(57)【要約】      （修正有）【課題】下層配線層に対して、薄膜の上層配線層を電気的に安定して接続することが可能な技術を提供する。【解決手段】基板上に形成された第１配線層１０２と、絶縁膜１０４を介して前記第１配線層の上層に形成された第２配線層２１６と、前記絶縁膜において前記第１配線層に達するよう形成された穴部１０６内に設けられ、前記第１配線層と前記第２配線層とを電気的に接続可能なプラグ１１２とを備えた液体吐出ヘッド用基板であって、前記第２配線層は、前記穴部の内部および前記絶縁膜上に形成され、前記プラグは、前記穴部において前記第２配線層上に形成されるようにした。【選択図】図４
2020049685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された第１配線層と、
絶縁膜を介して前記第１配線層の上層に形成された第２配線層と、
前記絶縁膜において前記第１配線層に達するよう形成された穴部内に設けられ、前記第１配線層と前記第２配線層とを電気的に接続可能なプラグと
を備えた液体吐出ヘッド用基板であって、
前記第２配線層は、前記穴部の内部および前記絶縁膜上に形成され、
前記プラグは、前記穴部において前記第２配線層上に形成される
ことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
【請求項２】
前記第２配線層の膜厚は、１０ｎｍ〜３００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項３】
前記第２配線層は、チタンおよび窒化チタン、あるいは、タンタルおよび窒化タンタルから構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項４】
前記第２配線層は、タンタル窒化珪素あるいはタングステン窒化珪素から構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項５】
前記第２配線層は、発熱抵抗素子を構成することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項６】
前記第２配線層は、温度検知素子を構成することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項７】
前記第２配線層は、線状パターンを複数折り返して形成されることを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項８】
絶縁膜を介して形成された第１配線層と第２配線層とをプラグによって電気的に接続可能とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法であって、
前記第１配線層が形成された基板上に前記絶縁膜を成膜する工程と、
前記絶縁膜に前記第１配線層に達する穴部を形成する工程と、
前記穴部の内部および前記絶縁膜上に金属膜を成膜する工程と、
前記穴部内が埋まるように前記金属膜上にプラグ材料により成膜する工程と、
前記穴部の内部におけるプラグ材料を残しつつ、前記プラグ材料を除去する工程と、
前記金属膜をパターニングして第２配線層を形成する工程と
を有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。
【請求項９】
前記金属膜の膜厚は、１０ｎｍ〜３００ｎｍであることを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１０】
前記金属膜は、チタンおよび窒化チタン、あるいは、タンタルおよび窒化タンタルから構成されることを特徴とする請求項８または９に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１１】
前記金属膜は、タンタル窒化珪素あるいはタングステン窒化珪素から構成されることを特徴とする請求項８または９に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１２】
前記第２配線層は、発熱抵抗素子を構成することを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１３】
前記第２配線層は、温度検知素子を構成することを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１４】
前記第２配線層は、線状パターンを複数折り返して形成されることを特徴とする請求項１３に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１５】
前記金属膜は、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８から１４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１６】
請求項１から７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板によって液体の吐出が制御される液体吐出ヘッド。
【請求項１７】
請求項１６に記載の液体吐出ヘッドにより液体を吐出する液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出するための吐出エネルギー発生素子を備えた液体吐出ヘッド用基板、その製造方法、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吐出エネルギー発生素子として発熱抵抗素子を用いて液体を吐出する液体吐出ヘッドでは、発熱抵抗素子と、発熱抵抗素子を駆動する駆動回路とが半導体基板上に形成されている。特許文献１では、基板上において発熱抵抗素子を高密度配置しつつ回路駆動の信頼性を確保するために、駆動回路を構成するＭＯＳ型トランジスタを、タングステンを用いた金属プラグによって配線層と電気的に接続する技術が開示されている。
【０００３】
この金属プラグを形成する際には、まず、駆動回路などの下層配線層が形成された半導体基板上に層間絶縁膜が形成され、層間絶縁膜に下層配線層に達するビアホールを形成する。次に、コンタクトメタル、バリアメタルを順次積層してメタル膜を成膜し、その後、ビアホールを埋めるように金属プラグ材料を堆積させる。そして、エッチバック法あるいはＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈ：化学機械研磨）法によって、メタル膜とともにビアホール外の金属プラグ材料を除去する。こうして形成された金属プラグおよび層間絶縁膜上には発熱抵抗素子などの上層配線層が形成され、金属プラグを介して上層配線層と下層配線層とが電気的に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７８３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的なエッチバック法やＣＭＰ法では、層間絶縁膜と金属プラグ材料とで、エッチングレートや研磨レートが異なる。このため、層間絶縁膜の上面と金属プラグの上面とが同一平面とはならず、金属プラグ部分が凹んだ形状となる。金属プラグおよび層間絶縁膜上に形成される上層配線層は、通常、スパッタリングにより成膜されたメタル膜をパターニングして形成される。
【０００６】
従って、上層配線層を形成するためのメタル膜が、金属プラグにおける凹み部分の凹み量に対して十分に厚い膜厚で成膜される場合には、凹み部分にメタル膜が確実に埋め込まれるため、金属プラグと上層配線層との電気的な接続に問題は生じ難い。しかしながら、上層配線層を形成するためのメタル膜が、凹み量と同等あるいはそれ以下の薄膜で形成される場合には、金属プラグと上層配線層との電気的な接続に問題が生じる虞がある。
【０００７】
即ち、スパッタリングは段差部分の被覆性が低いため、成膜されたメタル膜は、凹みの段差部分において、配線の段切れが生じたり、マイグレーションによる断線が生じ易くなる。このため、金属プラグと上層配線層との接続が不安定になり、下層配線層に対して上層配線層を電気的に安定して接続することができなくなる虞がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、下層配線層に対して、薄膜の上層配線層を電気的に安定して接続することが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、基板上に形成された第１配線層と、絶縁膜を介して前記第１配線層の上層に形成された第２配線層と、前記絶縁膜において前記第１配線層に達するよう形成された穴部内に設けられ、前記第１配線層と前記第２配線層とを電気的に接続可能なプラグとを備えた液体吐出ヘッド用基板であって、前記第２配線層は、前記穴部の内部および前記絶縁膜上に形成され、前記プラグは、前記穴部において前記第２配線層上に形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、薄膜の上層配線層を下層配線層に電気的に安定して接続することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】記録装置の概略構成図。
【図２】記録ヘッドユニットおよび記録ヘッドの概略構成図。
【図３】比較例の記録ヘッド用基板の製造工程の一部を示す図。
【図４】本発明による記録ヘッド用基板の製造工程の一部を示す図。
【図５】記録ヘッドにおける吐出口近傍の発熱抵抗素子、温度検知素子を示す図。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による液体吐出ヘッド用基板、その製造方法、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置の一例を詳細に説明する。なお、以下の説明では、液体吐出ヘッドから液体を吐出する液体吐出装置として、インクジェット記録装置（以下、「記録装置」と適宜に称する。）を例として説明することとする。
【００１３】
図１は、本発明による液体吐出装置である記録装置の概略構成図である。この図１に示す記録装置１０は、搬送される記録媒体Ｍに対して、搬送方向と交差（本実施形態では直交）する方向に走査する記録ヘッドユニット１６からインクを吐出して記録する、所謂、シリアルスキャン方式のインクジェット記録装置である。
【００１４】
記録装置１０は、記録媒体Ｍの搬送方向と交差する走査方向に延設されたガイドシャフト１２に沿って移動可能に設けられたキャリッジ１４と、キャリッジ１４に着脱可能に搭載された記録ヘッドユニット１６とを有している。また、搬送ローラ（不図示）により搬送方向に搬送される記録媒体Ｍを支持するプラテン１８と、搬送ローラに記録媒体Ｍを給送する給送部２０と、記録された記録媒体Ｍが排出される排出部２２とを有している。さらに、キャリッジ１４の移動領域における走査方向の一方の端部側には、記録ヘッドユニット１６における吐出口４６（後述する）からのインクの吐出性能を良好に維持および回復するための回復ユニット２４を有している。なお、記録装置１０の全体の動作については、制御部（不図示）により制御される。
【００１５】
より詳細には、キャリッジ１４は、モータ（不図示）により駆動するベルト（不図示）に連結され、当該ベルトの駆動によってガイドシャフト１２に沿って走査方向を往復移動する。従って、記録ヘッドユニット１６は、キャリッジ１４を介して走査方向に往復移動可能な構成となっている。キャリッジ１４には、複数の記録ヘッドユニット１６が搭載され、各記録ヘッドユニット１６からは、それぞれ異なる種類のインクが吐出される。即ち、記録装置１０は、記録媒体Ｍを搬送方向に搬送する搬送動作と、記録ヘッドユニット１６を走査方向に移動させつつインクを吐出する記録動作とを、間欠的に繰り返しながら記録媒体上に所望の記録を行うこととなる。
【００１６】
回復ユニット２４は、例えば、記録ヘッドユニット１６においてインクを吐出する吐出口４６が形成された吐出口面（後述する記録ヘッド２６の一方の面２６ａ）を保護するキャップ（不図示）を備えている。また、回復ユニット２４は、例えば、各吐出口４６を含む所定の領域を払拭するワイパ（不図示）を備えている。
【００１７】
図２（ａ）は、記録ヘッドユニット１６の概略構成図であり、図２（ｂ）は、記録ヘッド２６の一部を切断して示す概略構成図である。記録ヘッドユニット１６は、記録ヘッド２６とインクタンク２８とが一体化してなるカートリッジ形態のユニットである。この記録ヘッドユニット１６は、吐出口４６がプラテン１８に対向するようにキャリッジ１４に搭載される。
【００１８】
記録ヘッドユニット１６は、キャリッジ１４に対して装着および取り外し可能に構成されている。記録ヘッドユニット１６には、記録ヘッド２６に接続され、記録ヘッド２６に設けられた素子に電力を供給するための端子を有するＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）用のテープ部材３０が貼り付けられている。キャリッジ１４に装着された記録ヘッドユニット１６では、テープ部材３０に設けられた接点３２から記録ヘッド２６へ電力が供給されることとなる。
【００１９】
記録ヘッド２６は、記録ヘッド用基板３４の一方の面３４ａに、流路形成部材３６が形成されている。流路形成部材３６には、内部にインクを貯留することが可能な複数の圧力室３８が形成されている。この圧力室３８には、外部にインクを吐出するための吐出口４６が形成されている。そして、圧力室３８は、吐出口４６と対向する面が記録ヘッド用基板３４により構成され、記録ヘッド用基板３４における吐出口４６と対向する位置に発熱抵抗素子４８が設けられている。
【００２０】
記録ヘッド用基板３４には、一方の面３４ａから他方の面３４ｂに貫通するインク供給口４０が形成されている。そして、流路形成部材３６には、このインク供給口４０に連通するように共通液室４２が形成されている。共通液室４２は、流路形成部材３６において、各圧力室３８とインク流路４４を介して連通されている。なお、こうした流路形成部材３６は、例えば、複数の部材から構成されている。
【００２１】
インクタンク２８から記録ヘッド２６にインクが供給される際には、記録ヘッド用基板３４におけるインク供給口４０を通って、共通液室４２にインクが供給される。共通液室４２に供給されたインクは、インク流路４４を通って各圧力室３８に供給される。このとき、共通液室４２内のインクは、毛管現象によりインク流路４４および圧力室３８に供給され、吐出口４６にてメニスカスを形成することによりインクの液面が安定して保持される。
【００２２】
記録ヘッド用基板３４は、各圧力室３８に対応する位置に発熱抵抗素子４８を備えている。吐出口４６からインクを吐出する際には、発熱抵抗素子４８に通電する。この通電により発熱抵抗素子が発熱して圧力室３８内のインクを加熱し、加熱されたインクの膜沸騰による気泡の成長、収縮（キャビテーション現象）によって生じる圧力変化を利用して吐出口４６からインクを吐出することとなる。
【００２３】
ここで、図３を参照しながら、記録ヘッド用基板３４の比較例としての記録ヘッド用基板１３４について説明する。なお、この記録ヘッド用基板１３４については、例えば、特許文献１に開示された公知の技術により作製されることとなる。図３（ａ）〜（ｇ）は、比較例としての記録ヘッド用基板１３４の金属プラグの形成工程および上層配線層の形成工程を説明する図である。
【００２４】
比較例としての記録ヘッド用基板１３４では、下層配線層１０２が形成された、シリコンなどの基板１００上に層間絶縁膜１０４を成膜する。なお、以下の説明では、成膜などの各種の処理については、公知の技術を用いることができるため、その詳細な説明は適宜に省略することする。成膜された層間絶縁膜１０４は、その表面１０４ａをＣＭＰ法により平坦に研磨される（図３（ａ）参照）。
【００２５】
そして、フォトリソグラフィ技術により感光性レジストをパターニングし、層間絶縁膜１０４に下層配線層１０２まで達するビアホール１０６を形成する（図３（ｂ）参照）。その後、表面１０４ａおよびビアホール１０６内に、コンタクトメタル、拡散防止膜などのバリアメタルなどのメタル膜１０８を成膜する（図３（ｃ）参照）。
【００２６】
次に、金属プラグ材料１１０をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより、ビアホール１０６内が十分に埋まる膜厚で成膜する（図３（ｄ）参照）。そして、ＣＭＰ法により、ビアホール１０６内の金属プラグ材料１１０を残しながら、バリアメタルなどのメタル膜１０８とともにメタル膜１０８上の金属プラグ材料１１０を、研磨して除去する（図３（ｅ）参照）。なお、金属プラグ材料１１０の除去方法については、エッチバック法を用いるようにしてもよい。
【００２７】
これにより、ビアホール１０６内に金属プラグ１１２が形成される。ここで、ＣＭＰ法およびエッチバック法では、上記したように、層間絶縁膜１０４と金属プラグ材料１１０とで研磨レートおよびエッチングレートが異なる。このため、形成された金属プラグ１１２は、その表面１１２ａが層間絶縁膜１０４の表面１０４ａよりも凹んで形成することとなる（図３（ｅ）参照）。
【００２８】
その後、層間絶縁膜１０４の表面１０４ａおよび金属プラグ１１２の表面１１２ａにバリアメタルや配線層などのメタル膜１１４を成膜する（図３（ｆ）参照）。そして、メタル膜１１４をパターニングして上層配線層１１６を形成する（図３（ｇ）参照）。
【００２９】
このように記録ヘッド用基板１３４では、金属プラグ１１２の表面１１２ａ上に上層配線層１１６が形成される。これにより、上層配線層１１６は金属プラグ１１２を介して下層配線層１０２に電気接続されることとなる。なお、記録ヘッド用基板１３４では、金属プラグ１１２の表面１１２ａは、層間絶縁膜１０４の表面１０４ａに対して凹んで形成されている。
【００３０】
通常、上層配線層１１６は、金属プラグ１１２と層間絶縁膜１０４とにより形成された凹み段差に対して十分に厚膜な金属膜で構成される。しかしながら、詳細は後述するが、上層配線層１１６として発熱抵抗素子やインクの吐出が正常になされているか否かを判断するための温度検知素子を構成する場合には、凹み段差における凹み量と同等あるいはそれ以下の薄膜で形成することが求められる。本実施形態において、薄膜とは、例えば、１０ｎｍ〜３００ｎｍの膜とする。
【００３１】
この場合、段差部分における被覆性が低いスパッタリングによりメタル膜１１４を薄膜で成膜しているため、金属プラグ１１２と層間絶縁膜１０４との間に生じた段差部分では、不均一に成膜されたり、あるいは、膜が形成されない部分が生じたりする虞がある。即ち、段差部分では、メタル膜１１４から形成される上層配線層１１６において、配線の段切れが生じたり、あるいは、マイグレーションによる断線が生じ易くなり、電気的な接続を安定して確保することが困難となる。
【００３２】
また、金属プラグ１１２が形成されるビアホール１０６は複数存在する。これら複数のビアホール１０６において形成される金属プラグ１１２では、層間絶縁膜１０４とにより形成された凹み段差の凹み量はばらつきがある。このため、所定条件のスパッタリングよってメタル膜１１４を薄膜で成膜する際には、適切に成膜されている段差部分と、適切に成膜されていない段差部分とが混在してしまう虞がある。
【００３３】
そこで、本発明による記録ヘッド用基板３４では、下層配線層１０２に対して上層配線層を電気的に安定して接続可能とするために、上層配線層を金属プラグ１１２の底面１１２ｂおよび側面１１２ｃで接続するようにした。即ち、ビアホール１０６において、上層配線層上に金属プラグ１１２を形成するようにした。換言すると、ビアホール１０６の内面（層間絶縁膜１０４および下層配線層１０２により形成される）と金属プラグ１１２との間に上層配線層が位置するようにした。
【００３４】
具体的には、ビアホール１０６形成後に成膜するメタル膜を利用して上層配線層を形成することで、被覆率が低下する凹み段差部分を金属プラグ１１２により被覆するようにした。なお、以下の説明では、金属プラグおよび上層配線層の形成を中心に説明するが、その他の各部材（層）の形成方法については、例えば、特許文献１などの公知の技術を用いることができるため、その説明は適宜に省略することとする。
【００３５】
ここで、図４を参照しながら、記録ヘッド用基板３４の金属プラグ１１２と上層配線層２１６との形成について説明する。図４（ａ）〜（ｆ）は、本発明による記録ヘッド用基板３４の金属プラグの形成工程および上層配線層の形成工程を説明する図である。
【００３６】
記録ヘッド用基板３４は、ビアホール１０６を形成する工程までは、記録ヘッド用基板１３４と同様の処理がなされる。即ち、まず、下層配線層１０２（第１配線層）が形成された基板１００上に層間絶縁膜１０４（絶縁膜）を成膜し、その表面１０４ａをＣＭＰ法により平坦に研磨する（図４（ａ）参照）。次に、観光性レジストをパターニングし、層間絶縁膜１０４において下層配線層１０２に達するビアホール１０６（穴部）を形成する（図４（ｂ）参照）。
【００３７】
その後、表面１０４ａおよびビアホール１０６内（穴部内）に、バリアメタルと上層配線層とを兼ねるメタル膜２１４（金属膜）を成膜する（図４（ｃ）参照）。メタル膜２１４は、ビアホール１０６内への膜の被覆性が向上するため、ロングスロー方式のスパッタリングにより成膜することが好ましい。ビアホール１０６内への被覆性をさらに向上させたい場合には、成膜粒子の直進性を確保するために、電極中間としてコリメータを配置するようにしてもよい。
【００３８】
なお、メタル膜２１４（上層配線層２１６）としては、異なる特性を備えた複数の膜を積層して形成するようにしてもよい。積層する膜としては、ビアホール１０６の底部において下層配線層１０２との電気的な接続を向上するコンタクトメタル膜を含む。また、層間絶縁膜１０４との密着性を向上する密着性向上膜を含む。さらに、エレクトロ・ストレスマイグレーション耐性に優れた拡散防止膜を含む。さらにまた、フォトリソグラフィ工程での下地からの反射を防止するための反射防止膜を含む。
【００３９】
メタル膜２１４（上層配線層２１６）は、コンタクトメタル膜と、バリアメタル膜の二層から構成されるようにしてもよい。例えば、チタンを用いたコンタクトメタル膜により下層配線層１０２とのコンタクト抵抗を抑制するとともに、窒化チタンを用いたバリアメタル膜により拡散防止性を向上することができる。
【００４０】
次に、金属プラグ材料１１０をＣＶＤ法などにより、ビアホール１０６内が十分に埋まる膜厚で成膜する（図４（ｄ）参照）。そして、エッチバック法により、ビアホール１０６内の金属プラグ材料１１０とともにメタル膜２１４を残しながら、それ以外の金属プラグ材料１１０を除去する（図４（ｅ）参照）。これにより、ビアホール１０６内のメタル膜２１４上に金属プラグ１１２が形成されるとともに、層間絶縁膜１０４の表面１０４ａにメタル膜２１４が残される。その後、メタル膜２１４をパターニングすることで、上層配線層２１６（第２配線層）を形成する（図４（ｆ）参照）。
【００４１】
金属プラグ１１２の形成には、ＣＭＰ法を用いるようにしてもよいが、記録ヘッド用基板３４では、エッチバック法を用いることが好ましい。エッチバック法を用いる際には、上層配線層２１６（メタル膜２１４の材料）に対してエッチング選択比を大きく確保できる金属プラグ材料１１０と上層配線材料との組み合わせ、および、エッチバック時のエッチング条件が重要となる。
【００４２】
このように、記録ヘッド用基板３４では、層間絶縁膜１０４の表面１０４ａとともにビアホール１０６内に上層配線層２１６となるメタル膜２１４を成膜し、その後、ビアホール１０６内のメタル膜２１４上に金属プラグ１１２を形成するようにした。これにより、スパッタリングによるメタル膜２１４の成膜時に、ビアホール１０６の側面１０６ａ（段差部分）に対するメタル膜２１４の被覆率が低くても、ビアホール１０６内のメタル膜２１４は金属プラグ１１２により被覆される。このため、メタル膜２１４から形成される上層配線層２１６は、金属プラグ１１２を介して下層配線層１０２に電気的に安定して接続された状態となる。
【００４３】
また、記録ヘッド用基板３４では、ビアホール１０６を形成後に成膜するメタル膜２１４をパターニングして上層配線層２１６としている。このため、メタル膜１１４と上層配線層１１６とを別工程で成膜していた記録ヘッド用基板１３４と比較して、製造工程数を削減することができる。
【００４４】
次に、上層配線層２１６として、薄膜に形成されることが求められる温度検知素子および発熱抵抗素子が形成される記録ヘッド用基板３４の形成方法について詳細に説明する。なお、温度検知素子とは、発熱抵抗素子によるインクの吐出が正常になされて否かを判断するための温度情報を検知するための素子である。
【００４５】
（温度検知素子の構成）
まず、上層配線層２１６として温度検知素子を構成する場合について説明する。温度検知素子については、例えば、特開２００７−２９０３６１号公報に開示されている。即ち、特開２００７−２９０３６１号公報では、吐出エネルギー発生素子としてのヒータ（発熱抵抗素子）がシリコン基板上に形成され、ヒータ直下には層間絶縁膜を介して薄膜の温度検知素子を形成するようにした技術が開示されている。また、特開２００７−２９０３６１号公報に開示された技術では、温度検出回路により各温度検知素子から温度情報を検出し、吐出不良による温度変化と正常にインクを吐出した時の温度変化とを比較し、インクの吐出が正常であるか否かを判断するようにしている。なお、温度検知は、温度変化に応じた温度検知素子の電気抵抗値の変化をモニタすることで行われている。
【００４６】
こうした温度検知素子は、薄膜で熱容量が小さいことが好ましい。この理由としては、温度検知素子は、発熱抵抗素子の直下に配置されるため、厚膜で熱容量が大きいと、発熱抵抗素子を駆動した際の熱が温度検知素子に吸収されてしまう。これにより、発熱抵抗素子の温度上昇が妨げられ、吐出効率が低下してしまう。また、温度検知素子の熱容量が大きい場合、温度検知素子自体が温度変化し難くなり、センサとしての応答性や感度が低下するため、良好な検知特性が得られなくなる。
【００４７】
以上の理由から、温度検知素子は、薄膜で熱容量が小さいことが好ましく、吐出効率の低下を招かない範囲で発熱抵抗素子の近傍に配置されることが好ましい。このため、例えば、温度検知用の薄膜抵抗層を用いた温度検知素子に対し、金属プラグを用いて下層に位置する配線層と接続し、上面に平坦化された層間絶縁膜を介して発熱抵抗素子を配置する構成が有効となる。
【００４８】
なお、温度検知素子では、一定の電流を流して両端電圧を捉えることで温度検知素子の電気抵抗値をモニタして温度を検知する構成となっている。このため、温度感度を向上させるには、発熱抵抗素子の直下に位置する温度を検知するための領域において、その抵抗が、引き回しの配線部の配線抵抗よりも十分に大きいことが望ましい。このため、当該領域では、線状パターンを複数折り返した構成として、抵抗を稼ぐようにしてもよい。
【００４９】
また、上記領域では、温度変化に対応して電気抵抗が変化する特性が求められる。こうした特性の度合いは抵抗温度係数（ＴＣＲ：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）で示される。ＴＣＲの値が大きいほど、温度変化を検知する感度が高いことを示す。一般的に、半導体製造に用いられる金属は、薄膜に成形された状態では、バルク状態のときよりもＴＣＲが小さくなる。
【００５０】
本実施形態では、温度検知素子としての上層配線層に用いる金属として、チタンを用いる。チタンは、数百ｎｍオーダーの薄膜においてもＴＣＲが２０００ｐｐｍ／Ｋ以上と高い。このため、チタン薄膜は高いセンサ特性を有することとなる。
【００５１】
通常、上層配線層と下層配線層とを金属プラグにより接続する場合において、チタン膜は、層間絶縁膜にビアホールを開口後に下層配線層との電気接続性を得るためのコンタクトメタルとして一般的に用いられる材料である。なお、コンタクトメタル上には拡散防止膜として窒化チタン膜が成膜される。
【００５２】
本実施形態では、温度検知素子としての上層配線層を形成するメタル膜として、チタン膜と窒化チタン膜との積層膜を用いるようにしてもよい。窒化チタン膜は、ＴＣＲが低いが、チタン膜に対して比抵抗が高い。このため、上記積層膜に対して電流を印加した場合にはより抵抗が低いチタン膜に電流が流れることとなる。また、上記積層膜を用いた場合には、チタン膜が高いＴＣＲを示すため、温度検知素子としてはより優れたチタン膜の特性が支配的に表れる。
【００５３】
また、チタン膜と窒化チタン膜との積層膜を用いる場合、チタン膜の高いＴＣＲを温度検知素子として利用するため、窒化チタン膜の膜厚に対してチタン膜の膜厚を厚くすることが好ましい。なお、この場合、抵抗が低くなるため、線状パターンを複数折り返す構成とするなどして抵抗を稼ぐようにしてもよい。
【００５４】
上層配線層を形成するメタル膜の成膜時の条件を最適化することで、同じ膜厚でも高いＴＣＲを示すように成膜することができる。従って、温度検知素子としての上層配線層に用いる金属としては、チタンのほか、タングステン、アルミ、ニッケル、白金などを用いることができる。また、上層配線層は、メタル膜に換えて、タングステン窒化珪素膜、タンタル窒化珪素膜を用いるようにしてもよい。タングステン窒化珪素膜およびタンタル窒化珪素膜は、金属膜とは異なりＴＣＲはマイナスを示し、温度が上昇するほど抵抗が低くなる特性であるが、こうした特性を利用して温度検知素子として用いることができる。
【００５５】
（温度検知素子の形成）
次に、記録ヘッド用基板３４における温度検知素子の形成方法について説明する。
【００５６】
シリコン基板１００上に、公知の半導体製造技術を用いて形成したＭＯＳ駆動回路やロジック回路に接続される下層配線層１０２を形成するメタル膜を成膜する。このメタル膜は、アルミ（Ａｌ）に銅（Ｃｕ）を１．０ａｔ．％添加したアルミ−銅合金を用い、アルゴンガスを用いた２極直流スパッタリング成膜により基板１００上に成膜する。
【００５７】
次に、メタル膜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技術によりメタル膜上に形成した。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１００（メタル膜）上にスピン塗布してレジスト膜を成膜する。そして、このレジスト膜に対して、配線パターンが描画されたフォトマスクを介してｉ線露光を行い、アルカリ現像液を用いて現像することでメタル膜上にレジストパターンを形成する。
【００５８】
その後、メタル膜においてレジストパターンでマスクされていない領域を、ドライエッチングにより除去して所定のパターンの下層配線層１０２を形成する。具体的には、エッチングガスとして塩素ガスを用い、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）によりメタル膜を異方性エッチングする。その後、酸素ガスを導入してレジストパターンをプラズマアッシングにより除去する。
【００５９】
続いて、下層配線層１０２が形成された基板１００の一方の面に対して、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）とシラン（ＳｉＨ4）とを原料ガスに用いたプラズマＣＶＤ法により、層間絶縁膜１０４としてシリコン酸化膜を成膜する。このとき、バイアススパッタの要素を重畳させたＨＤＰ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｌａｓｍａ）酸化膜も下層部に併用してシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０４を成膜した。これにより、下層配線層１０２におけるパターン間の微細な隙間にも空隙なくシリコン酸化膜を埋め込むことができるようになる。
【００６０】
次に、シリカ粒子を含むアルカリ溶液をスラリーとして用いた酸化膜ＣＭＰ法によってシリコン酸化膜（層間絶縁膜１０４）を研磨して、層間絶縁膜１０４の表面１０４ａを平坦化する（図４（ａ）に相当）。続いて、層間絶縁膜１０４の金属プラグ１１２を形成する箇所にビアホール１０６を形成するために、フォトリソグラフィ技術によりビアホール１０６部分が開口したレジストパターンを形成する。この工程で用いられるフォトリソグラフィ技術は、例えば、上記した下層配線層１０２を形成する際に用いた技術でもよいし、他の公知の技術を用いてもよい。
【００６１】
そして、四フッ化炭素（ＣＦ4）をエッチングガスとして用いた誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）リアクティブイオンエッチングによって層間絶縁膜１０４にビアホール１０６を形成した。その後、酸素ガスを導入して、レジストパターンをプラズマアッシングにより除去する（図４（ｂ）に相当）。
【００６２】
その後、層間絶縁膜１０４の表面１０４ａおよびビアホール１０６内にメタル膜２１４を形成する。即ち、アルゴンガスを用いたロングスロー方式の直流スパッタリング成膜によって、チタン膜および窒化チタン膜を積層した積層膜を成膜する（図４（ｃ）に相当）。なお、積層膜は、エッチバックプロセスに対して耐性のある窒化チタン膜を、チタン膜上に積層する構成とすることにより、金属プラグ１１２を形成する際のエッチバック時のダメージに対応している。続いて、原料ガスとして六フッ化タングステン（ＷＦ6）を用いて、減圧ＣＶＤ法により、金属プラグ材料１１０としてタングステン膜をビアホール１０６内が十分に埋まる膜厚でブランケット成膜する（図４（ｄ）に相当）。
【００６３】
次に、六フッ化硫黄（ＳＦ6）をエッチングガスとしてプラズマエッチングによって、ビアホール１０６内に埋め込まれた金属プラグ材料１１０（タングステン膜）を残し、それ以外の金属プラグ材料１１０を除去する。これにより、ビアホール１０６内に金属プラグ１１２が形成される（図４（ｅ）に相当）。なお、この処理では、メタル膜２１４は除去されず、層間絶縁膜１０４上（絶縁膜上）に残される。
【００６４】
その後、フォトリソグラフィ技術を用いてメタル膜２１４上（金属膜上）にレジストマスクを形成する。そして、ドライエッチングによりレジストマスクが被覆されていない領域のメタル膜２１４を除去し、プラズマアッシングによりレジストマスクを除去することで上層配線層２１６を形成する（図４（ｆ）に相当）。なお、フォトリソグラフィ技術としては、例えば、上記した下層配線層１０２を形成する際に用いた技術でもよいし、他の公知の技術を用いてもよい。
【００６５】
（発熱抵抗素子の構成）
次に、上層配線層２１６として発熱抵抗素子４８を構成する場合について説明する。発熱抵抗素子を駆動させるために必要な駆動電流を抑制するためには、発熱抵抗素子の抵抗を大きくすることが望ましい。このため、発熱抵抗素子を薄膜に形成することが好ましく、一般的に、発熱抵抗素子は数十ナノメートル程度で形成される。また、発熱抵抗素子は、繰り返して駆動されるため発熱抵抗素子自体の昇温、降温は急峻であることが望ましい。このため、発熱抵抗素子は、薄膜抵抗体で構成し、熱容量は極力小さく抑えることが好ましい。
【００６６】
発熱抵抗素子としては、タンタル窒化珪素あるいはタングステン窒化珪素など、高温環境でも安定した抵抗特性を示す材料を用いることができる。これらの材料は発熱抵抗素子として使用されるが、ビアホール開口後に成膜するメタル膜（バリアメタル）としても使用可能な材料である。即ち、上層配線層としての発熱抵抗素子を、タンタル窒化珪素を用いてバリアメタルを兼ねて構成するようにしてもよい。
【００６７】
（発熱抵抗素子の形成）
次に、記録ヘッド用基板３４における発熱抵抗素子の形成方法について説明する。
【００６８】
まず、シリコン基板１００上に形成された下層配線層１０２上に層間絶縁膜１０４を形成し（図４（ａ）に相当）、層間絶縁膜１０４に下層配線層１０２に達するビアホール１０６を形成する（図４（ｂ）に相当）。なお、ここまでの処理については、上記した温度検知素子の形成工程と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００６９】
次に、層間絶縁膜１０４の表面１０４ａおよびビアホール１０６内にメタル膜２１４を形成する。即ち、アルゴンガスと窒素とを反応ガスとして用いた反応性スパッタリング成膜によって、タンタル窒化珪素膜を成膜する（図４（ｃ）に相当）。続いて、原料ガスとして六フッ化タングステン（ＷＦ6）を用いて、減圧ＣＶＤ法により、金属プラグ材料１１０としてタングステン膜をビアホール１０６内が十分に埋まる膜厚でブランケット成膜する（図４（ｄ）に相当）。
【００７０】
その後、六フッ化硫黄（ＳＦ6）をエッチングガスとしてプラズマエッチングによって、ビアホール１０６内に埋め込まれた金属プラグ材料１１０（タングステン膜）を残し、それ以外の金属プラグ材料１１０を除去する。これにより、ビアホール１０６内に金属プラグ１１２が形成される（図４（ｅ）に相当）。なお、この処理では、メタル膜２１４は除去されず、層間絶縁膜１０４上に残される。
【００７１】
続いて、フォトリソグラフィ技術を用いてメタル膜２１４上にレジストマスクを形成する。そして、ドライエッチングによりレジストマスクが被覆されていない領域のメタル膜２１４を除去し、プラズマアッシングによりレジストマスクを除去することで上層配線層２１６を形成する（図４（ｆ）に相当）。なお、フォトリソグラフィ技術としては、例えば、上記した下層配線層１０２を形成する際に用いた技術でもよいし、他の公知の技術を用いてもよい。
【００７２】
以上において説明したように、記録ヘッド用基板３４では、下層配線層１０２に達するビアホール１０６が形成された層間絶縁膜１０４およびビアホール１０６内に成膜される薄膜のメタル膜２１４を上層配線層２１６とした。そして、ビアホール１０６内のメタル膜２１４（上層配線層２１６）の上に金属プラグ１１２を形成するようにした。
【００７３】
これにより、段差部分への被覆性が低いスパッタリングによりメタル膜２１４が薄膜で成膜されても、ビアホール１０６内のメタル膜２１４は、金属プラグ１１２により被覆されている。即ち、適正にメタル膜２１４が成膜されていない虞のある段差部分は、金属プラグ１１２により被覆されている。このため、メタル膜２１４から形成される上層配線層２１６は、下層配線層１０２と電気的に安定して接続された状態となる。従って、本発明によれば、薄膜で形成されることが求められる発熱抵抗素子および温度検知素子について、駆動回路などの配線層と電気的に安定して接続することができるようになる。
【００７４】
また、バリアメタルなどのメタル膜を上層配線層として利用しているため、メタル膜と上層配線層とを別々に形成する場合と比較して、工程数が減少し、製造コストを抑制することができる。
【００７５】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態は、以下の（１）乃至（３）に示すように変形してもよい。
【００７６】
（１）上記実施形態では、特に記載しなかったが、記録ヘッド用基板３４では温度検知素子および発熱抵抗素子の両方について、上層配線層２１６上（第２配線層上）に金属プラグ１１２を形成する構成するようにしてもよい。
【００７７】
図５（ａ）は、記録ヘッド用基板３４における吐出口４６に対応して設けられた温度検知素子および発熱抵抗素子を示す図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の温度検知素子を、線状パターンが折り返す構造とした図である。図６は、図５（ａ）のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【００７８】
まず、上記実施形態に記載した方法により温度検知素子５０を形成する。次に、温度検知素子５０の上層に、層間絶縁膜を成膜し、ＣＭＰ法により層間絶縁膜の上面を平坦化する。その後、上記実施形態に記載した方法により発熱抵抗素子４８を形成する。そして、シリコン窒化膜などのパッシベーション膜、タンタルなどの耐キャビテーション膜などの保護膜２００を形成して記録ヘッド用基板３４が作製されることとなる。
【００７９】
その後、記録ヘッド用基板３４上に、フォトリソグラフィ技術を用いて、感光性樹脂により流路形成部材３６を形成する。このとき、圧力室３８および吐出口４６が形成される。さらに、シリコン異方性エッチングなどを用いて、基板の裏面、つまり、記録ヘッド用基板３４の他方の面３４ｂからインクを供給するためのインク供給口４０を形成することとで記録ヘッド２６が作製される。
【００８０】
（２）上記実施形態では、記録ヘッドユニット１６は、インクタンク２８が一体化されるようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、記録ヘッド２６とインクタンク２８とを別々に構成するようにしてもよい。これにより、インクタンク２８内のインクがなくなったときに、インクタンク２８のみを交換することができる。また、例えば、記録ヘッド２６とインクタンク２８とが離間した位置に配置され、これらの間をチューブなどを介して接続して、インクタンク２８から記録ヘッド２６に対してインクを供給するようにしてもよい。上記実施形態では、記録装置１０は、キャリッジ１４を介して記録ヘッドユニット１６が走査方向に移動しながら記録するシリアルスキャン方式としたが、これに限定されるものではない。即ち、記録媒体の全幅に対応した範囲に亘って延在する記録ヘッドにより記録するフルライン方式としてもよい。
【００８１】
（３）上記実施形態では、メタル膜２１４（上層配線層２１６）の材料として、チタンおよび窒化チタンを用いるようにしたが、これに限定されるものではない。即ち、タンタルおよび窒化タンタルを用いるようにしてもよい。この場合、メタル膜２１４は、タンタル膜と窒化タンタル膜との積層膜となる。また、上記実施形態では、メタル膜２１４を薄膜で成膜するようにしたが、これに限定されるものではない。即ち、メタル膜２１４を３００ｎｍよりも厚い膜で成膜するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
３４  記録ヘッド用基板
１０２  下層配線層
１０４  層間絶縁膜
１０６  ビアホール
１１２  金属プラグ
２１６  上層配線層
【図１】
2020049685.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020049685.tif 000007
【図６】
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