁する層間絶縁膜を作成する層間絶縁膜の作成処理と、塗布型の絶縁膜の表層にシリコン絶縁膜を形成するシリコン絶縁膜の作成処理と、層間絶縁膜に、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を作成する貫通孔の作成処理と、貫通孔の内側壁面に微結晶構造による金属膜を作成する金属膜の作成処理とを有するようにする。 According to a fourth aspect of the present invention, a heating element for heating the liquid held in the liquid chamber and a semiconductor element for driving the heating element are integrally formed on the substrate, and the predetermined nozzle is driven by driving the heating element by the semiconductor element. Interlayer insulating film that is applied to a method of manufacturing a liquid discharge head that ejects liquid droplets more and covers the entire surface of the substrate with a coating type insulating film, and creates an interlayer insulating film that insulates the upper wiring pattern from the lower layer Creation process, a silicon insulation film creation process for forming a silicon insulation film on the surface of a coating type insulation film, and a through-hole that connects an upper wiring pattern to a corresponding part in the lower layer in the interlayer insulation film A through hole creation process and a metal film creation process for creating a metal film having a microcrystalline structure on the inner wall surface of the through hole are provided.
請求項１の構成により、液体吐出ヘッドに適用して、発熱素子の基板側には、上層の配線パターンを下層より絶縁する層間絶縁膜が塗布型の絶縁膜により形成されてなるようにすれば、配線パターンによる段差を塗布型の絶縁膜により十分に平坦化することができる。また請求項１の構成により、この塗布型の絶縁膜は、表層に、シリコン絶縁膜が形成され、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、微結晶構造による金属膜が形成されてなるようにすれば、塗布型の絶縁膜の揮発成分を、これらシリコン絶縁膜、金属膜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の劣化を防止することができる。
According to the structure of
これにより請求項３、請求項４の構成によれば、塗布型の絶縁膜により段差の発生を防止して、かつ発熱素子の劣化を防止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。
Thus, according to the configurations of
本発明によれば、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。 According to the present invention, the occurrence of a step can be sufficiently prevented by the coating type insulating film, and the deterioration of the heating element can be prevented.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
（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。
(1) Configuration of
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。
In the
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。
The
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。
Here, the
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。
FIG. 2 is an enlarged perspective view of the
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。
Here, the
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。
The
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のボンディング端子３６をそれぞれ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。
On the other hand, the
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。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the head chip disposed in the head assembly together with the peripheral configuration. The
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、シリコン窒化膜が成膜される。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。
That is, as shown in FIG. 4A, the
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。
Subsequently, in the
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。
In the
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。
Subsequently, the
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。
When the
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。 Subsequently, after the photolithography process, a contact hole is formed on the silicon semiconductor diffusion layer (source / drain) by a reactive ion etching method using C 4 F 8 / CO / O 2 / Ar-based gas. Here, the contact hole is formed with an aspect ratio of 1 having a circular cross section having a diameter of 0.7 [μm].
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成膜される。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成膜されると共に、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。
In the
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。
In the
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 ）を原料ガスとしたプラズマ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。
Next, as shown in FIG. 4B, the
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。
Subsequently, after the P-
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。 In this embodiment, the coating type insulating material includes organic SOG mainly composed of silica glass, organic SOG mainly composed of alkylsiloxane polymer, organic SOG mainly composed of alkylsilsesquioxane polymer, or Organic SOG mainly composed of hydrogenated silsesquioxane polymer is applied, and CHF 3 / CF 4 / Ar gas is used for etch back.
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。
When the
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が形成され、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。
In the
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ようになされている。
Thus, the
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。
Next, as shown in FIG. 5B, the
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た後、スパッタリング法により、膜厚３０〔ｎｍ〕によるチタンが堆積される。ここでこのチタンは、ビアホール５８におけるコンタクト抵抗を安定化させるために堆積される。続いてヘッドチップ３４は、図６に示すように、スパッタリング法により微結晶構造による金属膜５９が膜厚５０〜１００〔ｎｍ〕により形成される。
Subsequently, after the natural oxide film is removed from the surface of the
ここでこの微結晶構造による金属膜５９は、ビアホール５８の内側壁面において、ＳＯＧ膜５５からの水分、有機成分を透過困難な結晶粒界の少ない微細な結晶構造による金属膜であり、タンタル膜、窒化タンタル膜、窒化チタンシリコン膜、窒化タンタルシリコン膜の何れかによる単層膜、又はこれらの膜の組み合わせによる多層膜により形成される。これらによりヘッドチップ３４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の内側壁面に、ＳＯＧ膜５５からの有機成分等の脱離を防止する微結晶構造による金属膜５９が形成される。なおここでこのような有機成分の脱離防止を確実なものとするために、この金属膜５９は、成膜粒子を高密度プラズマ中でイオン化させるイオン化スパッタリングにより成膜することが望ましい。
Here, the
ヘッドチップ３４は、続いて図３に示すように、スパッタリング法により膜厚５０〔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２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。なおここでアルミニウムの下地であるチタンは、アルミニウムをビアホール５８に確実に埋め込むために適用される。
Next, as shown in FIG. 3, the
続いてヘッドチップ３４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、２層目の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。なお微結晶構造による金属膜５９は、この配線パターン６４を作成する際に、配線パターン６４の下層、ビアホール５８の内側を除いて、ドライエッチングに使用される塩素系ガスにより、余剰な配線パターン材料層と共に除去される。
Subsequently, in the
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。
The
続いてヘッドチップ３４は、スパッタリングにより、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。
Subsequently, β-tantalum is deposited on the
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を選択的に除去し、これにより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１００〔Ω〕の抵抗値を有する発熱素子３７が形成される。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。
Subsequently, the
続いてヘッドチップ３４は、ＣＶＤ法により膜厚３００〔ｎｍ〕によるシリコン窒化膜７１が形成される。
Subsequently, a
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。このときヘッドチップ３４は、併せてシリコン窒化膜７１に開口を形成し、発熱素子３７を上層の配線パターンに接続する部位を露出させる。
Subsequently, the
続いてヘッドチップ３４は、続いてアルゴンプラズマ処理により、ビアホール７２により露出した配線パターン６４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〕によるチタンが堆積される。なおこのチタンは、ビアホール５８におけるコンタクト抵抗を安定化させるために堆積される。続いてヘッドチップ３４は、スパッタリング法により微結晶構造による金属膜７３が膜厚１００〔ｎｍ〕により形成される。
Subsequently, in the
ここでこの金属膜７３は、２層目の層間絶縁膜に係るビアホール５８に設けられた金属膜５９と同一に形成され、これによりヘッドチップ３４は、ビアホール７２の内側壁面を介したＳＯＧ膜６８からの有機成分等の脱離を防止するようになされている。
Here, the
続いてヘッドチップ３４は、スパッタリング法により、膜厚６００〔ｎｍ〕によるシリコンを１〔ａｔ％〕添加したアルミニウム、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、これによりビアホール７２を埋め込むと共に、３層目の配線パターン材料層が形成される。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、３層目の配線パターン７６が作成される。
Subsequently, the
ヘッドチップ３４は、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。なおこの実施例では、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。
In the
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。
Subsequently, after an exposure curable dry film made of an organic resin is disposed by pressure bonding, the
（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。
(2) Operation of
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。
Corresponding to this, the
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。
This head assembly 30 (FIG. 3) is formed by sequentially arranging a
このためヘッドチップ３４では、配線パターン５１、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。
For this reason, in the
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。
However, by adopting
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、６９、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。
Therefore, in the
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。
However, in these interlayer insulating films, via
特に、従来、ビアホールは、チタン膜又は窒化チタン膜を形成した後、アルミニウム又はタングステンを埋め込んで配線パターン間等の接続を図るようになされており、これらチタン膜又は窒化チタン膜にあっては、ＳＯＧ膜からの脱離を防止できない欠点がある。特に窒化チタン膜にあっては、柱状の結晶構造であることにより、粒界を介してＳＯＧ膜から水分、有機成分が脱離し、発熱素子を劣化させる。 In particular, conventionally, via holes are formed so as to connect between wiring patterns by embedding aluminum or tungsten after forming a titanium film or a titanium nitride film. In these titanium films or titanium nitride films, There is a drawback that desorption from the SOG film cannot be prevented. In particular, the titanium nitride film has a columnar crystal structure, so that moisture and organic components are desorbed from the SOG film through the grain boundary, thereby deteriorating the heating element.
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、改めて微結晶構造による金属膜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、この側面からの脱離が防止される。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、これら金属膜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。
Therefore, in this embodiment,
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。
Actually, when the volatile components from the
（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、微結晶構造による金属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。
(3) Effect of Example 1 According to the above configuration, the interlayer insulating film is formed by the coating type insulating film, and the surface layer of the interlayer insulating film, the inner wall surface of the through hole provided in the interlayer insulating film is formed. By forming the silicon insulating film and the metal film having a microcrystalline structure, the application type insulating film can sufficiently prevent the generation of a step, and the deterioration of the heating element can be prevented.
図７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、タングステンを使用し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、４８が形成された後、１層目の層間絶縁膜、この層間絶縁膜にコンタクトホールが順次形成される。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a head chip applied to the printer according to the second embodiment of the present invention in comparison with FIG. In the
続いてヘッドチップ８４は、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、ＣＶＤ法により、膜厚５００〔ｎｍ〕によるタングステンが順次堆積される。これらによりヘッドチップ３４は、コンタクトホールが完全に埋め込まれる。ヘッドチップ８４は、続いてエッチバックにより１層目の層間絶縁膜の表面からタングステン膜、窒化チタン膜、チタン膜が順次除去される。
Subsequently, in the
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１層目の配線パターン材料層が形成される。
Subsequently, the
ヘッドチップ８４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、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５１が作成される。
In the
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、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。
Subsequently, in the same manner as described above with respect to the first embodiment, the
ヘッドチップ８４は、実施例１のヘッドチップ３４と同様にして、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ビアホール５８が形成される。
In the
続いてヘッドチップ８４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た後、スパッタリング法により、実施例１について上述したと同様にして微結晶構造による金属膜５９が膜厚５０〜１００〔ｎｍ〕により形成される。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。なおここでこのような有機成分の脱離防止を確実なものとするために、この金属膜５９は、成膜粒子を高密度プラズマ中でイオン化させるイオン化スパッタリングにより成膜することが望ましい。
Subsequently, after the natural oxide film is removed from the surface of the
続いてヘッドチップ８４は、スパッタリング法により膜厚３０〔ｎｍ〕による窒化チタンが堆積される。なおここでこの窒化チタンは、続く処理に係るタングステンをビアホール５８に安定に成長させるために適用される。しかしてヘッドチップ８４は、続いてＣＶＤ法により膜厚５００〔ｎｍ〕によるタングステンが堆積され、これによりビアホール５８が埋め込まれる。
Subsequently, titanium nitride having a film thickness of 30 nm is deposited on the
続いてヘッドチップ８４は、エッチバック法により、２層目の層間絶縁膜の表面からタングステン、窒化チタン、微結晶構造による金属膜５９が順次除去される。なお微結晶構造による金属膜５９は、タンタル膜、窒化タンタル膜、窒化チタンシリコン膜、窒化タンタルシリコン膜の何れの場合であっても、このエッチバックの処理に係る塩素系ガスによりエッチバックすることができる。
Subsequently, in the
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、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形成される。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、成膜された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。
Subsequently, the
ヘッドチップ８４は、続いて２層目の層間絶縁膜と同様にして、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。
The
続いてヘッドチップ８４は、スパッタリング装置により膜厚５０〜１００〔ｎｍ〕によるβ−タンタルが堆積されて抵抗体膜が成膜された後、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、これにより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３７が形成される。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。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３７の絶縁保護層７１が形成される。
Subsequently, the
続いてヘッドチップ８４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ビアホール７２が形成される。
Subsequently, in the
続いてヘッドチップ８４は、アルゴンプラズマ処理により、ビアホール７２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、ビアホール５８と同様にして微結晶構造による金属膜７３が膜厚５０〜１００〔ｎｍ〕により形成される。これによりこの実施例では、ビアホール７２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６８による発熱素子の劣化を防止するようになされている。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３７の劣化を防止する。
Subsequently, after the natural oxide film is removed from the surface of the
続いてヘッドチップ８４は、スパッタリング法により膜厚３０〔ｎｍ〕による窒化チタンが堆積された後、ＣＶＤ法により膜厚５００〔ｎｍ〕によるタングステンが堆積され、これによりビアホール７２が埋め込まれる。
Subsequently, on the
またヘッドチップ８４は、ＣＨＦ3 ／ＣＦ4 ／Ａｒガスを用いたドライエッチング工程により、発熱素子３７を上層の配線パターンに接続する部位が露出される。
Further, the
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７６が形成された後、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。
Subsequently, after the third-layer wiring pattern 76 is formed in the same manner as the second-
この実施例によれば、タングステンの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。 According to this embodiment, even when the upper wiring pattern is connected to the lower layer by the tungsten plug, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
なお上述の実施例においては、塗布型の絶縁膜をＳＯＧ膜により形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ＳＯＧ膜に代えて、例えばポリアリールエーテル等を主成分とする低誘電率材料膜等、種々の塗布型絶縁膜を広く適用することができる。なお塗布型の絶縁膜に低誘電率材料膜を適用する場合にあっては、エッチバック、プラズマの照射による無機化処理を省略することができる。またビアホールの作成においては、ＣＨＦ3 ／ＣＦ4 ／Ａｒガスを用いたドライエッチングによりビアホールの部位で塗布型絶縁膜の表面が露出するまで表層の絶縁膜をエッチングした後、続いてＮＨ3 、Ｎ3 ／Ｈ2 ガスを主成分としたガス系によるドライエッチングにより露出した塗布型絶縁膜をエッチングし、再びＣＨＦ3 ／ＣＦ4 ／Ａｒガスを用いたドライエッチング工程により下層の配線パターンが露出するまでエッチングすることになる。 In the above-described embodiment, the case where the coating type insulating film is formed of the SOG film has been described. However, the present invention is not limited to this, and instead of the SOG film, for example, a low-level composition mainly composed of polyaryl ether or the like. Various coating type insulating films such as dielectric constant material films can be widely applied. Note that in the case where a low dielectric constant material film is applied to the coating type insulating film, the inorganic treatment by etching back and plasma irradiation can be omitted. In forming the via hole, the surface insulating film is etched by dry etching using CHF 3 / CF 4 / Ar gas until the surface of the coating type insulating film is exposed at the via hole, and then NH 3 , N The exposed coating type insulating film is etched by dry etching using a gas system containing 3 / H 2 gas as a main component, and the lower wiring pattern is exposed again by a dry etching process using CHF 3 / CF 4 / Ar gas. Will be etched.
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。 In the above-described embodiment, a case has been described in which the present invention is applied to a full-line type printer head for color printing to create four nozzle arrays. However, the present invention is not limited to this, for example, monochrome printing. For example, when the present invention is applied to a full-line type printer head for producing a single nozzle array, the present invention can be widely applied to the production of nozzle arrays with various numbers.
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。 In the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to a full-line type printer head has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention is applied to a so-called serial type printer head that moves the printer head in a specific direction. The present invention can also be widely applied when applied.
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。 In the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to a printer head to eject ink droplets has been described. However, the present invention is not limited to this, and instead of ink droplets, the droplets are liquids of various dyes. Droplets, liquid discharge heads that are droplets for forming a protective layer, etc., microdispensers where the droplets are reagents, various measuring devices, various test devices, and various types of droplets that are agents that protect members from etching The present invention can be widely applied to pattern drawing apparatuses and the like.
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、例えば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。 The present invention relates to a liquid discharge head, a liquid discharge apparatus, and a method for manufacturing a liquid discharge head, and can be applied to, for example, a thermal inkjet printer in which a heating element and a transistor that drives the heating element are integrally formed on a substrate. .
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……配線パターン、５……層間絶縁膜、６、３７……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、５８、７２……ビアホール、５９、７３……金属膜
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記発熱素子の前記基板側には、
上層の配線パターンを下層より絶縁する層間絶縁膜が塗布型の絶縁膜により形成され、
前記塗布型の絶縁膜は、
有機基を含むシリコン化合物により形成され、
表層に、シリコン絶縁膜が形成され、
前記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、微結晶構造による金属膜が形成された
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。 A heating element that heats the liquid held in the liquid chamber and a semiconductor element that drives the heating element are integrally formed on a substrate, and the liquid droplet is discharged from a predetermined nozzle by driving the heating element by the semiconductor element. In the liquid discharge head that pops out
On the substrate side of the heating element,
An interlayer insulating film that insulates the upper wiring pattern from the lower layer is formed of a coating type insulating film,
The coating type insulating film is
Formed by silicon compounds containing organic groups,
A silicon insulating film is formed on the surface layer,
A liquid ejection head, wherein a metal film having a microcrystalline structure is formed on an inner wall surface of a through hole that connects the upper wiring pattern to a corresponding portion of a lower layer.
タンタル膜、窒化タンタル膜、窒化チタンシリコン膜、窒化タンタルシリコン膜のうちの１つ、又は何れかの組み合わせによる積層により形成され、
イオン化スパッタリングにより成膜される
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。 The metal film is
A tantalum film, a tantalum nitride film, a titanium nitride silicon film, one of tantalum silicon nitride films, or a combination of any combination,
The liquid discharge head according to claim 1, wherein the liquid discharge head is formed by ionization sputtering.
前記液体吐出ヘッドが、
液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、前記発熱素子を駆動する半導体素子とを基板上に一体に形成し、前記半導体素子による前記発熱素子の駆動により所定のノズルより前記液体の液滴を飛び出させ、
前記発熱素子の前記基板側には、
上層の配線パターンを下層より絶縁する層間絶縁膜が塗布型の絶縁膜により形成され、
前記塗布型の絶縁膜は、
有機基を含むシリコン化合物により形成され、
表層に、シリコン絶縁膜が形成され、
前記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、微結晶構造による金属膜が形成された
ことを特徴とする液体吐出装置。 In a liquid ejection device that supplies liquid droplets ejected from a liquid ejection head to an object,
The liquid discharge head is
A heating element that heats the liquid held in the liquid chamber and a semiconductor element that drives the heating element are integrally formed on a substrate, and the liquid droplet is discharged from a predetermined nozzle by driving the heating element by the semiconductor element. Pop out
On the substrate side of the heating element,
An interlayer insulating film that insulates the upper wiring pattern from the lower layer is formed of a coating type insulating film,
The coating type insulating film is
Formed by silicon compounds containing organic groups,
A silicon insulating film is formed on the surface layer,
A liquid ejection apparatus, wherein a metal film having a microcrystalline structure is formed on an inner wall surface of a through hole that connects the upper wiring pattern to a corresponding portion of a lower layer.
塗布型の絶縁膜により前記基板の全面を覆って、上層の配線パターンを下層より絶縁する層間絶縁膜を有機基を含むシリコン化合物により作成する層間絶縁膜の作成処理と、
前記塗布型の絶縁膜の表層にシリコン絶縁膜を形成するシリコン絶縁膜の作成処理と、
前記層間絶縁膜に、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を作成する貫通孔の作成処理と、
前記貫通孔の内側壁面に微結晶構造による金属膜を作成する金属膜の作成処理とを有する
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 A heating element that heats the liquid held in the liquid chamber and a semiconductor element that drives the heating element are integrally formed on a substrate, and the liquid droplet is discharged from a predetermined nozzle by driving the heating element by the semiconductor element. In the manufacturing method of the liquid discharge head that causes the
An interlayer insulating film forming process for covering the entire surface of the substrate with a coating type insulating film and forming an interlayer insulating film for insulating an upper wiring pattern from a lower layer with a silicon compound containing an organic group ;
A silicon insulating film forming process for forming a silicon insulating film on a surface layer of the coating type insulating film;
In the interlayer insulating film, a through hole creating process for creating a through hole for connecting an upper wiring pattern to a corresponding portion of the lower layer, and
And a metal film forming process for forming a metal film having a microcrystalline structure on the inner wall surface of the through-hole.
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