(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発熱抵抗体が形成された発熱素子基板と、前記発熱抵抗体に対応して液体の流路が形成された流路基板とが接合された液体噴射記録装置において、前記発熱素子基板には、前記発熱抵抗体と、１ないし複数の絶縁膜が積層され、前記発熱抵抗体の発熱領域上部の前記絶縁膜を除去してピットとして開口させ、該ピットの凹部を覆うように耐液体層が形成され、さらに上層に樹脂層が形成されて前記ピット部分が除去されており、前記絶縁膜を除去して形成する前記ピットは、前記発熱抵抗体の配列方向において前記発熱抵抗体より外側に前記ピットの側壁が配設されていることを特徴とする液体噴射記録装置。
【請求項２】
複数の液体流路と、前記各液体流路の途中に凹部として形成されたピットと、該ピットの底面に設けられた発熱抵抗体を有する液体噴射記録装置において、前記発熱抵抗体は、前記液体流路の配列方向の端部に高抵抗化された領域が形成されており、前記ピットは、前記液体流路の配列方向の側壁が前記発熱抵抗体の前記高抵抗化された領域の上に配置されていることを特徴とする液体噴射記録装置。
【請求項３】
複数の発熱抵抗体が形成された発熱素子基板と、前記発熱抵抗体に対応して液体の流路が形成された流路基板とが接合された液体噴射記録装置において、前記発熱素子基板には、前記発熱抵抗体と、１ないし複数の絶縁膜が積層され、前記発熱抵抗体の発熱領域上部の前記絶縁膜を除去してピットとして開口させ、該ピットを覆うように耐液体層が形成され、さらに上層に樹脂層が形成されて前記ピット部分が除去されており、前記発熱抵抗体は、前記液体流路の配列方向の端部に高抵抗化された領域が形成されており、前記ピットは、前記発熱抵抗体の配列方向の側壁が前記発熱抵抗体の前記高抵抗化された領域の上に配置されていることを特徴とする液体噴射記録装置。
【請求項４】
前記絶縁膜を除去した開口は、ドライエッチング法で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の液体噴射記録装置。
【請求項５】
前記発熱抵抗体は、多結晶Ｓｉであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の液体噴射記録装置。
【請求項６】
前記発熱抵抗体は、多結晶Ｓｉであり、前記発熱抵抗体の前記高抵抗化された領域は、イオン注入法で不純物を導入することによって形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液体噴射記録装置。
【請求項７】
前記不純物は、ボロンであることを特徴とする請求項６に記載の液体噴射記録装置。
【請求項８】
Ｓｉ基板上に発熱抵抗体を形成した後に層間絶縁膜を形成し、前記発熱抵抗体の両端に接続口となるスルーホールを形成した後に金属配線層を形成し、続いて金属配線層の表面保護膜を形成し、その後ホトリソグラフィー法とドライエッチング法を用いて前記発熱抵抗体の発熱領域上の前記層間絶縁膜及び前記表面保護膜を除去してピットとして開口させ、このとき前記発熱抵抗体の配列方向において前記発熱抵抗体より外側に前記ピットとして開口させた前記層間絶縁膜及び前記表面保護膜の側壁が配設されるようにし、少なくとも該開口を耐液体層で覆い、さらに液体流路を形成するための樹脂層を形成して前記発熱抵抗体配列方向において端部が前記発熱抵抗体よりも外側となるように前記樹脂層を開口して発熱素子基板を形成し、前記発熱抵抗体に対応する液体の流路を形成した流路基板と接合して液体噴射記録装置を製造することを特徴とする液体噴射記録装置の製造方法。
【請求項９】
Ｓｉ基板上に発熱抵抗体を形成した後に第１の層間絶縁膜を形成し、前記発熱抵抗体の両端に接続口となる第１のスルーホールを形成した後に第１の金属配線層を形成し、続いて第２の層間絶縁膜を形成し、前記第１の金属配線層との接続口となる第２のスルーホールを形成した後に第２の金属配線層を形成し、続いて第２の金属配線層の表面保護膜を形成し、その後ホトリソグラフィー法とドライエッチング法を用いて前記発熱抵抗体の発熱領域上の前記第１の層間絶縁膜と前記第２の層間絶縁膜と前記表面保護膜を除去してピットとして開口させ、このとき前記発熱抵抗体の配列方向において前記発熱抵抗体より外側に前記ピットとして開口させた前記第１の層間絶縁膜と前記第２の層間絶縁膜と前記表面保護膜の側壁が配設されるようにし、少なくとも該開口を耐液体層で覆い、さらに液体流路を形成するための樹脂層を形成して前記発熱抵抗体配列方向において端部が前記発熱抵抗体よりも外側となるように前記樹脂層を開口して発熱素子基板を形成し、前記発熱抵抗体に対応する液体の流路を形成した流路基板と接合して液体噴射記録装置を製造することを特徴とする液体噴射記録装置の製造方法。
【請求項１０】
前記樹脂層は、前記ピットの前記発熱抵抗体の配列方向の側壁を覆うように形成することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の液体噴射記録装置の製造方法。
【請求項１１】
Ｓｉ基板上に、その配列方向の端部に高抵抗化された領域を設けた発熱抵抗体を形成し、続いて層間絶縁膜を形成し、前記発熱抵抗体の両端に接続口となるスルーホールを形成した後に金属配線層を形成し、続いて金属配線層の表面保護膜を形成し、その後ホトリソグラフィー法とドライエッチング法を用いて前記発熱抵抗体の発熱領域上をピットとして開口させ、このとき前記発熱抵抗体の配列方向において前記発熱抵抗体の前記高抵抗化された領域上に前記ピットの側壁が配設されるようにし、少なくとも該開口を耐液体層で覆い、さらに樹脂層を形成して発熱素子基板を形成し、前記発熱抵抗体に対応する液体の流路を形成した流路基板と接合して液体噴射記録装置を製造することを特徴とする液体噴射記録装置の製造方法。
【請求項１２】
Ｓｉ基板上に、その配列方向の端部に高抵抗化された領域を設けた発熱抵抗体を形成し、続いて第１の層間絶縁膜を形成し、前記発熱抵抗体の両端に接続口となる第１のスルーホールを形成した後に第１の金属配線層を形成し、続いて前記第２の層間保護膜を形成し、前記第１の金属配線層との接続口となる第２のスルーホールを形成した後に第２の金属配線層を形成し、続いて第２の金属配線層の表面保護層を形成し、その後ホトリソグラフィー法とドライエッチング法を用いて前記発熱抵抗体の発熱領域上をピットとして開口させ、このとき前記発熱抵抗体の配列方向において前記発熱抵抗体の前記高抵抗化された領域上に前記ピットの側壁が配設されるようにし、少なくとも該開口を耐液体層で覆い、さらに液体流路を形成するための樹脂層を形成して前記発熱抵抗体配列方向において端部が前記発熱抵抗体よりも外側となるように前記樹脂層を開口して発熱素子基板を形成し、前記発熱抵抗体に対応する液体の流路を形成した流路基板と接合して液体噴射記録装置を製造することを特徴とする液体噴射記録装置の製造方法。
【請求項１３】
前記発熱抵抗体は多結晶Ｓｉであり、該多結晶Ｓｉにイオン注入法で不純物を導入することによって前記高抵抗化された領域を形成することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の液体噴射記録装置の製造方法。
【請求項１４】
前記不純物としてボロンを前記多結晶Ｓｉに導入し、前記高抵抗化された領域を形成することを特徴とする請求項１３に記載の液体噴射記録装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体流路内に保持された液体に熱エネルギーを印加し、液体中に発生する気泡の成長時の圧力により液体を噴射して記録を行うサーマルタイプの液体噴射記録装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１９は、サーマルタイプの液体噴射記録装置における液体噴射過程の一例の説明図である。図中、１は流路基板、２は液体流路、３は発熱素子基板、４は個別電極、５は共通電極、６は発熱抵抗体、７は樹脂層、８はピット、９はノズル、１０は液体、１１は気泡、１２は液滴である。流路基板１には、液体流路２となる多数の溝が形成される。また発熱素子基板３には、発熱抵抗体６と、その発熱抵抗体６に電気エネルギーを供給するための個別電極４および共通電極５が形成され、その上に樹脂層７が形成される。樹脂層７は、少なくとも発熱抵抗体６の上部が除去され、ピット８が形成される。そして流路基板１と発熱素子基板３が位置合わせ後、接合されて液体噴射記録装置が形成されている。この接合によって液体流路２が形成され、その端部がノズル９となる。また、液体流路２には図示しない液体供給手段から液体１０が供給される。
【０００３】
図１９（Ａ）に示すように、液体流路２に液体１０が供給されている状態において、外部から与えられる画像信号に基づき、駆動すべき発熱抵抗体６に対して個別電極４および共通電極５により電気エネルギーを供給する。発熱抵抗体６は、与えられた電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、液体流路２中の液体１０を加温する。液体流路２内では、液体１０が急激に沸騰し、図１９（Ｂ）に示すように気泡１１が発生する。発生した気泡１１は液体流路２内で急速に成長する。このときの気泡１１の成長時の圧力によって、液体流路２内の液体１０は両側に押しやられ、図１９（Ｃ）に示すように一方はノズル９から押し出される。
【０００４】
発熱抵抗体６による液体１０の加熱終了後、図１９（Ｄ）に示すように気泡１１は縮小し、液体流路２内の液体は発熱抵抗体６へと引かれる方向に力を受ける。しかし、ノズル９から押し出された液体１０は慣性力によってそのまま移動を続ける。そして一部が液体流路２内の液体１０からちぎれ、図１９（Ｅ）に示すように液滴１２として飛翔する。飛翔した液滴１２は、紙などの図示しない被記録媒体に付着し、被記録媒体上に記録画素を形成する。
【０００５】
図２０は、従来のサーマルタイプの液体噴射記録装置において発熱素子基板上に形成される発熱抵抗体を含む電気回路の概略を示す平面図である。図中、２１は駆動素子、２２は接地電極である。発熱抵抗体６は、発熱素子基板３上に多数配列されている。各発熱抵抗体６には、これらに対して個別に駆動エネルギーを伝達するための個別電極４と、通常、電源電極配線として機能する共通電極５が接続されている。
【０００６】
個別電極４は、それぞれの発熱抵抗体６を駆動制御するための駆動素子２１に接続されている。また駆動素子２１の端部にも共通の配線が接続され、通常、接地電極２２として機能する。また、駆動素子２１には図示しない信号線が接続されており、この信号線を介して画像情報に応じた駆動素子２１のＯＮ／ＯＦＦ信号が送られる。信号線を介してＯＮ信号が駆動素子２１に与えられると、駆動素子２１がＯＮ状態となり、このＯＮ状態になった駆動素子２１に接続されている発熱抵抗体６に電流が流れ、発熱抵抗体６が発熱することになる。
【０００７】
発熱抵抗体６の材料としてどのような材料を用いるかは、各種検討されている。その中で多結晶Ｓｉは、通常のＭＯＳＬＳＩプロセスのゲート電極材料として用いられるため、ＬＳＩロジック回路を搭載した液体噴射ヘッドにおいては、駆動素子２１などのＬＳＩのゲート電極と発熱抵抗体６の材料の共通化が可能である。そのため、製造工程を簡略化でき、ひいては低コストでヘッドを作製できるという利点があり、検討されてきた。例えば特公平７−６４０７２号公報などにも記載されている。また、多結晶Ｓｉの抵抗値はｎ型あるいはｐ型の不純物イオン（ドナーもしくはアクセプタ）の注入量で規定されるため、抵抗値の調整が容易でしかも制御性が高いという特長もある。
【０００８】
図２１は、従来の液体噴射記録装置の一例を示す流路方向の断面図、図２２は、発熱抵抗体部の一例を示す拡大平面図、図２３は、同じく発熱抵抗体部の一例を示す流路配列方向の断面図である。図中、３１は発熱抵抗体部、３２は発熱部多結晶Ｓｉ、３３は低抵抗多結晶Ｓｉ、３４はゲート電極、３５はソース／ドレイン拡散層、３６は層間絶縁膜、３７はコンタクトホール、３８は金属配線層、３９はボンディングパッド、４０は耐液体層、４１は表面保護膜、４２は樹脂層、４３はバイパス流路、４４はフィールド酸化膜、４５はロジック回路領域、４６は液体供給口、４７はリザーバである。なお、図２１は図２３におけるＡ−Ａ’断面図、図２２は図２３におけるＢ−Ｂ’断面図である。
【０００９】
発熱素子基板３となるＳｉ基板上に、多結晶Ｓｉからなる発熱抵抗体部３１と、その発熱抵抗体部３１に電力を供給する駆動素子２１と、画像情報の信号処理を行うロジック回路領域４５をＬＳＩプロセスを用いて形成している。
【００１０】
発熱抵抗体部３１は、発熱部多結晶Ｓｉ３２の領域と低抵抗多結晶Ｓｉ３３の領域とから構成されている。発熱部多結晶Ｓｉ３２の領域は主に発熱領域を規定する。一方、発熱部多結晶Ｓｉ３２の流路方向の両側に形成されている低抵抗多結晶Ｓｉ３３の領域は、高抵抗の発熱領域に電力を供給するための領域であり、この領域での発熱を極力避けるため、低抵抗化している。この領域でたとえ十分な発熱量があっても、その上部に層間絶縁膜３６があるため液体に伝わる熱エネルギーは小さくなる。そのため、この低抵抗多結晶Ｓｉ３３の領域は、余分なエネルギーロスを小さくするという点からあらかじめ多結晶Ｓｉに高濃度の不純物イオンを注入し、抵抗を十分に下げている。
【００１１】
その後、層間絶縁膜３６を形成し、コンタクトホール３７を形成した後、金属配線層３８を形成し、パターニングして共通電極５，個別電極４，接地電極２２などの配線を行う。このとき、コンタクトホール３７を介して共通電極５，個別電極４と発熱抵抗体部３１の低抵抗多結晶Ｓｉ３３の領域とが電気的に接続される。さらに表面保護膜４１を形成した後、発熱領域の上部を例えばドライエッチングによって開口させ、ピット８を形成する。その後、少なくともピット８を覆うように、耐液体層４０としてＳｉ窒化膜とＴａ膜をこの順で形成する。この耐液体層４０は、バイパス流路４３の下部を越えて延在させておく。最後に樹脂層４２を形成する。このとき、ピット８およびバイパス流路４３の部分を除去する。このようにして、発熱素子基板３が作製される。
【００１２】
上述のように、ピット８を開口する際には、層間絶縁膜３６および表面保護膜４１の２層をエッチング除去する。このとき形成される開口の位置を、図２２において太い点線で示している。図２１および図２２からわかるように、ピット８の端部は、液体流路の延在方向については低抵抗多結晶Ｓｉ３３の上部にくるように配設されている。また、樹脂層４２の開口の端部は、層間絶縁膜３６および表面保護膜４１に形成した開口の端部よりも外側にくるように配設している。この樹脂層４２の開口を図２２において太い破線で示している。また、図２２および図２３に示すように、ピット８の発熱抵抗体配列方向の端部は、発熱部多結晶Ｓｉ３２の上部に位置している。また、樹脂層４２の開口の端部は、液体流路の延在方向と同様に、層間絶縁膜３６および表面保護膜４１に形成した開口の端部よりも外側にくるように配設している。
【００１３】
このような構成をとることにより、気泡の発生に寄与する発熱領域は、液体流路の延在する方向では発熱部多結晶Ｓｉ３２の端部で規定される。また、発熱抵抗体配列方向では層間絶縁膜３６および表面保護膜４１に形成した開口の端部で規定されることになる。
【００１４】
このような構造（レイアウト）を有する液体噴射記録装置を用いて記録を続けると、実験では２×１０８  回程度の駆動で発熱抵抗体部３１の破壊が生じた。解析の結果、ピット８の発熱抵抗体配列方向側の側壁と底面との角部を基点に、耐液体層４０の構成材料であるＴａ膜が剥がれ、続いてやはり耐液体層４０の構成材料でありＴａ層の下層に位置するＳｉ窒化膜と、発熱抵抗体の構成材料である多結晶Ｓｉを液体が侵食し、断線に至らしめることがわかった。このＴａ膜の剥離による故障の原因としては、▲１▼発熱抵抗体の発熱に起因する熱ストレス（熱膨張）、▲２▼ピット８の段差による膜ストレス増大効果、▲３▼気泡の膨張および収縮による圧力衝撃、などの相乗効果により、耐液体層４０の構成材料であるＴａ膜が剥離するためと考えられる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ピット８の端部からのＴａ膜の剥離に起因する故障を低減した高信頼性（長寿命）のサーマルタイプの液体噴射記録装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、絶縁膜を除去して形成したピットの液体流路の配列方向側の側壁を、発熱抵抗体より外側に配置したことを特徴とするものである。これによって、絶縁膜を除去して形成したピットとなる開口の発熱抵抗体配列方向側の側壁と底面との角部は、発熱領域からはずれるため、熱ストレスを低減することができる。そのため、そのピットの凹部を覆うように形成される耐液体層の剥離を防止し、故障を低減して信頼性を向上させることができる。さらに、絶縁膜を除去して形成したピットの液体流路の配列方向側の側壁を発熱抵抗体からはずすことによって、ピットの発熱抵抗体配列方向側の側壁と底面との角部はへこみ、発熱抵抗体の陰に隠れるため、気泡の成長および収縮時の圧力衝撃を受けにくくなる。そのため、耐液体層の剥離を防止することができ、さらに故障を低減して寿命を延ばし信頼性を向上させることができる。
【００１７】
また本発明は、発熱抵抗体の液体流路の配列方向の端部に高抵抗化された領域を形成しておき、ピットの液体流路の配列方向の側壁を、その発熱抵抗体の高抵抗化された領域の上に配置したことを特徴とするものである。このように構成した場合も、高抵抗化された領域は電流が通らず発熱しないので、ピットの発熱抵抗体配列方向側の側壁と底面との角部は発熱領域からはずれ、熱ストレスを低減することができる。そのため、耐液体層の剥離を防止し、故障を低減して寿命を延ばし、信頼性を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す発熱抵抗体配列方向の断面図、図２は、同じく発熱抵抗体付近の拡大平面図である。図中、図１９ないし図２３と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。４８，４９は段差部である。なお、図１は図２におけるＢ−Ｂ’断面図である。図２におけるＡ−Ａ’断面図は、上述の図２１と同じである。
【００１９】
この第１の実施の形態では、層間絶縁膜３６および表面保護膜４１をドライエッチングによって除去しピット８を開口させる際に、開口を発熱抵抗体配列方向に発熱抵抗体部３１の外側まで広げている。すなわち、図２に太い点線で示す領域を除去し、開口させる。これによって、ピット８を覆うようにして形成される耐液体層４０は、発熱抵抗体部３１の外側で凹部を形成する。この凹部には段差部４８および段差部４９が存在する。段差部４８は、層間絶縁膜３６および表面保護膜４１の断面を覆う面と底面とから形成される。従来はこの部分において、表面保護膜４１のＴａ層が剥離していた。しかし、このような構成では、発熱抵抗体部３１の発熱部である発熱部多結晶Ｓｉ３２の領域からはずれているので、発熱部で発生する熱による熱ストレスを低減することができる。また、この段差部４８は凹部の奥に位置するため、気泡の膨張および収縮による圧力衝撃も受けにくい。
【００２０】
さらにこの例では、樹脂層４２の端部が発熱抵抗体部３１と層間絶縁膜３６および表面保護膜４１の端部の間にくるように配設している。すなわち、図１に示すように樹脂層４２の端部が段差部４８と段差部４９の間にくるように形成している。樹脂層４２の開口を図２において太い破線で示している。これにより、段差部４８を樹脂層４２によって覆っている。このように構成することにより、気泡の膨張および収縮による圧力衝撃から段差部４８を保護することができる。また、樹脂層４２と耐液体層４０との接合端部は発熱抵抗体部３１より低い凹部に位置するため、気泡の膨張および収縮による圧力衝撃も受けにくく、樹脂層４２の剥離も低減できる。なお、樹脂層４２によって段差部４８を覆わない構成であってもよい。
【００２１】
また、段差部４９は、発熱抵抗体部３１の側壁を覆う面と底面とから形成される。この段差部４９は、図１に示すように実際には段差角度が９０゜より大きくなる。そのため、段差部４９にかかる膜ストレス増大効果は緩和される。またこの段差部４９は、気泡の発生領域である発熱抵抗体部３１の中央部から見て発熱部多結晶Ｓｉ３２の陰にあたるため、気泡の膨張収縮時の圧力衝撃も緩和される。
【００２２】
このように、各段差部４８，４９とも、熱ストレスや膜ストレス、気泡の膨張収縮時の圧力衝撃などが緩和されるので、耐液体層４０の剥離などが発生せず、故障を低減して寿命を延ばし、信頼性を向上させることができる。このような構造をもつ液体噴射記録装置を実際に試作し、記録寿命の評価を実施した結果、６×１０８  回の駆動回数以上の寿命を有することを確認した。
【００２３】
図３は、本発明の第１の実施の形態の変形例を示す発熱抵抗体配列方向の断面図、図４は、同じく発熱抵抗体付近の拡大平面図である。図中の符号は図１，図２と同様である。図３は図４におけるＢ−Ｂ’断面図である。図４におけるＡ−Ａ’断面図は、上述の図２１と同じである。
【００２４】
図１，図２に示した例では、各発熱抵抗体部３１ごとに、層間絶縁膜３６および表面保護膜４１を除去し、ピット８を開口させた。この変形例では、すべての発熱抵抗体部３１について一括開口させた例を示している。層間絶縁膜３６および表面保護膜４１に形成される開口は、発熱抵抗体配列方向に延在する帯状の開口として形成される。耐液体層４０を少なくともこの帯状の開口を覆うように形成した後、樹脂層４２によって各ピット８を分離している。このとき、樹脂層４２の発熱抵抗体配列方向の開口端部を、発熱抵抗体部３１よりも外側に配設する。
【００２５】
このような構成では、発熱抵抗体配列方向については、層間絶縁膜３６および表面保護膜４１の端面がないので、図１に見られるような段差部４８を排除することができる。そのため、この部分における耐液体層４０の剥離などの発生を防止することができる。これによって故障を低減して寿命を延ばし、信頼性を向上させることができる。
【００２６】
図５〜図７は、本発明の第１の実施の形態における製造工程の一例を示す工程図である。図中、図１ないし図４と同様の部分には同じ符号を付してある。５１はゲート酸化膜、５２は多結晶Ｓｉ薄膜、５３は導電性多結晶Ｓｉ膜である。
【００２７】
まず図５（Ａ）に示す発熱素子基板３となるＳｉ基板の表面に、図５（Ｂ）に示すように通常のＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉ）法を用いてフィールド酸化膜４４を形成し、トランジスタ領域を規定する。ここでは、後にロジック回路領域４５および駆動素子２１の領域等に相当する領域をフィールド酸化膜４４によってそれぞれ分離している。フィールド酸化膜４４は、例えば１０００℃の水素燃焼酸化で約１．５μｍ成長させて形成することができる。このフィールド酸化膜４４は、素子分離用としてだけでなく、後に発熱抵抗体である多結晶Ｓｉの下の蓄熱層としても機能させるので、できるだけ厚いことが望ましい。
【００２８】
続いて図５（Ｃ）に示す工程において、トランジスタのゲート酸化膜５１を形成する。このゲート酸化膜５１は、例えば、１０００℃の水素燃焼酸化で約１００ｎｍ成長させて形成することができる。
【００２９】
続いて図５（Ｄ）に示す工程において、ＭＯＳトランジスタのゲート電極３４と発熱抵抗体部３１の材料となる多結晶Ｓｉ薄膜５２を着膜する。多結晶Ｓｉ薄膜５２は、例えばＣＶＤ（化学的気相成長）法で約０．４μｍ着膜させることができる。次に図５（Ｅ）に示す工程において、多結晶Ｓｉ薄膜５２にｎ型不純物であるリンをイオン注入法にて全面に導入する。この段階で多結晶Ｓｉ薄膜５２は、導電性多結晶Ｓｉ膜５３になる。この導電性多結晶Ｓｉ膜５３は、後に発熱部多結晶Ｓｉ３２となるものである。さらに図５（Ｆ）に示す工程において、発熱部多結晶Ｓｉ３２となる領域をホトリソグラフィー法で形成したレジストで覆い、ｎ型不純物であるリンをイオン注入し、発熱部多結晶Ｓｉ３２となる領域を除く領域を、さらに抵抗の低い導電性多結晶Ｓｉ膜５３にする。この抵抗の低い導電性多結晶Ｓｉ膜５３は、発熱抵抗体部３１の低抵抗多結晶Ｓｉ３３あるいはＭＯＳトランジスタのゲート電極３４となるものである。続いて図６（Ａ）に示す工程において、ホトリソグラフィー法とフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いて、発熱抵抗体部３１と、ＭＯＳトランジスタのゲート電極３４をパターニング（加工）する。発熱抵抗体部３１は、発熱部多結晶Ｓｉ３２および低抵抗多結晶Ｓｉ３３によって構成される。
【００３０】
その後、図６（Ｂ）に示す工程において、ＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン拡散層３５を、批素のイオン注入法とその後の熱処理にて形成する。続いて図６（Ｃ）に示す工程において、層間絶縁膜３６を形成する。ここでは、層間絶縁膜３６として、ＣＶＤ法で約６００ｎｍ着膜したＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｐｈｏｓｐｈｏ  ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）膜に平坦化のための熱処理を施したものを用いる。
【００３１】
続いて図６（Ｄ）に示す工程において、ホトリソグラフィー法とフッ素系のガスを用いたドライエッチング法にて各素子の電気的接続口となるコンタクトホール３７を開口する。
【００３２】
続いて図６（Ｅ）に示す工程において、金属配線層３８を形成する。ここでは金属配線層３８として、スパッタ法で約１μｍ着膜したＡｌ−１％Ｓｉ膜を用い、パターニングはホトリソグラフィー法と塩素系ガスを用いたドライエッチング法で実施した。また図６（Ｅ）以降では、このパターニング後の金属配線層３８を、機能ごとに、個別電極４、共通電極５、接地電極２２として示している。
【００３３】
続いて図７（Ａ）に示す工程において、表面保護膜４１として、例えばＳｉＨ４  系ガスを用いたプラズマＣＶＤ法で約５００ｎｍのＳｉ酸化膜を着膜する。
【００３４】
続いて図７（Ｂ）に示す工程において、ピット８とボンディングパッド３９をホトリソグラフィー法とフッ素系ガスを用いたドライエッチング法で同時に開口する。ここで、ピット８は異種の２層構造の膜、すなわち層間絶縁膜３６と表面保護膜４１（プラズマＣＶＤＳｉ酸化膜）を除去する。例えばウエットエッチング法では、いわゆるアンダーカットが発生するため、両者のエッチングレートを高精度で合わせない限り、形状の制御が難しい。その点、本発明で用いているドライエッチング法による加工では、膜種によらずほぼ垂直に加工できるため、２層構造の膜でも形状制御性よく加工できるという利点がある。
【００３５】
このとき形成するピット８となる開口は、例えば図１，図２に示した例では、発熱抵抗体配列方向の端部が発熱抵抗体部３１の端部をはずれた位置となるように形成する。また、図３，図４に示した例の場合には、発熱抵抗体配列方向に延在する帯状の溝として形成することができる。
【００３６】
続いて図７（Ｃ）に示す工程において、耐液体層４０を形成する。耐液体層４０としては、Ｓｉ窒化膜とＴａ膜を用いることができる。Ｓｉ窒化膜は、アンモニア系ガスを用いたプラズマＣＶＤ法で着膜することができ、その上にＴａ膜をスパッタ法で着膜することができる。これら２層膜をホトリソグラフィー法とフッ素系ガスを用いたプラズマエッチング法でパターニングする。耐液体層４０は、ピット８の凹部を覆うように形成される。このとき、図１，図２に示す例では、層間絶縁膜３６と表面保護膜４１の発熱抵抗体配列方向の端部が、発熱抵抗体部３１からはずれた位置に形成されているので、耐液体層４０はこの間の部分で凹部を形成する。なお、図３，図４に示す例の場合には、発熱抵抗体配列方向には連続した膜として、耐液体層４０を形成することができる。
【００３７】
また、耐液体層４０を個別電極４や共通電極５の上部まで延在させて形成することによって、液体の浸入による電極の溶解を防止し、長寿命化して信頼性を向上させることができる。さらに耐液体層４０は、バイパス流路４３の下部を越えて延在させて形成している。これによって、バイパス流路４３において内部回路を保護することができる。
【００３８】
最後に図７（Ｄ）に示す工程において、液体流路を形成するための樹脂層４２を形成する。ここでは樹脂層４２として感光性ポリイミドを用い、露光現像によりピット８およびバイパス流路４３の部分を開口した。ピット８の部分の開口は、その発熱抵抗体配列方向において端部が発熱抵抗体部３１よりも外側となる位置に配置される。図１，図２に示した例では、ピット８の部分の発熱抵抗体配列方向の開口端部は、耐液体層４０によって発熱抵抗体部３１の外側に形成されている凹部に位置するように形成している。これによって、耐液体層４０の段差部４８を保護している。このようにして、発熱素子基板３の作製を完了する。
【００３９】
一方、流路基板１については従来と同様であり、例えばＳｉ基板に、発熱抵抗体部３１に対応した液体流路となる溝と、リザーバ４７および液体供給口４６となる貫通孔を形成する。そして、上述のようにして作製された発熱素子基板３と位置合わせ後、接合する。これによって、本発明の第１の実施の形態における液体噴射記録装置が作製される。
【００４０】
図８は、本発明の第２の実施の形態を示す発熱抵抗体配列方向の断面図、図９は、同じく発熱抵抗体付近の拡大平面図である。図中、図１ないし図４と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。５０は高抵抗部である。なお、図８は図９におけるＢ−Ｂ’断面図である。図９におけるＡ−Ａ’断面図は、上述の図２１と同じである。
【００４１】
この第２の実施の形態では、発熱部多結晶Ｓｉ３２の発熱抵抗体配列方向の端部に、発熱部多結晶Ｓｉ３２よりもさらに高抵抗の高抵抗部５０を形成している。この高抵抗部５０は、例えばｐ型の不純物イオンを注入することによって形成することができる。そして、層間絶縁膜３６および表面保護膜４１を開口してピット８を形成する際に、図８，図９に示すように、開口の発熱抵抗体配列方向の端部を高抵抗部５０上に形成する。
【００４２】
発熱抵抗体を駆動する際に、発熱部多結晶Ｓｉ３２に電流が流れるが、電流方向に対して並列に形成されている高抵抗部５０には、抵抗値の違いからほとんど電流が流れず、この部分での発熱量は少なくなる。そのため、高抵抗部５０上に形成されている段差部４８が受ける熱ストレスを低減することができ、耐液体層４０の剥離による故障を低減することができる。これによって、寿命を延ばし、信頼性を向上させることができる。
【００４３】
この第２の実施の形態における製造方法は、上述の第１の実施の形態における製造方法とほぼ同様である。高抵抗部５０は、例えば図６（Ｂ）に示す工程において、ホトリソグラフィー法とイオン注入法を用いて形成することができる。図６（Ｂ）は、ＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン拡散層３５を形成する工程であり、このとき基板コンタクト形成時にｐ型の不純物として例えばホウ素（ボロン）をイオン注入する。これを利用して高抵抗部５０となる領域にｐ型の不純物を注入することにより、高抵抗部５０の抵抗値を大きくすることができる。
【００４４】
具体例として、発熱部多結晶Ｓｉ３２のシート抵抗値９５Ω／□に対して高抵抗部５０のシート抵抗値が５１０Ω／□になる液体噴射記録装置を試作し、記録寿命の評価を実施した結果、３×１０８  回の駆動回数以上の寿命を有することを確認した。この第２の実施の形態における構成では上述の第１の実施の形態における構成ほどの長寿命化は違成できないが、従来の寿命駆動回数２×１０８  回の約１．５倍の寿命を達成することができた。
【００４５】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。上述の第１および第２の実施の形態では、１層の金属配線プロセスを用いた場合の例について示した。記録装置の仕様によっては電流を多く流さなくてはならないものがあるが、この場合には配線による電圧降下の問題等を抑制するために、電源配線とＧＮＤ配線を２層目の金属配線で形成するという方法をとることができる。本発明はこのように２層の金属配線を有する構成についても適用できるので、その例について説明する。
【００４６】
まず従来の構造について示す。図１０は、従来の２層配線を行った液体噴射記録装置の一例における発熱抵抗体配列方向の断面図、図１１は、同じく発熱抵抗体の拡大平面図である。図中、上述の各図と同様の部分には同じ符号を付してある。６１は第１の層間絶縁膜、６２は第１の金属配線層、６３は第２の層間絶縁膜である。ここで、第１の層間絶縁膜６１および第１の金属配線層６２は、層間絶縁膜３６および金属配線層３８と同様である。第１の金属配線層６２の上部に第２の層間絶縁膜６３を着膜した後に、図示しない第２の金属配線層を形成し、表面保護層４１，耐液体層４０，樹脂層４２を順次形成して製造することができる。この例では、共通電極５を、発熱抵抗体部３１の間を利用して折り返し、第２の金属配線層に形成される電源配線と接続している。
【００４７】
図１０，図１１に示すように、従来の構成では、第１の層間絶縁膜６１，第２の層間絶縁膜６３，表面保護膜４１の３層を開口させてピット８を形成する際に、開口の発熱抵抗体配列方向の端部を発熱部多結晶Ｓｉ３２上に配置していた。そのため、上述のように各種のストレスや気泡の成長収縮時の圧力衝撃などにより、耐液体層４０が段差部４８において剥離し、故障の原因となっていた。
【００４８】
図１２は、本発明の第３の実施の形態を示す発熱抵抗体配列方向の断面図、図１３は、同じく発熱抵抗体付近の拡大平面図、図１４は、同じく流路方向の断面図である。図中、上述の各図と同様の部分には同じ符号を付してある。６４はＶＩＡ開口、６５は第２の金属配線層、６６は電源配線、６７は接地配線である。なお、図１２は図１３におけるＢ−Ｂ’断面図、図１４は図１３におけるＡ−Ａ’断面図である。
【００４９】
この第３の実施の形態では、第１の層間絶縁膜６１、第２の層間絶縁膜６３、表面保護膜４１の３層をドライエッチングによって除去し、ピット８を開口させる。このとき、上述の第１の実施の形態と同様に、開口を発熱抵抗体配列方向に発熱抵抗体部３１の外側まで広げている。すなわち、図１３に太い点線で示す領域を除去し、開口させる。これによって、ピット８を覆うようにして形成される耐液体層４０は、発熱抵抗体部３１の外側で凹部を形成する。この凹部には段差部４８および段差部４９が存在するため、気泡の膨張収縮による圧力衝撃を受けにくい。また、段差部４８は発熱領域から離れるため、熱ストレスを低減できる。さらに、段差部４９は実際には段差角度が９０゜より大きくなるため、膜ストレス増大効果は緩和される。このように、各段差部４８，４９とも、熱ストレスや膜ストレス、気泡の膨張収縮時の圧力衝撃などが緩和されるので、耐液体層４０の剥離などが発生せず、故障を低減して寿命を延ばし、信頼性を向上させることができる。
【００５０】
さらにこの例では、樹脂層４２の端部が発熱抵抗体部３１と、第１の層間絶縁膜６１、第２の層間絶縁膜６３、表面保護膜４１の端部との間にくるように配設している。すなわち、図１２に示すように樹脂層４２の端部が段差部４８と段差部４９の間にくるように形成している。樹脂層４２の開口を図１３において太い破線で示している。これにより、上述の第１の実施の形態と同様に、段差部４８を樹脂層４２によって覆っている。このように構成することにより、気泡の膨張および収縮による圧力衝撃から段差部４８を保護することができる。また、樹脂層４２と耐液体層４０との接合端部は発熱抵抗体部３１より低い凹部に位置するため、気泡の膨張および収縮による圧力衝撃も受けにくく、樹脂層４２の剥離も低減できる。なお、樹脂層４２によって段差部４８を覆わない構成であってもよい。
【００５１】
図１５、図１６は、本発明の液体噴射記録装置の第３の実施の形態における製造工程の一例を示す工程図である。図中、上述の各図と同様の部分には同じ符号を付している。この第３の実施の形態における発熱素子基板の製造工程は、上述の第１の実施の形態における図６（Ｄ）に示す工程までは同じであるため、説明を省略する。ここで、その後の工程においても層間絶縁膜および金属配線層を別に形成するため、発熱抵抗体部３１などを形成した後に形成する層間絶縁膜３６を第１の層間絶縁膜６１として示す。
【００５２】
図１５（Ａ）に示す工程は、上述の第１の実施の形態における図６（Ｅ）に示す工程と同様に金属配線層を形成する工程である。ここでは２層目の金属配線層と区別するため、金属配線層３８を第１の金属配線層６２として示している。ここでは第１の金属配線層６２として、スパッタ法で約１μｍ着膜したＡｌ−１％Ｓｉ膜を用い、パターニングはホトリソグラフィー法と塩素系ガスを用いたドライエッチング法で実施した。この第１の金属配線層６２によって形成される共通電極５は、図１２，図１３に示すように、発熱抵抗体部３１のノズル側の低抵抗多結晶Ｓｉ３３から、隣接する発熱抵抗体部３１の間を折り返して配線される。また、個別電極４は、発熱抵抗体部３１の他側の低抵抗多結晶Ｓｉ３３と駆動素子２１の一端を接続する。接地電極２２は、駆動素子２１の他端を電気的に接続している。
【００５３】
続いて図１５（Ｂ）に示す工程において、第１の金属配線層６２と後述する第２の金属配線層６５の間を電気的に絶縁するための第２の層間絶縁膜６３を形成する。ここでは第２の層間絶縁膜６３として、シラン系のガスを用いたプラズマＣＶＤ法で形成した約７００ｎｍのＳｉ酸化膜を用いる。
【００５４】
続いて図１５（Ｃ）に示す工程において、第１の金属配線層６２と第２の金属配線層６５の接続口となるいわゆるＶＩＡ開口６４をホトリソグラフィー法とフッ素系ガスを用いたドライエッチング法にて開口する。ＶＩＡ開口６４は、駆動素子２１の他端と接続されている接地電極２２の上と、共通電極５を折り返した図示しない端部などに設けられる。また、ボンディングパッド３９が形成される位置の第２の層間絶縁膜６３も除去される。
【００５５】
次に図１５（Ｄ）に示す工程において、第２の金属配線層６５を形成する。ここでは第２の金属配線層６５として、スパッタ法で約１μｍ着膜したＡｌ−１％Ｓｉ膜を用い、パターニングはホトリソグラフィー法と塩素系ガスを用いたドライエッチング法で実施した。また、図１５（Ｄ）以降では、この第２の金属配線層６５を、機能ごとに電源配線６６，接地配線６７として示している。駆動素子２１の接地電極２２は、ＶＩＡ開口６４を介して第２の金属配線層６５で形成される接地配線６７に接続されている。また、共通電極５も図示しないＶＩＡ開口を介して第２の金属配線層６５で形成される電源配線６６に接続される。なお、第２の金属配線層６５は、ボンディングパッド３９の部分にも形成され、この部分の強度を増している。
【００５６】
続いて図１６（Ａ）に示す工程において、第２の金属配線層６５等が形成されたデバイス表面を保護する表面保護膜４１を形成する。ここではシラン系のガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、約５００ｎｍのＳｉ酸化膜を形成した。
【００５７】
続いて図１６（Ｂ）に示す工程において、発熱抵抗体部３１の上部の絶縁膜、すなわち第１の層間絶縁膜６１と第２の層間絶縁膜６３と表面保護膜４１の３層の膜をホトリソグラフィー法とフッ素系ガスを用いたドライエッチング法にて除去してピット８を形成する。このとき、上述のようにピット８となる開口は、発熱抵抗体配列方向の端部が発熱抵抗体部３１の端部をはずれた位置となるように形成する。なお、この工程において同時にボンディングパッド３９の位置も開口する。
【００５８】
続いて図１６（Ｃ）に示す工程において、耐液体層４０を形成する。耐液体層４０としては、Ｓｉ窒化膜とＴａ膜の積層膜を用いることができる。Ｓｉ窒化膜は、アンモニア系ガスを用いたプラズマＣＶＤ法で着膜することができ、その上にＴａ膜をスパッタ法で着膜することができる。これら２層膜をホトリソグラフィー法とフッ素系ガスを用いたプラズマエッチング法でパターニングする。耐液体層４０は、ピット８の凹部を覆うように形成される。このとき、第１の層間絶縁膜６１、第２の層間絶縁膜６３、表面保護膜４１の発熱抵抗体配列方向の端部が、発熱抵抗体部３１からはずれた位置に形成されているので、耐液体層４０はこの間の部分で凹部を形成する。
【００５９】
また耐液体層４０は、第１の金属配線層６２および第２の金属配線層６５を覆うように形成することができる。これによって、液体の浸入からこれらの金属配線層を保護し、断線などを防止することができる。さらにこの耐液体層４０は、バイパス流路４３の下部となる部分を越えて形成されている。
【００６０】
最後に図１６（Ｄ）に示す工程において、液体からデバイスを保護するための樹脂層４２を形成する。ここでは樹脂層４２として感光性ポリイミドを用い、露光現像によりピット８の部分を開口した。ピット８の部分の発熱抵抗体配列方向の開口端部は、発熱抵抗体部３１の外側となるように形成され、特に耐液体層４０によって形成されている発熱抵抗体部３１をはずれた凹部に位置するように配置している。このようにして、発熱素子基板３の作製を完了する。
【００６１】
一方、流路基板１については従来および第１の実施の形態と同様であり、例えばＳｉ基板に、発熱抵抗体部３１に対応した液体流路２となる溝と、リザーバ４７となる貫通孔を形成する。貫通孔の開口が液体供給口４６となる。そして、上述のようにして作製された発熱素子基板３と位置合わせ後、接合する。これによって、図１２ないし図１４に示すような液体噴射記録装置が作製される。
【００６２】
図１７は、本発明の第４の実施の形態を示す発熱抵抗体配列方向の断面図、図１８は、同じく発熱抵抗体付近の拡大平面図である。図中の符号は上述の各図と同様である。なお、図１７は図１８におけるＢ−Ｂ’断面図である。図１８におけるＡ−Ａ’断面図は、上述の図１４と同じである。
【００６３】
この第４の実施の形態では、第３の実施の形態で示したような２層の金属配線を用いた構成において、第２の実施の形態で示した構成を適用した例を示している。すなわち、発熱部多結晶Ｓｉ３２の発熱抵抗体配列方向の端部に、発熱部多結晶Ｓｉ３２よりもさらに高抵抗の高抵抗部５０を形成している。この高抵抗部５０は、例えばｐ型の不純物イオンを注入することによって形成することができる。そして、第１の層間絶縁膜６１、第２の層間絶縁膜６３、表面保護膜４１を開口してピット８を形成する際に、図１７，図１８に示すように、開口の発熱抵抗体配列方向の端部を高抵抗部５０上に形成する。
【００６４】
上述の第２の実施の形態で説明したように、高抵抗部５０での発熱量は少なく、高抵抗部５０上に形成されている段差部４８が受ける熱ストレスを低減することができる。これによって、この第４の実施の形態においても、耐液体層４０の剥離による故障を低減して寿命を延ばし、信頼性を向上させることができる。
【００６５】
この第４の実施の形態における製造方法は、上述の第３の実施の形態における製造方法とほぼ同様である。高抵抗部５０は、上述の第３の実施の形態では説明を省略したが、例えば第１の実施の形態で説明した図６（Ｂ）に示す工程において、ＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン拡散層３５等とともに形成することができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、発熱抵抗体の上部に形成するピットの発熱抵抗体配列方向（液体流路配列方向）の端部において、耐液体層が受ける熱ストレスや膜ストレス、気泡の成長収縮による圧力衝撃などを低減させることができるので、耐液体層（例えばＴａ膜）の剥離とそれに伴う故障を低減でき、液体噴射記録装置の長寿命化を達成でき、信頼性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す発熱抵抗体配列方向の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す発熱抵抗体付近の拡大平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の変形例を示す発熱抵抗体配列方向の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の変形例を示す発熱抵抗体付近の拡大平面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における製造工程の一例を示す工程図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における製造工程の一例を示す工程図（続き）である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における製造工程の一例を示す工程図（続き）である。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示す発熱抵抗体配列方向の断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態を示す発熱抵抗体付近の拡大平面図である。
【図１０】従来の２層配線を行った液体噴射記録装置の一例における発熱抵抗体配列方向の断面図である。
【図１１】従来の２層配線を行った液体噴射記録装置の一例における発熱抵抗体の拡大平面図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態を示す発熱抵抗体配列方向の断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態を示す発熱抵抗体付近の拡大平面図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態を示す流路方向の断面図である。
【図１５】本発明の液体噴射記録装置の第３の実施の形態における製造工程の一例を示す工程図である。
【図１６】本発明の液体噴射記録装置の第３の実施の形態における製造工程の一例を示す工程図（続き）である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態を示す発熱抵抗体配列方向の断面図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態を示す発熱抵抗体付近の拡大平面図である。
【図１９】サーマルタイプの液体噴射記録装置における液体噴射過程の一例の説明図である。
【図２０】従来のサーマルタイプの液体噴射記録装置において発熱素子基板上に形成される発熱抵抗体を含む電気回路の概略を示す平面図である。
【図２１】従来の液体噴射記録装置の一例を示す流路方向の断面図である。
【図２２】従来の液体噴射記録装置の一例における発熱抵抗体部の一例を示す拡大平面図である。
【図２３】従来の液体噴射記録装置の一例における発熱抵抗体部の一例を示す流路配列方向の断面図である。
【符号の説明】
１…流路基板、２…液体流路、３…発熱素子基板、４…個別電極、５…共通電極、６…発熱抵抗体、７…樹脂層、８…ピット、９…ノズル、１０…液体、１１…気泡、１２…液滴、２１…駆動素子、２２…接地電極、３１…発熱抵抗体部、３２…発熱部多結晶Ｓｉ、３３…低抵抗多結晶Ｓｉ、３４…ゲート電極、３５…ソース／ドレイン拡散層、３６…層間絶縁膜、３７…コンタクトホール、３８…金属配線層、３９…ボンディングパッド、４０…耐液体層、４１…表面保護膜、４２…樹脂層、４３…バイパス流路、４４…フィールド酸化膜、４５…ロジック回路領域、４６…液体供給口、４７…リザーバ、４８，４９…段差部、５０…高抵抗部、５１…ゲート酸化膜、５２…多結晶Ｓｉ薄膜、５３…導電性多結晶Ｓｉ膜、６１…第１の層間絶縁膜、６２…第１の金属配線層、６３…第２の層間絶縁膜、６４…ＶＩＡ開口、６５…第２の金属配線層、６６…電源配線、６７…接地配線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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