(57)【要約】【課題】発熱抵抗体に影響を与えずに発熱抵抗体の上面からの酸化による抵抗値変化を抑制できる液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】液体を加熱するための発熱抵抗体４１を有する液体吐出ヘッドの製造方法は、基板１１の上に電気絶縁性の蓄放熱層１２を成膜する工程と、蓄放熱層１２の上面に発熱抵抗体層４１ａを成膜する工程と、発熱抵抗体層４１ａの上面に酸化層４２ａを成膜する工程と、発熱抵抗体層４１ａ及び酸化層４２ａを発熱抵抗体４１の形状にパターニングする工程と、を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を加熱するための発熱抵抗体を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
基板の上に電気絶縁性の蓄放熱層を成膜する工程と、
前記蓄放熱層の上面に発熱抵抗体層を成膜する工程と、
前記発熱抵抗体層の上面に酸化層を成膜する工程と、
前記発熱抵抗体層及び前記酸化層を前記発熱抵抗体の形状にパターニングする工程と、
を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記発熱抵抗体層を成膜する工程と前記酸化層を成膜する工程は、前記発熱抵抗体層と前記酸化層とを減圧下で連続して成膜する工程である、
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記酸化層を成膜する工程は、スパッタリングによって前記酸化層を成膜する工程である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記酸化層は前記発熱抵抗体を構成する原子種を１種以上含み、
前記酸化層は前記発熱抵抗体毎に区画されている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記酸化層は５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の膜厚である、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
液体を加熱するための発熱抵抗体を有する液体吐出ヘッドにおいて、
基板と、
該基板の上の蓄放熱層と、
該蓄放熱層の上の発熱抵抗体と、
該発熱抵抗体の上面に設けられたフッ化層と、を有する、
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記フッ化層は、フッ素と前記発熱抵抗体を構成する原子種を１種以上含む、
ことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記フッ化層は２ｎｍ以上の膜厚である、
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記基板の上の少なくとも１組の絶縁層、信号配線、接続配線と、
該絶縁層の上面の給電配線と、
前記蓄放熱層の内の、前記給電配線と前記発熱抵抗体とを電気的に接続する給電接続配線と、をさらに有し、
前記蓄放熱層は前記給電配線の上に設けられている、
ことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記蓄放熱層は酸化珪素層と前記酸化珪素層の上面に設けられた窒化珪素層で構成されており、
前記窒化珪素層の上面に前記発熱抵抗体が設けられている、
ことを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
液体を加熱するための発熱抵抗体を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
基板の上面に電気絶縁性の蓄放熱層を成膜する工程と、
前記蓄放熱層の上面に発熱抵抗体層を成膜する工程と、
前記発熱抵抗体層を前記発熱抵抗体の形状にパターニングする工程と、
前記発熱抵抗体の表面をフッ素を含むガス雰囲気下でフッ化する工程と、
を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録紙にインク等の液滴を吐出して画像等を形成する液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出プリンタに用いられている液体吐出ヘッドには、熱吐出タイプや圧電素子タイプ等の液体吐出ヘッドがある。熱吐出タイプは、発熱抵抗体の発する熱エネルギーを利用してインク等の液滴を記録紙に向けて吐出して画像等を形成する。熱吐出タイプは、小さな面積の発熱抵抗体であっても比較的大きな熱エネルギーを発生させることができることから、高密度記録への対応に適している。
【０００３】
近年、液体吐出ヘッドは高速化、長寿命化を求められており、それに伴い液体吐出ヘッドに用いられる発熱抵抗体の経時的な抵抗値変化量の抑制が求められている。液体吐出ヘッドの高速化には、液体吐出ヘッドに用いられる発熱抵抗体を高抵抗化する必要があるが、発熱抵抗体が高抵抗になるほど抵抗値変化量は大きくなる。また液体吐出ヘッドの長寿命化は、長時間記録に伴って発熱抵抗体の抵抗値変化量は大きくなる。特許文献１では、発熱抵抗体の下面に窒化珪素を主成分とする発熱抵抗体の酸化防止層を設けている。特許文献２では、加熱処理で発熱抵抗体の上面を酸化させて自己酸化膜を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−０９０２９１号公報
【特許文献２】特開平８−２３８７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構成においては、発熱抵抗体の下面にのみ酸化防止層を設けているため、発熱抵抗体の上面からの酸化による抵抗値変化には十分な対策がなされていない。これは、発熱抵抗体の下面側には十分な膜厚を有する酸化防止層を設けることが可能であるが、発熱抵抗体の上面側は発熱抵抗体からの熱エネルギーを効率的にインクに伝える必要があるため、発熱抵抗体からインクまでの距離には制約がある。そのため、窒化珪素を主成分とする保護層は発熱抵抗体の上面からの酸化に対して十分な対策とはなりえていない。
また、特許文献２においては、加熱炉や発熱抵抗体へのパルス通電による加熱処理によって発熱抵抗体の上面を酸化させて自己酸化膜を形成しているため、発熱抵抗体自体の膜厚が変わり、所望の厚さの発熱抵抗体や自己酸化膜が得られない恐れがある。
【０００６】
そこで本発明は、発熱抵抗体に影響を与えずに発熱抵抗体の上面からの酸化による抵抗値変化を抑制できる液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法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】
【０００７】
本発明に係る、液体を加熱するための発熱抵抗体を有する液体吐出ヘッドの製造方法は、
基板の上に電気絶縁性の蓄放熱層を成膜する工程と、
前記蓄放熱層の上面に発熱抵抗体層を成膜する工程と、
前記発熱抵抗体層の上面に酸化層を成膜する工程と、
前記発熱抵抗体層及び前記酸化層を前記発熱抵抗体の形状にパターニングする工程と、
を含むことを特徴とする。
【０００８】
前記発熱抵抗体層を成膜する工程と前記酸化層を成膜する工程は、前記発熱抵抗体層と前記酸化層とを減圧下で連続して成膜する工程とすることができる。
【０００９】
前記酸化層を成膜する工程は、スパッタリングによって前記酸化層を成膜する工程とすることができる。
【００１０】
前記酸化層は前記発熱抵抗体を構成する原子種を１種以上含み、
前記酸化層は前記発熱抵抗体毎に区画されていることが好ましい。
【００１１】
前記酸化層は５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の膜厚であることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を加熱するための発熱抵抗体を有する液体吐出ヘッドであって、
基板と、
該基板の上の蓄放熱層と、
該蓄放熱層の上の発熱抵抗体と、
該発熱抵抗体の上面に設けられたフッ化層と、を有する。
【００１３】
前記フッ化層は、フッ素と前記発熱抵抗体を構成する原子種を１種以上含むことが好ましい。
【００１４】
前記フッ化層は２ｎｍ以上の膜厚であることが好ましい。
【００１５】
前記基板の上の少なくとも１組の絶縁層、信号配線、接続配線と、
該絶縁層の上面の給電配線と、
前記蓄放熱層の内の、前記給電配線と前記発熱抵抗体とを電気的に接続する給電接続配線と、をさらに有し、
前記蓄放熱層は前記給電配線の上に設けられていることが好ましい。
【００１６】
前記蓄放熱層は酸化珪素層と前記酸化珪素層の上面に設けられた窒化珪素層で構成されており、前記窒化珪素層の上面に前記発熱抵抗体が設けられていることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る、液体を加熱するための発熱抵抗体を有する液体吐出ヘッドの製造方法は、
基板の上面に電気絶縁性の蓄放熱層を成膜する工程と、
前記蓄放熱層の上面に発熱抵抗体層を成膜する工程と、
前記発熱抵抗体層を前記発熱抵抗体の形状にパターニングする工程と、
前記発熱抵抗体の表面をフッ素を含むガス雰囲気下でフッ化する工程と、
を含む。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によって、発熱抵抗体に影響を与えずに発熱抵抗体の上面からの酸化による抵抗値変化を抑制できる液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドを模式的に示す平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図。
【図２】（ａ）は第２実施形態に係る液体吐出ヘッドを模式的に示す平面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ’断面図。
【図３】（ａ）は第３実施形態に係る液体吐出ヘッドを模式的に示す平面図、（ｂ）はそのＣ−Ｃ’断面図。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図１に示す液体吐出ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。
【図５】（ａ）は第５実施形態に係る液体吐出ヘッドを模式的に示す平面図、（ｂ）はそのＤ−Ｄ’断面図。
【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は図１の酸化層をフッ化層に変更した液体吐出ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。なお、以下の説明および図面において、複数の図面を相互に参照することができる。また、同一あるいは類似の構成については共通の符号を付しており、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１を参照しながら第１実施形態を説明する。以下の説明において、基板１１がある方向を「下（方）」といい、その反対方向を「上（方）」という。即ち、断面図においては、図の下方向が「下（方）」であり、その反対方向が「上（方）」である。下（方）又は上（方）とは、直接又は間に他の部材を挟んで下又は上であることを意味する。
【００２２】
図１（ａ）は液体吐出ヘッド１の一部を表す平面模式図である。図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’における液体吐出ヘッドの断面模式図である。液体吐出ヘッドは例えば単結晶シリコンからなる基板１１に形成されている。基板１１上に蓄放熱層１２が配置されている。蓄放熱層１２は例えば酸化珪素の無機質材料で形成され、電気絶縁性と適度な熱伝導性を兼ね備えている。蓄放熱層１２上に複数個の発熱抵抗体１３が離間して配置されている。発熱抵抗体１３は例えばタンタル珪素窒化物（ＴａＳｉＮ）、タングステン珪素窒化物（ＷＳｉＮ）等の抵抗材料により形成されている。
【００２３】
発熱抵抗体１３上に酸化層１４が配置されている。酸化層１４は発熱抵抗体１３を構成する原子種を１種以上含む酸化層であることが好ましい。なぜなら酸化層１４が発熱抵抗体１３と異なる原子で構成されている場合、発熱抵抗体１３に不純物が拡散して発熱抵抗体１３が変質してしまう可能性があるためである。
【００２４】
酸化層１４は発熱抵抗体毎に区画されていることが好ましい。なぜなら酸化層１４が発熱抵抗体１３を構成する原子種を１種以上含む酸化物で構成される場合、酸化層１４が絶縁体でないことがあるためである。但し酸化層１４が絶縁体でない場合も酸化層１４の導電度が小さければ、必ずしも発熱抵抗体毎に区画する必要はない。第１実施形態では、図１（ａ）に示すように、酸化層１４は発熱抵抗体１３毎に区画されており、さらに発熱抵抗体１３と酸化層１４は平面的に同じ形状で形成されている。
【００２５】
酸化層１４は５ｎｍ以上の膜厚であることが好ましい。なぜなら５ｎｍ以上の膜厚であれば、発熱抵抗体１３の酸化に十分な抑制効果を得られるからである。
【００２６】
酸化層１４上に保護層１５が配置されている。保護層１５は例えば窒化珪素を含む無機材料で形成され、電気絶縁性を備えている。保護層１５上には、使用時にインク（液体）１６が流通する液流路形成部材１９が配置されている。液流路形成部材１９には、各発熱抵抗体１３の上方の位置にインク吐出口１７が形成されている。
【００２７】
発熱抵抗体１３の両端に接続される給電配線３４を介して電源電力が供給されるとジュール発熱を起こし、発熱抵抗体１３上のインク１６が加熱され、気泡１８を発生させるのに必要な所定の温度となる。気泡１８の発生に伴う圧力によりインク１６の一部をインク吐出口１７より記録媒体（記録紙）に向けて吐出することによって、記録紙に所定の印画を形成する。
【００２８】
蓄放熱層１２は例えば１．０〜３．０μｍの厚みで形成されており、基板１１と発熱抵抗体１３及び給電配線３４とを絶縁している。また蓄放熱層１２は内部で発熱抵抗体１３の発する熱の一部を蓄熱及び放熱して液体吐出ヘッドの熱応答特性を向上させる作用をなす。即ち発熱抵抗体１３の温度をインク１６中で気泡１８を発生させるのに必要な所定の温度まで短時間で上昇させる蓄熱層としての作用をなす。更に蓄放熱層１２は気泡１８を発生させた後に発熱抵抗体１３の発した不要となった熱を基板１１及び給電配線３４等へ逃がす放熱層としての作用をなす。
【００２９】
発熱抵抗体１３は例えば１０〜２００ｎｍの厚みで形成されている。液体吐出ヘッドの高速化のためには発熱抵抗体１３の抵抗値を高くする必要がある。給電配線３４等の抵抗値に対して発熱抵抗体１３の抵抗値が十分に高くすれば、電圧ドロップが発生せず、同時に駆動できるビット数も制限されず、記録速度が低下することがない。
【００３０】
また発熱抵抗体１３の形状は略正方形であることが好ましい。なぜなら発熱抵抗体１３上で発生する気泡１８の形状が略円形である方が、記録紙に向けて吐出されたインクに分散滴が発生しないためであり、高精細な記録が可能となるためである。そのためには発熱抵抗体１３のシート抵抗値を高くすることが好ましく、シート抵抗値を高くするためには発熱抵抗体１３の厚さを１０〜５０ｎｍで形成することが好ましい。発熱抵抗体１３は例えば１０００Ω／□のシート抵抗値を得るために、比抵抗３０００μΩｃｍ、膜厚３０ｎｍになるように構成されている。
【００３１】
酸化層１４は例えば発熱抵抗体１３がＴａＳｉＮの抵抗材料の場合、例えばタンタル珪素酸窒化物（ＴａＳｉＯＮ）やタンタル珪素酸化物（ＴａＳｉＯ）やタンタル酸化物（ＴａＯ）とすることができる。酸化層１４は例えば発熱抵抗体１３がＷＳｉＮの抵抗材料の場合、例えばタングステン珪素酸窒化物（ＷＳｉＯＮ）やタングステン珪素酸化物（ＷＳｉＯ）やタングステン酸化物（ＷＯ）とすることができる。酸化層１４は例えば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚みで形成されている。酸化層１４の厚みは、保護層１５の厚みや液体吐出ヘッドの寿命により適値が設定される。
【００３２】
保護層１５は例えば５０〜３００ｎｍの厚みで形成されており、発熱抵抗体１３及び給電配線３４とインク１６とを絶縁している。保護層１５は液体吐出ヘッドの熱応答特性を向上させるために可能な限り薄くすることが好ましい。更に酸化層１４上の保護層１５は液体吐出ヘッドの熱応答特性を向上させるために無くすことも可能である。その場合は保護層１５の機能を酸化層１４が兼ねることになる。
【００３３】
発熱抵抗体１３の抵抗値が変化するメカニズムは、発熱抵抗体１３の下面に位置する蓄放熱層１２に含まれる酸化珪素や、発熱抵抗体１３の上方に位置するインク１６から水や酸素などの酸化種が抜け出し、発熱抵抗体１３まで拡散して酸化反応することによる。本発明の液体吐出ヘッドによれば、予め発熱抵抗体１３上に酸化層１４があるため、発熱抵抗体１３の酸化速度が抑制され、発熱抵抗体１３の経時的な抵抗値の変化が抑制される。
【００３４】
酸化反応の進行に関して詳しく説明する。予め発熱抵抗体１３上に酸化層１４がある場合、まず酸化種が酸化層１４に吸収される。次に吸収された酸化種が酸化層１４中を拡散し発熱抵抗体１３の界面に達する。最終的に発熱抵抗体１３と酸化種が反応して新たな酸化層となり、酸化層１４の膜厚が増す。以上の酸化反応の進行からわかるように、予め発熱抵抗体１３上に酸化層１４があることにより、発熱抵抗体１３の酸化速度が抑制され、発熱抵抗体１３の抵抗値変化が抑制される。
【００３５】
この酸化は予め発熱抵抗体１３上に酸化層１４がある場合は拡散が律速となり、酸化の公式は、以下で表すことができる。
（Ｔｏｘ）２＝ａ×ｔ                                          ・・・（１）
このとき、Ｔｏｘ：酸化膜厚、ａ：係数、ｔ：酸化時間である。またこの公式から以下の式も導かれる。
（Ｔｏｘ１＋Ｔｏｘ３）２＝（Ｔｏｘ１）２＋（Ｔｏｘ２）２     ・・・（２）
このとき、Ｔｏｘ１：予めあった酸化膜厚、Ｔｏｘ２：酸化膜厚、Ｔｏｘ３：予めあった酸化膜厚Ｔｏｘ１上に追加される酸化膜厚である。
【００３６】
ここで発熱抵抗体１３が酸化されることによって膜減りする膜厚がＴｏｘ３の１／２と仮定する。この条件で、厚さが３０ｎｍの発熱抵抗体１３が１０％酸化される、即ち発熱抵抗体１３の抵抗値が約１０％程度上昇するまでに要する時間を計算する。すると、発熱抵抗体１３上に厚さが３０ｎｍの酸化層１４が予め有る場合は無い場合に比べて、約１０倍の時間を要することとなる。
【００３７】
また厚さが３０ｎｍの発熱抵抗体１３が５％酸化される、即ち発熱抵抗体１３の抵抗値が約５％程度上昇するまでに要する時間は、発熱抵抗体１３上に厚さが３０ｎｍの酸化層１４が予め有る場合は無い場合に比べて、約２０倍の時間を要することとなる。
【００３８】
本第１実施形態の液体吐出ヘッド１によれば、熱応答特性や記録速度を維持しながら、発熱抵抗体１３の経時的な抵抗値変化を抑制でき、液体吐出ヘッド１の寿命を数倍から数１０倍にすることが可能となる。
【００３９】
（第２実施形態）
図２を参照しながら第２実施形態を説明する。図２（ａ）は液体吐出ヘッド２の一部を表す平面模式図である。図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’における液体吐出ヘッドの断面模式図である。第２実施形態では発熱抵抗体の上面及び下面からの酸化抑制に関する形態を説明する。
【００４０】
液体吐出ヘッドは例えば単結晶シリコンからなる基板１１に形成されている。基板１１上に蓄放熱層２２が配置されている。蓄放熱層２２は例えば酸化珪素層２２ａと窒化珪素層２２ｂの積層の無機質材料で形成され、電気絶縁性と適度な熱伝導性を兼ね備えている。蓄放熱層２２上に複数個の発熱抵抗体１３が離間して配置されている。発熱抵抗体１３は例えばＴａＳｉＮ、ＷＳｉＮ等の抵抗材料により形成されている。発熱抵抗体１３上に酸化層１４が配置されている。酸化層１４は発熱抵抗体毎に区画されていることが好ましい。第２実施形態では、図２（ａ）に示すように、酸化層１４は発熱抵抗体１３毎に区画され、発熱抵抗体１３と酸化層１４は平面的に同じ形状で形成されている。
【００４１】
酸化層１４上に保護層１５が配置されている。保護層１５は例えば窒化珪素を含む無機材料で形成され、電気絶縁性を備えている。保護層１５上には、耐キャビテーション層２３が配置され、さらにその上方に液流路形成部材１９が配置されている。液流路形成部材１９にはインク吐出口１７が形成されている。発熱抵抗体１３が通電されて発熱すると、液流路内のインク１６が加熱されて気泡１８が発生し、それによりインク１６がインク吐出口１７から吐出される。
【００４２】
蓄放熱層２２は例えば１．０〜３．０μｍの厚みで形成されており、基板１１と発熱抵抗体１３及び給電配線３４とを絶縁している。また蓄放熱層２２は内部で発熱抵抗体１３の発する熱の一部を蓄熱及び放熱して液体吐出ヘッドの熱応答特性を向上させる作用をなす。即ち発熱抵抗体１３の温度をインク１６中で気泡１８を発生させるのに必要な所定の温度まで短時間で上昇させる蓄熱層としての作用をなす。更に蓄放熱層２２は気泡１８を発生させた後に発熱抵抗体１３の発した不要となった熱を基板１１及び給電配線３４等へ逃がす放熱層としての作用をなす。
【００４３】
窒化珪素層２２ｂは酸化珪素層２２ａからの酸化種の拡散を抑制する機能を有し、少なくとも２００ｎｍ以上の厚みで形成されている。窒化珪素層２２ｂの厚みは、酸化珪素層２２ａの厚み及び膜質や液体吐出ヘッドの寿命により適値が設定される。例えば酸化珪素層２２ａがＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）をソースとした成膜による場合、酸化珪素層２２ａは膜中に多くの水分を含むため、発熱抵抗体１３のジュール発熱により、酸化珪素層２２ａ膜中から水分が離脱する。そのため窒化珪素層２２ｂは、酸化珪素層２２ａがＴＥＯＳをソースとした成膜による場合、水分が発熱抵抗体１３まで拡散することを抑制するため、少なくとも４００ｎｍ以上の厚みで形成することが好ましい。
【００４４】
耐キャビテーション層２３は例えばＴａやイリジウム（Ｉｒ）などを含む耐熱性に優れた高融点金属が単層又は積層で形成されている。耐キャビテーション層２３は例えば３０〜２５０ｎｍの厚みで形成されている。
【００４５】
保護層１５は例えば５０〜３００ｎｍの厚みで形成されており、発熱抵抗体１３及び給電配線３４とインク１６及び耐キャビテーション層２３とを絶縁している。保護層１５と耐キャビテーション層２３は液体吐出ヘッドの熱応答特性を向上させるために可能な限り薄くすることが好ましい。更に酸化層１４上の保護層１５は液体吐出ヘッドの熱応答特性を向上させるために無くすことも可能である。その場合は保護層１５の機能を酸化層１４が兼ねることになる。
【００４６】
発熱抵抗体１３の抵抗値が変化するメカニズムは、発熱抵抗体１３の下方に位置する酸化珪素層２２ａや、発熱抵抗体１３の上方に位置するインク１６から、水や酸素などの酸化種が抜け出し、発熱抵抗体１３まで拡散して酸化反応することによる。本発明の第２実施形態によれば、発熱抵抗体１３の上方に位置するインク１６からの酸化種の侵入が高融点金属材料で構成される耐キャビテーション層２３により抑制されるため、酸化種による酸化反応とそれによる抵抗値変化が抑制される。さらに、予め発熱抵抗体１３上に構成される酸化層１４により、発熱抵抗体１３の酸化速度が抑制され、発熱抵抗体１３の抵抗値変化が抑制される。
【００４７】
更に本発明の第２実施形態によれば、発熱抵抗体１３の下方に位置する酸化珪素層２２ａからの酸化種の拡散が、発熱抵抗体１３の下面に配置された窒化珪素層２２ｂによって抑制される。このため、発熱抵抗体１３の下面からの酸化速度が抑制され、発熱抵抗体１３の抵抗値変化が抑制される。
【００４８】
本第２実施形態の液体吐出ヘッド２によれば、熱応答特性や記録速度を維持しながら、発熱抵抗体１３の経時的な抵抗値変化を抑制でき、液体吐出ヘッド２の寿命を数倍から数１０倍にすることが可能となる。
【００４９】
（第３実施形態）
図３を参照しながら第３実施形態を説明する。図３（ａ）は液体吐出ヘッド３の一部分を表す平面模式図である。図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ’における液体吐出ヘッドの断面模式図である。第３実施形態では給電配線の具体的な配置に関する形態の一例を説明する。
【００５０】
液体吐出ヘッドは例えば単結晶シリコンからなる基板１１に形成されている。基板１１上に、少なくとも１組の絶縁層３１と信号配線３２と接続配線３３が配置されている。絶縁層３１と信号配線３２と接続配線３３は、例えばそれぞれ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄの多層配線構成となっている。なお、図示する絶縁層３１内の多層配線構造は、必ずしもＣ−Ｃ’断面に位置するわけではなく、概念的な構成を説明するものである。これにより、複雑な回路構成であってもチップ面積を大きくすることなく集積度を向上させることが可能となる。絶縁層３１は例えば酸化珪素等の無機質材料で形成されている。信号配線３２は例えばアルミニウムや銅を主成分とする金属材料で形成されている。接続配線３３は例えばタングステンや銅を主成分とする金属材料で形成されている。
【００５１】
絶縁層３１上に給電配線３４と蓄放熱層３５と給電接続配線３６が配置されている。給電配線３４は例えばアルミニウムや銅を主成分とする金属材料で形成されている。給電配線３４は、発熱抵抗体１３に電力を供給する。蓄放熱層３５は、給電配線３４の上面に、給電配線３４の全体を覆うように配置されている。蓄放熱層３５は例えば酸化珪素層３５ａに窒化珪素層３５ｂを積層した無機質材料で形成されている。給電接続配線３６は、蓄放熱層３５の内部に配置されている。給電接続配線３６は、給電配線３４と発熱抵抗体１３を電気的に接続し、例えばタングステンや銅を主成分とする金属材料で形成されている。
【００５２】
蓄放熱層３５上に発熱抵抗体１３が配置されている。給電配線３４は、例えば発熱抵抗体１３の両端に給電接続配線３６を介して電気的に接続される給電配線３４ａ、３４ｂ、及び基板１１への放熱を補助する給電配線３４ｃにより構成される。本実施形態によれば、放熱の補助は給電配線３４ｃ、接続配線３３、信号配線３２により構成されている。しかしその限りでなく、給電配線３４ｃ、接続配線３３ｄを除いた構成であってもよい。また接続配線３３を除いた構成であってもよい。
【００５３】
蓄放熱層３５上に複数個の発熱抵抗体１３が離間して配置されている。発熱抵抗体１３上に発熱抵抗体毎に好ましくは区画された酸化層１４が配置されている。さらに酸化層１４上に保護層１５が配置されている。第３実施形態では、図３（ａ）に示すように、発熱抵抗体１３と酸化層１４は平面的に同じ形状で形成されている。
【００５４】
保護層１５上には耐キャビテーション層２３が配置され、さらにその上方に液流路を形成する液流路形成部材１９が配置され、液流路形成部材１９にはインク吐出口１７が配置されている。液流路内のされたインク１６がインク吐出口１７から吐出されるメカニズムは上述の実施形態と同じである。
【００５５】
蓄放熱層３５は例えば１．０〜３．０μｍの厚みで形成されており、発熱抵抗体１３と給電配線３４ｃとを絶縁している。また蓄放熱層３５は内部で発熱抵抗体１３の発する熱の一部を蓄熱及び放熱して液体吐出ヘッドの熱応答特性を向上させる作用をなす。即ち発熱抵抗体１３の温度をインク１６中で気泡１８を発生させるのに必要な所定の温度まで短時間で上昇させる蓄熱層としての作用をなす。更に蓄放熱層３５は気泡１８を発生させた後に発熱抵抗体１３の発した不要となった熱を基板１１及び給電配線３４等へ逃がす放熱層としての作用をなす。
【００５６】
窒化珪素層３５ｂは酸化珪素層３５ａからの酸化種の拡散を抑制する機能を有し、少なくとも２００ｎｍ以上の厚みで形成されている。窒化珪素層３５ｂの厚みは、酸化珪素層３５ａ及び絶縁層３１の厚み及び膜質や液体吐出ヘッドの寿命により適値が設定される。例えば酸化珪素層３５ａ及びもしくは絶縁層３１がＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）をソースとした成膜による場合、膜中に多くの水分を含む。このため、発熱抵抗体１３のジュール発熱により、酸化珪素層３５ａ及びもしくは絶縁層３１の膜中から水分が離脱する。そのため窒化珪素層３５ｂは酸化珪素層３５ａ及びもしくは絶縁層３１がＴＥＯＳをソースとした成膜による場合、少なくとも４００ｎｍ以上の厚みで形成することが好ましい。
【００５７】
本第３実施形態の液体吐出ヘッド３によれば、熱応答特性や記録速度を維持しながら、発熱抵抗体１３の経時的な抵抗値変化を抑制でき、液体吐出ヘッド３の寿命を数倍から数１０倍にすることが可能となる。また複雑な回路構成であってもチップ面積を大きくすることがない。
【００５８】
（第４実施形態）
図４（ａ）〜（ｃ）を参照しながら第４実施形態を説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は図１に示す液体吐出ヘッド１の製造方法を示す図１（ａ）におけるＡ−Ａ’断面模式図である。
【００５９】
液体吐出ヘッド１は例えば単結晶シリコンからなる基板１１に形成されている。基板１１上に蓄放熱層１２が配置されている。蓄放熱層１２は例えば酸化珪素の無機質材料で形成され、電気絶縁性と適度な熱伝導性を兼ね備えている。
【００６０】
図４（ａ）に示すとおり、蓄放熱層１２上に発熱抵抗体層４１ａと酸化層４２ａを成膜する。発熱抵抗体層４１ａと酸化層４２ａの成膜には例えばスパッタリング装置を用いる。スパッタリング装置は高真空中で不純物の少ない種々の化合物を成膜することができる。発熱抵抗体層４１ａは例えばタンタル珪素化物（ＴａＳｉ）やタングステン珪素化物（ＷＳｉ）のターゲットにアルゴンと窒素のガス雰囲気中でリアクティブスパッタリングを行うことによって、任意の比抵抗のＴａＳｉＮやＷＳｉＮ等の抵抗材料を成膜できる。更に酸化層４２ａは例えばＴａＳｉやＷＳｉのターゲットにアルゴンと窒素と酸素のガス雰囲気中でリアクティブスパッタリングを行うことによって、任意の組成比のＴａＳｉＯＮやＷＳｉＯＮ等の酸化層を成膜できる。
【００６１】
発熱抵抗体層４１ａと酸化層４２ａの成膜は、同じスパッタリング装置内の減圧下で連続して成膜することが好ましい。なぜなら発熱抵抗体層４１ａ成膜後に大気中に晒すと発熱抵抗体層４１ａと酸化層４２ａとの界面に不純物が導入されて、発熱抵抗体層４１ａに不純物が拡散して発熱抵抗体層４１ａが変質してしまう可能性があるためである。
【００６２】
次に、図４（ｂ）に示すとおり、フォトレジスト等を使用して発熱抵抗体層４１ａと酸化層４２ａを任意のパターンにエッチングして、パターニングする。これにより酸化層４２は発熱抵抗体４１毎に区画される。本実施形態の製造方法においては、発熱抵抗体４１は酸化層４２において保護されているため、パターニング工程中に発熱抵抗体４１と酸化層４２との界面に不純物が導入されることはない。
【００６３】
次に、図４（ｃ）に示すとおり、保護層１５をＣＶＤ等により成膜する。なお、液流路形成部材１９の製造工程は本発明とは関係せず、従来技術を用いることができるため、省略する。
【００６４】
本第４実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法によれば、製造工程中に発熱抵抗体層４１ａと酸化層４２ａを同じスパッタリング装置内の減圧下で連続して成膜するため、発熱抵抗体４１と酸化層４２との界面に不純物が導入されることがない。したがって熱応答特性や記録速度を維持しながら、発熱抵抗体１３の経時的な抵抗値変化を抑制でき、寿命が数倍から数１０倍になる液体吐出ヘッドを製造することが可能となる。
【００６５】
（第５実施形態）
図５を参照しながら第５実施形態を説明する。図５（ａ）は液体吐出ヘッド４の一部を表す平面模式図である。図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ’における液体吐出ヘッドの断面模式図である。第５実施形態では発熱抵抗体の上面をフッ素化合物で保護する別の形態を説明する。
【００６６】
液体吐出ヘッド４は例えば単結晶シリコンからなる基板１１に形成されている。基板１１上に蓄放熱層２２が配置されている。蓄放熱層２２は例えば酸化珪素層２２ａと窒化珪素層２２ｂの積層の無機質材料で形成され、電気絶縁性と適度な熱伝導性を兼ね備えている。蓄放熱層２２上に複数個の発熱抵抗体１３が離間して配置されている。発熱抵抗体１３は例えばＴａＳｉＮ、ＷＳｉＮ等の抵抗材料により形成されている。
【００６７】
発熱抵抗体１３上にフッ化層５１が配置されている。第５実施形態では、図５（ａ）に示すように、発熱抵抗体１３とフッ化層５１は平面的に同じ形状で形成されている。
【００６８】
フッ化層５１上に保護層１５が配置されている。保護層１５は例えば窒化珪素を含む無機材料で形成され、電気絶縁性を備えている。保護層１５上には耐キャビテーション層２３が配置され、さらにその上方に液流路形成部材１９が配置されている。液流路形成部材１９にはインク吐出口１７が形成されている。液流路内のインク１６がインク吐出口１７から吐出されるメカニズムは上述の実施形態と同じである。
【００６９】
フッ化層５１は例えば２ｎｍ以上の厚みで形成されることが好ましい。例えば、フッ化層５１は２ｎｍ〜１０ｎｍの厚みで形成されている。フッ化層５１の厚みは、保護層１５の厚みや液体吐出ヘッド４の寿命により適値が設定される。フッ化層５１はフッ素と発熱抵抗体１３を構成する原子種を１種以上含むフッ素化合物であることが好ましい。なぜならフッ化層５１が発熱抵抗体１３と異なる原子で構成されている場合、発熱抵抗体１３に不純物が拡散して前記発熱抵抗体１３が変質してしまう可能性があるためである。
【００７０】
発熱抵抗体１３の抵抗値が変化するメカニズムは、発熱抵抗体１３の下方に位置する酸化珪素層２２ａや、発熱抵抗体１３の上方に位置するインク１６から水や酸素などの酸化種が抜け出し、発熱抵抗体１３まで拡散して酸化反応することによる。本第５実施形態の液体吐出ヘッド４によれば、予め発熱抵抗体１３上にフッ化層５１があるため、発熱抵抗体１３の酸化速度が抑制され、発熱抵抗体１３の抵抗値変化が抑制される。
【００７１】
酸化反応の進行に関して詳しく説明する。予め発熱抵抗体１３上にフッ化層５１がある場合、まず酸化種がフッ化層５１に吸収される。次に吸収された酸化種がフッ化層５１中を拡散し発熱抵抗体１３の界面に達する。最終的に発熱抵抗体１３が酸化種と反応して酸化される。フッ化層５１は酸化種の拡散を発熱抵抗体１３の酸化層に比べて１／１０〜１／１００に抑えることができる。そのため、予め発熱抵抗体１３上にフッ化層５１があることにより、発熱抵抗体１３の酸化速度が抑制され、発熱抵抗体１３の抵抗値変化が抑制される。
【００７２】
本第５実施形態の液体吐出ヘッド４によれば、熱応答特性や記録速度を維持しながら、発熱抵抗体１３の抵抗値変化を抑制でき、液体吐出ヘッドの寿命を数倍から数１０倍にすることが可能となる。
【００７３】
発熱抵抗体１３上にフッ化層５１を設ける第５実施形態においても、第３実施形態で説明したように、絶縁層内に信号配線と接続配線とを多層にわたって配置し、信号配線と接続された給電配線と発熱抵抗体とを給電接続配線で接続することができる。このような構成により、複雑な回路構成でもチップ面積を大きくすることなく集積度を向上させることが可能である。
【００７４】
（第６実施形態）
図６（ａ）〜（ｄ）を参照しながら第６実施形態を説明する。図６（ａ）〜（ｄ）は、図１に示す液体吐出ヘッド１の酸化層１４をフッ化層６２に変更した液体吐出ヘッドの製造方法を示すＡ−Ａ’断面模式図である。
【００７５】
まず、図６（ａ）に示すように、例えば単結晶シリコンからなる基板１１上に蓄放熱層１２を形成する。蓄放熱層１２は例えば酸化珪素の無機質材料で形成され、電気絶縁性と適度な熱伝導性を兼ね備えている。
【００７６】
次に、蓄放熱層１２上に発熱抵抗体層６１ａを成膜する。発熱抵抗体層６１ａの成膜には例えばスパッタリング装置を用いる。スパッタリング装置は高真空中で不純物の少ない種々の化合物を成膜することができる。発熱抵抗体層６１ａは例えばＴａＳｉやＷＳｉのターゲットにアルゴンと窒素のガス雰囲気中でリアクティブスパッタリングを行うことによって、任意の比抵抗のＴａＳｉＮやＷＳｉＮ等の抵抗材料を成膜できる。
【００７７】
次に、図６（ｂ）に示すとおり、フォトレジスト６３等を使用して発熱抵抗体層６１ａを任意のパターンにエッチングして、パターニングすることで、複数個の発熱抵抗体６１を離間させて形成する。
【００７８】
次に、図６（ｃ）に示すとおり、フォトレジスト６３を除去する際にもしくはフォトレジスト６３を除去した後に、エッチングした発熱抵抗体層をフッ素を含むガス雰囲気下でアッシング（フッ化）する。例えば、基板温度２５０℃、パワー２０Ｗ、Ｏ２/ＣＨＦ３/ＣＨ３ＯＨ＝５００/２５/７５ＳＣＣＭ、１８０Ｐａの減圧プラズマ雰囲気下で２０〜１００ｓｅｃのアッシング処理を行う。これにより少なくとも発熱抵抗体６１の表面に、発熱抵抗体６１を構成する原子種を１種以上含むフッ化層６２が２〜１０ｎｍの厚みで形成される。発熱抵抗体６１上以外にもフッ化層６２が形成されることもあるが、そのほとんどがその後の洗浄や熱処理により除去される。また残存しても特性上問題にはならない。
【００７９】
次に、図６（ｄ）に示すとおり、保護層１５をＣＶＤ等により成膜する。なお、液流路形成部材１９の製造工程は本発明とは関係せず、従来技術を用いることができるため、省略する。
【００８０】
本第６実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法によれば、熱応答特性や記録速度を維持しながら、発熱抵抗体６１の経時的な抵抗値変化を抑制でき、寿命を数倍から数１０倍にした液体吐出ヘッドを製造することが可能となる。
【符号の説明】
【００８１】
１、２、３、４       液体吐出ヘッド
１１               基板（シリコン基板）
１２、２２、３５   蓄放熱層
１３、４１、６１   発熱抵抗体
４１ａ、６１ａ       発熱抵抗体層
１４、４２、４２ａ 酸化層
１５               保護層
２２ａ、３５ａ     酸化珪素層
２２ｂ、３５ｂ     窒化珪素層
２３               耐キャビテーション層
３１               絶縁層
３２               信号配線
３３               接続配線
３４               給電配線
３６               給電接続配線
５１、６２         フッ化層
６３               フォトレジスト
【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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