JP7112287B2 - 素子基板、記録ヘッド、記録装置、及び素子基板の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録ヘッド(以下、記録ヘッド)を用いて記録を行なう記録装置の構成の概要を示す外観斜視図である。
図3は素子基板のレイアウトを示す図である。
図5は層間絶縁膜107が厚さt2である場合の温度検知素子106の温度応答を熱伝導計算した結果を示す図である。
t2=0.4μm、t2=0.9μm
熱源となる記録素子109のサイズ:
幅15.6μm×長さ23.6μm×厚さ20nm
発熱量:4.8×1016w/m3
発熱時間:0.7μ秒
初期温度:常温。
図6A~図6Bは、図4(b)に示すx-x’断面図と図4(c)に示すy-y’断面図に対応させた多層構造101の製造工程の流れを示す図である。図6A~図6Bは(a)から(n)までの14の工程を示しており、(a)から(n)の方向に時間が流れる。また、図6A~図6Bにおいて、左側は図4(b)に示すx-x’断面に対応した図であり、右側は図4(c)に示すy-y’断面図に対応した図である。
シリコン基体上に積層した絶縁膜301の上に、配線層302をパターニングするためのエッチングマスクをフォトリソグラフィにより配線層302の上に形成する。具体的には、マスクとなるポジ型感光性レジスト材料を基板上にスピン塗布し、配線パターンが描画されたフォトマスクを介して露光を行い、現像することで配線層上にレジストパターンを形成する。
層間絶縁膜303に導電プラグを形成するビアホールを、先に述べたフォトリソグラフィと同様のプロセスにより、ビアホール部がマスク開口したレジストパターンを形成する。続いて、誘導結合型プラズマ(Inductively Coupled Plasma)リアクティブイオンエッチングによりビアホール304を開口する。これにより、ビアホール304から温度検知素子用の配線層302の表面の一部を露出させる。また、エッチングマスクとして使用したレジストはプラズマアッシングを行って除去する。
コンタクトメタル、拡散防止膜としてチタン、および窒化チタン積層膜からなるバリアメタル305をスパッタリング成膜により形成する。
減圧CVD成膜により、導電プラグ材料としてタングステン膜306をビアホール内が十分に埋まる膜厚で成膜する。
CMP法により、ビアホール内の導電プラグ307のみを残しつつ、層間絶縁膜303上のバリアメタル305とタングステン膜306を残差なく除去するよう研磨し、層間絶縁膜303の表面を平坦化する。
この実施例の温度検知素子として用いるチタン、および窒化チタン積層膜をスパッタリング成膜する。続いて、フォトリソグラフィでレジストマスクを成してドライエッチングにより温度検知素子308を形成する。
プラズマCVD法によりシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜309を温度検知素子308の上に成膜する。そして、CMPによりシリコン酸化膜を研磨して層間絶縁膜309の上面を平坦化する。
層間絶縁膜303と層間絶縁膜309を貫通するビアホールを、先に述べたフォトリソグラフィと同様のプロセスで、ビアホール部がマスク開口したレジストパターンを形成する。続いて、誘導結合型プラズマリアクティブイオンエッチングにより、ビアホール310を開口する。これにより、ビアホール310から電気熱変換素子用の配線層302の表面の一部を露出させる。なお、エッチングマスクとして使用したレジストはプラズマアッシングを行って除去する。
コンタクトメタル、拡散防止膜としてチタン、および窒化チタン積層膜からなるバリアメタル311をスパッタリング成膜により形成する。
減圧CVD成膜により、導電プラグ材料としてタングステン膜312をビアホール内が十分に埋まる膜厚で成膜する。
CMP法により、ビアホール内の導電プラグ313のみを残しつつ、層間絶縁膜309上のバリアメタル311とタングステン膜312を残差なく除去するよう研磨し、層間絶縁膜309の表面を平坦化する。なお、この工程はエッチバック法を用いて導電プラグ材料とバリアメタルを除去する方法もある。
記録素子として用いるタンタル窒化珪素膜等からなる電気熱変換素子(ヒータ)となる記録素子の膜をスパッタリング成膜する。そして、フォトリソグラフィでレジストマスクを成してドライエッチングにより記録素子314を形成する。
シリコン窒化膜などのパッシベーション膜(保護膜)315、タンタルなどの耐キャビテーション膜316を形成して素子基板となる。
ノズル形成部材317に感光性樹脂を使用し、フォトリソグラフィ技術を用いて吐出口を形成する。
105 導電プラグ、106 温度検知素子、107 層間絶縁膜、
108 導電プラグ、109 記録素子、110 保護膜、
111 耐キャビテーション膜、112 ノズル形成材、113 吐出口
Claims (23)
- 多層構造の素子基板であって、
基体と、
前記基体の表面の側に形成された配線層と、
前記配線層を覆う第1の層間絶縁膜と、
前記第1の層間絶縁膜の表面に形成された温度検知素子と、
前記第1の層間絶縁膜を貫通し、前記温度検知素子と前記配線層のうちの第1の配線とを電気的に接続する第1の電気接続部材と、
前記温度検知素子の表面及び前記第1の層間絶縁膜の前記表面に形成された第2の層間絶縁膜と、
前記基体の前記表面に直交する方向から見て少なくとも一部が前記温度検知素子と重なる位置に配置され、前記第2の層間絶縁膜の表面に形成された電気熱変換素子と、
少なくとも前記第2の層間絶縁膜を貫通し、前記電気熱変換素子と前記配線層のうちの第2の配線とを電気的に接続する第2の電気接続部材とを有することを特徴とする素子基板。 - 前記第1の電気接続部材は第1のプラグであり、
前記第2の電気接続部材は、前記第1の層間絶縁膜と前記第2の層間絶縁膜とを貫通する第2のプラグであることを特徴とする請求項1に記載の素子基板。 - 前記第1の電気接続部材は、前記直交する方向から見て前記電気熱変換素子と重ならない領域に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の素子基板。
- 前記第1の電気接続部材と前記第2の電気接続部材は、前記直交する方向から見て前記電気熱変換素子と前記温度検知素子とが重ならない領域に配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の素子基板。
- 少なくとも一対の前記第1の電気接続部材と、
少なくとも一対の前記第2の電気接続部材とを有し、
前記少なくとも一対の第2の電気接続部材の一方は、前記電気熱変換素子の第1の方向における一端部に接続され、前記少なくとも一対の第2の電気接続部材の他方は前記第1の方向における前記電気熱変換素子の他端部に接続され、
前記少なくとも一対の第1の電気接続部材は、前記第1の方向と交差する第2の方向に互いに離れて配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の素子基板。 - 前記第1のプラグを複数、前記第2のプラグを複数、設け、
複数の前記第1のプラグを配列する方向と複数の前記第2のプラグを配列する方向とは互いに交差することを特徴とする請求項2に記載の素子基板。 - 前記温度検知素子は、蛇行形状をしていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の素子基板。
- 前記第2の層間絶縁膜の厚さは、前記第1の層間絶縁膜の厚さより薄いことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の素子基板。
- 前記第2の層間絶縁膜のうちの、前記温度検知素子の上に位置する部位の厚さは、0.2μm以上0.5μm以下であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の素子基板。
- 前記第2の層間絶縁膜のうちの、前記温度検知素子の上に位置する部位の厚さは、0.4μm以下であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の素子基板。
- 前記直交する方向から見て前記電気熱変換素子及び前記温度検知素子の少なくとも一部と重なる位置に配置され、前記第1の層間絶縁膜に覆われた金属層をさらに有し、
前記第2の層間絶縁膜のうちの、前記温度検知素子の上に位置する部位の厚みは、前記第1の層間絶縁膜のうちの、前記金属層の上に位置する部位の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の素子基板。 - 前記金属層の前記第1の層間絶縁膜が設けられる面の裏面と接し、前記基体の前記表面へ向かって延在するプラグを有すること請求項11に記載の素子基板。
- 前記第1の層間絶縁膜の前記表面と前記第2の層間絶縁膜の前記表面とは平坦化されていることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の素子基板。
- 前記電気熱変換素子を覆う被覆膜を有することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の素子基板。
- 多層構造の素子基板の製造方法であって、
表面の側に配線層が形成された基体に対して、前記配線層を覆う第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の層間絶縁膜に前記配線層に達する第1のビアホールを形成する工程と、
前記第1のビアホールを金属の材料で埋め、前記第1の層間絶縁膜の表面を平坦化して、第1の電気接続部材を形成する工程と、
前記第1の電気接続部材を含む前記第1の層間絶縁膜の前記表面の領域に温度検知素子を形成する工程と、
前記第1の層間絶縁膜の前記表面及び前記温度検知素子の表面に第2の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の層間絶縁膜の表面に電気熱変換素子を形成する工程とを有することを特徴とする素子基板の製造方法。 - 前記第1のビアホールとは異なる位置に、前記第1の層間絶縁膜と前記第2の層間絶縁膜を貫通し、前記配線層に達する第2のビアホールを形成する工程と、
前記第2のビアホールを金属の材料で埋め、前記第2の層間絶縁膜の表面を平坦化して、第2の電気接続部材を形成する工程とをさらに有し、
前記電気熱変換素子の形成する工程では、前記第2の電気接続部材を含む前記第2の層間絶縁膜の前記表面の領域に前記電気熱変換素子を形成することを特徴とする請求項15に記載の素子基板の製造方法。 - 前記第1の電気接続部材は第1のプラグであり、
前記第2の電気接続部材は第2のプラグであることを特徴とする請求項16に記載の素子基板の製造方法。 - 請求項1乃至14のいずれか1項に記載の素子基板を用い、前記電気熱変換素子を記録素子として用い、該記録素子によりインクに熱エネルギーを与えてインクを吐出する記録ヘッドであって、
前記記録素子の近傍に備えられ、インクを吐出する吐出口と、
前記記録素子にインクを供給する供給口と、
前記供給口と前記吐出口に連通し、前記記録素子の発熱によりインクが発泡する圧力室とを有することを特徴とする記録ヘッド。 - 前記記録ヘッドは、前記素子基板が複数配置されているラインヘッドであることを特徴とする請求項18に記載の記録ヘッド。
- 請求項18又は19に記載の記録ヘッドを用いて、インクを記録媒体に吐出して画像を記録する記録装置。
- 多層構造の素子基板であって、
基体と、
前記基体の表面の側に形成された配線層と、
前記配線層を覆う第1の層間絶縁膜と、
前記第1の層間絶縁膜の表面に形成された温度検知素子と、
前記第1の層間絶縁膜を貫通し、前記温度検知素子と前記配線層のうちの第1の配線とを電気的に接続する第1の電気接続部材と、
前記温度検知素子の表面及び前記第1の層間絶縁膜の前記表面に形成され、前記第1の層間絶縁膜よりも薄い第2の層間絶縁膜と、
前記第2の層間絶縁膜の表面に形成された電気熱変換素子と、
少なくとも前記第2の層間絶縁膜を貫通し、前記電気熱変換素子と前記配線層のうちの第2の配線とを電気的に接続する第2の電気接続部材とを有することを特徴とする素子基板。 - 前記第1の電気接続部材は第1のプラグであり、
前記第2の電気接続部材は前記第1の層間絶縁膜と前記第2の層間絶縁膜とを貫通する第2のプラグであることを特徴とする請求項21に記載の素子基板。 - 前記第2の層間絶縁膜のうちの、前記温度検知素子の上に位置する部位の厚さは、0.2μm以上0.5μm以下であることを特徴とする請求項21又は22に記載の素子基板。
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