(57)【要約】【課題】発熱抵抗素子の抵抗値を安定化し、その駆動電流を低減することができ、電源を小型化できる液体吐出装置を提供する。【解決手段】吐出すべき液体を収容する液室４と、上記液室４内に配置されると共に上記液体に気泡を発生させるための発熱抵抗素子７と、上記発熱抵抗素子７による上記液体の気泡の生成に伴って上記液室４内の液体を吐出させるための液体吐出ノズル５とを備え、上記発熱抵抗素子７に駆動電気信号を印加して熱エネルギを液体に付与し上記液体吐出ノズル５から液体を吐出させる液体吐出装置１であって、上記発熱抵抗素子７は、Ｔａ，Ｔｉ或いはＷのいずれかと、ＡｌＮとの化合物を成膜して成るものである。これにより、発熱抵抗素子７の抵抗値を安定化し、その駆動電流を低減することができ、電源を小型化できる。【選択図】      図１２
2004160829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出すべき液体を収容する液室と、
上記液室内に配置されると共に上記液体に気泡を発生させるための発熱抵抗素子と、
上記発熱抵抗素子による上記液体の気泡の生成に伴って上記液室内の液体を吐出させるための液体吐出ノズルと、
を備え、上記発熱抵抗素子に駆動電気信号を印加して熱エネルギを液体に付与し上記液体吐出ノズルから液体を吐出させる液体吐出装置であって、
上記発熱抵抗素子は、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）或いはタングステン（Ｗ）のいずれかと、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）との化合物を成膜して成ることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
上記発熱抵抗素子は、基板部材に対しスパッタリング法により成膜されたものであることを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項３】
上記発熱抵抗素子は、基板部材に対し化学気相成長法により成膜されたものであることを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項４】
上記発熱抵抗素子を保護する被覆層として、タンタル（Ｔａ）或いはタンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）から成るキャビテーション層を形成したことを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項５】
半導体基板の一面に駆動回路素子を形成する工程と、
上記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
上記層間絶縁膜上に、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）或いはタングステン（Ｗ）のいずれかと、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）との化合物を成膜して発熱抵抗素子を形成する工程と、
上記発熱抵抗素子と上記駆動回路素子とを接続する配線層を形成する工程と、
この配線層が形成された半導体基板に対し熱処理を施す工程と、
この熱処理された基板部材に対して、液体吐出ノズルを一壁面に有する液室を構成する工程と、
を行うことを特徴とする液体吐出装置の製造方法。
【請求項６】
上記発熱抵抗素子は、スパッタリング法により成膜することを特徴とする請求項５記載の液体吐出装置の製造方法。
【請求項７】
上記発熱抵抗素子は、化学気相成長法により成膜することを特徴とする請求項５記載の液体吐出装置の製造方法。
【請求項８】
上記発熱抵抗素子を保護する被覆層として、タンタル（Ｔａ）或いはタンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）から成るキャビテーション層を形成することを特徴とする請求項５記載の液体吐出装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱抵抗素子を駆動して所定の液体を液体吐出ノズルから対象物に対して吐出する液体吐出装置及びその製造方法に関し、詳しくは、発熱抵抗素子を熱伝導性に優れ、高抵抗値を有する材料で構成することによって、該発熱抵抗素子の抵抗値を安定化し、その駆動電流を低減することができ、電源を小型化できる液体吐出装置及びその製造方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の液体吐出装置、例えばインクジェット方式のプリントヘッドは、静電引力方式、連続振動発生方式（電気機械変換方式）又はサーマル方式（電気熱変換方式）等の方式でインク液の小滴をノズル部材に形成されたインク吐出ノズルから吐出させ、記録媒体に付着せしめて、文字や画像を印画するものである。特に、サーマル方式のプリントヘッドが簡易にカラー画像を形成できることから、普及が拡大している。このサーマル方式は、熱エネルギをインク液に作用させて液滴を吐出させるようにしたものであり、熱エネルギの作用を受けたインク液が急激な体積の増加を伴う状態に変化し、この状態変化に基づく作用力によって、プリントヘッドのインク吐出ノズルからインク液が吐出されるようになっている。
【０００３】
このようなインク液を吐出させるプリントヘッドでは、熱エネルギを発生させる発熱抵抗素子としてＴａ，ＴａＮｘ，ＴａＡｌ等の材料が用いられている。この発熱抵抗素子にはＭＯＳ或いはバイポーラ型の駆動トランジスタにて駆動電力が供給される。この駆動トランジスタもＭＯＳ或いはバイポーラ型のトランジスタからなるロジック集積回路にて制御されている。そして、印画の高画質化のため、上記発熱抵抗素子は高密度で配置されることが望まれている。例えば、印画密度が６００ＤＰＩ相当のプリントヘッドでは、発熱抵抗素子を例えば４２．３３３μｍ間隔で配置する必要がある。このため、上記発熱抵抗素子及び駆動トランジスタ並びにロジック集積回路が同一半導体基板上に形成されるのが主流となっている。
【０００４】
上記発熱抵抗素子としてのＴａ，ＴａＮｘ，ＴａＡｌ等には、個々に問題点がある。Ｔａにおいては、比抵抗が１７０〜１８０μΩ−ｃｍであって抵抗値そのものが低いため、素子を２分割形状に加工する等の高抵抗化の工夫が必要である。また、ＴａＮｘ（例えばＴａＮ０．８）においては、スパッタリング法を用いて成膜する際に、ＴａＮ０．８が成膜しうる窒素ガス流量の範囲は非常に狭く、成膜制御が難しい。さらに、ＴａＡｌにおいては、比抵抗は２７０〜２８０μΩ−ｃｍであり抵抗値を高くするためにＡｌ含有量を原子百分率で４０〜６０ａｔｏｍ％に設定する必要があるが、Ａｌ含有量の制御性が悪く、Ａｌ含有量が４０ａｔｏｍ％を下回ることが多い。
【０００５】
そこで、これらの従来の発熱抵抗素子に代わるものとして、高い抵抗値を有する材料が検討されている。高抵抗材料としては、金属（ｍｅｔａｌ）とセラミック（ｃｅｒａｍｉｃ：金属の硼化物、炭化物、窒化物、酸化物、珪化物）との化合物であるサーメット（ｃｅｒｍｅｔ）が検討されている。中でも、ヘッドチップを製造する半導体製造プロセスとの整合性を考慮して、Ｔａ，Ｔｉ，Ｗ等の高融点金属と、Ｓｉとの窒化物、酸化物、窒化酸化物が新しい発熱抵抗素子材料として検討されている。具体的には、ＴａとＳｉとＯとを成分元素とする発熱抵抗体が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、組成の成分元素に少なくともＴａとＳｉとＯとＮとを含む発熱抵抗体が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２８９２０７号公報（第２頁）
【特許文献２】
特開２００１−３２２２８３号公報（第２頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１，２に記載されたＴａ−Ｓｉ−Ｏ系の化合物を発熱抵抗素子とした場合は、抵抗値は高くなるが、駆動電気パルスを印加したときに抵抗値が容易に変化すると共に断線し易く、発熱抵抗素子材料として必ずしも安定な材料とは言えないものである。
【０００８】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、発熱抵抗素子を熱伝導性に優れ、高抵抗値を有する材料で構成することによって、該発熱抵抗素子の抵抗値を安定化し、その駆動電流を低減することができ、電源を小型化できる液体吐出装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による液体吐出装置は、吐出すべき液体を収容する液室と、上記液室内に配置されると共に上記液体に気泡を発生させるための発熱抵抗素子と、上記発熱抵抗素子による上記液体の気泡の生成に伴って上記液室内の液体を吐出させるための液体吐出ノズルとを備え、上記発熱抵抗素子に駆動電気信号を印加して熱エネルギを液体に付与し上記液体吐出ノズルから液体を吐出させる液体吐出装置であって、上記発熱抵抗素子は、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）或いはタングステン（Ｗ）のいずれかと、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）との化合物を成膜して成るものである。
【００１０】
このような構成により、液室内に収容された液体に気泡を発生させるための発熱抵抗素子を、Ｔａ，Ｔｉ或いはＷのいずれかと、ＡｌＮとの化合物を成膜して成ることにより、該発熱抵抗素子を例えばＴａＡｌＮ化合物、ＴｉＡｌＮ化合物或いはＷＡｌＮ化合物で構成してその抵抗値を安定化し、その抵抗値が高いことから駆動電流を低減することができ、電源を小型化できる。
【００１１】
また、本発明による液体吐出装置の製造方法は、半導体基板の一面に駆動回路素子を形成する工程と、上記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、上記層間絶縁膜上に、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）或いはタングステン（Ｗ）のいずれかと、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）との化合物を成膜して発熱抵抗素子を形成する工程と、上記発熱抵抗素子と上記駆動回路素子とを接続する配線層を形成する工程と、この配線層が形成された半導体基板に対し熱処理を施す工程と、この熱処理された基板部材に対して、液体吐出ノズルを一壁面に有する液室を構成する工程とを行うものである。
【００１２】
このような方法により、液体吐出装置の基板部材を薄膜プロセス及びフォトリソグラフィ工程並びにエッチング処理などの半導体製造プロセスにより形成することで、発熱抵抗素子を例えばＴａＡｌＮ化合物、ＴｉＡｌＮ化合物或いはＷＡｌＮ化合物で構成して安定化し、その抵抗値を高くすることができ、また同一半導体基板上に高密度の発熱抵抗素子及び駆動回路素子を形成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による液体吐出装置の実施の形態を示す要部拡大断面図である。この液体吐出装置は、発熱抵抗素子を駆動して所定の液体を液体吐出ノズルから対象物に対して吐出するもので、一例としては、サーマル方式（電気熱変換方式）でインク液の小滴をノズル部材に形成されたインク吐出ノズルから吐出させ、記録媒体に付着せしめて、文字や画像を印画するインクジェット方式のプリントヘッドである。
【００１４】
図１において、このインクジェット方式のプリントヘッド１は、ノズル部材２と、基板部材３とを備えて成る。ノズル部材２は、吐出すべき液体（インク液）を収容する液室としてのインク室４の一側面を構成すると共に、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの各色のインク用に多数の液体吐出ノズル、即ちインク吐出ノズル５が形成されている。このノズル部材２は、例えば厚さ１５〜２０μｍ程度のシート部材から成り、その所定位置に直径約２０μｍ程度のインク吐出ノズル５が数百個、整列された状態で形成されている。
【００１５】
上記ノズル部材２の一面には、後述の液室形成部材６を介して基板部材３が接着されている。この基板部材３は、上記インク室４の一側面とは異なる側面を構成し、該インク室４内のインク液を上記インク吐出ノズル５から吐出させるための発熱抵抗素子７が形成されており、いわゆるヘッドチップと呼ばれるものである。この発熱抵抗素子７は、駆動電気パルスの印加により発熱してインク室４内に収容されたインク液に熱エネルギを付与し、インク吐出ノズル５からインク液滴８を吐出させるもので、シリコン（Ｓｉ）から成る半導体基板９の一方の面に析出形成されている。なお、発熱抵抗素子７は、例えば一辺が約１８μｍ程度の正方形状をなし、或いは、約２０μｍ長で９．６μｍ幅の分割抵抗素子から成る２分割形状をなしている。
【００１６】
上記ノズル部材２と半導体基板９との間に積層された液室形成部材６は、その一端面が発熱抵抗素子７に接近して配置されており、ノズル部材２の面と半導体基板９の面と液室形成部材６の一端面とで囲まれた空間がインク室４とされている。上記液室形成部材６は、例えば露光硬化型のドライフィルムレジストから成り、上記半導体基板９の発熱抵抗素子７が形成された面の全体に積層された後、フォトリソプロセスによって不要な部分が取り除かれることによって形成されている。なお、液室形成部材６の厚みは、約１２μｍ程度とされている。また、インク室４の幅は、約２５μｍ程度とされている。
【００１７】
そして、上記ノズル部材２には、流路板１０が貼り合わされている。この流路板１０の板厚の内部には、インク室４へインク液を供給するためのインク流路１１が形成されている。なお、流路板１０には、インク流路１１に連通するインク供給管１２が接続されている。上記流路板１０は、１色のインクごとに１個設けられ、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色では４個並列に設けられている。
【００１８】
このような状態で、上記基板部材３に形成された発熱抵抗素子７と外部の図示外の制御部とがフレキシブル基板（図示せず）により電気的に接続されて駆動制御される。そして、上記発熱抵抗素子７に駆動電気信号を印加して駆動し、熱エネルギをインク液に付与しインク吐出ノズル５からインク液滴８を吐出させるようになっている。
【００１９】
ここで、本発明においては、上記発熱抵抗素子７は、タンタル（Ｔａ）と窒化アルミニウム（ＡｌＮ）との化合物を成膜して構成されている。また、上記発熱抵抗素子７を保護する被覆層として、タンタル（Ｔａ）或いはタンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）から成るキャビテーション層が形成されている。発熱抵抗素子７の材料としてＡｌＮを用いるのは、ＡｌＮが絶縁物であると共に、８０〜１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）という優れた熱伝導性を有するからである。また、上記発熱抵抗素子７を保護する被覆層としてＴａＡｌを形成するのは、正方晶構造のβ−Ｔａの結晶粒界にＡｌが存在するＴａＡｌがインク液滴の消泡時の機械的衝撃（キャビテーション）を吸収緩和すると共に、インク液成分による化学反応に対する保護層として機能するからである。
【００２０】
Ｔａの窒化物であるＴａ２Ｎと、Ａｌの窒化物であるＡｌＮの標準生成熱を比較すると、前者は−２１．７３ｋｃａｌ／ｇ−ｍｏｌであり、後者は−３８．０５ｋｃａｌ／ｇ−ｍｏｌであることから、ＴａＡｌ化合物を窒化させることでＡｌが窒化され、ＡｌＮを含んだＴａＡｌＮ化合物が形成される。本願の発明者らはこのＴａＡｌ化合物において、Ａｌ含有量を変化させることで、特にＡｌ含有量を１５ａｔｏｍ％程度とすることで、β−Ｔａの結晶粒界にＡｌが存在するＴａＡｌが形成できることを確認している。
【００２１】
このＡｌ含有量１５ａｔｏｍ％のＴａＡｌを、図２に示すように、ＴａＡｌから成る合金ターゲット（例えばＴａ：Ａｌの組成＝６：４）１３を用いて、半導体基板９の表面にスパッタリング成膜する際に、成膜室内にＮ２ガスを添加するとＮ２／Ａｒプラズマが生成される。このＮ２／Ａｒプラズマ中の窒素活性種がＴａＡｌスパッタリング成膜過程にて、ＴａＡｌの成膜種と反応する。このとき、Ｔａ２ＮよりもＡｌＮの標準生成熱の方がより大きい負の値を有するために、主にＡｌの窒化が進行し、ＡｌＮが生成される。なお、図２において、符号１４は半導体基板９の加熱試料台を示しており、陽極側となる。符号１５はマグネトロンカソードを示しており、陰極側となる。
【００２２】
上記Ａｌ含有量が１５ａｔｏｍ％程度の場合では、ＡｌはＴａの結晶粒界に存在するために、図３（ａ）に示すように、Ｔａの結晶粒界にＡｌＮが存在するＴａＡｌＮ膜が形成される。ＡｌＮは、比抵抗が１ｘ１０１４μΩ−ｃｍである絶縁物であるため、抵抗値の上昇に寄与する。また、その熱伝導率は８０〜１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）（Ｔａの熱伝導率は５４Ｗ／（ｍ・Ｋ））であって熱伝導性に優れた材料であり、発熱抵抗素子７中に含まれることで発熱効率の向上に寄与する。さらに、Ｔａの結晶粒界にＡｌＮが存在する場合は、その粒界を補強することにも寄与し、断線しにくい材料となる。
【００２３】
また、Ａｌ含有量が４０〜６０ａｔｏｍ％の領域では、ＴａＡｌはアモルファス状態であるが、この場合においてもＮ２／Ａｒガスを用いた反応性スパッタリング法でＴａＡｌを窒化させ、ＴａＡｌＮを形成することは可能である。この場合においては、図３（ｂ）に示すように、Ｔａ４Ｎ，Ｔａ２Ｎ，ＴａＮ０．８，ＡｌＮが混在するＴａＡｌＮが成膜される。
【００２４】
以上においては、発熱抵抗素子７を、ＴａとＡｌＮとの化合物としてＴａＡｌＮを成膜したものとして説明したが、本発明はこれに限らず、チタン（Ｔｉ）とＡｌＮとの化合物としてＴｉＡｌＮを成膜してもよい。或いは、タングステン（Ｗ）とＡｌＮとの化合物としてＷＡｌＮを成膜してもよい。ＴｉＡｌＮは、合金ターゲット１３としてＴｉＡｌを用い、Ｎ２／Ａｒガスを用いた反応性スパッタリング法で成膜することができる。また、ＷＡｌＮは、合金ターゲット１３としてＷＡｌを用い、Ｎ２／Ａｒガスを用いた反応性スパッタリング法で成膜することができる。
【００２５】
また、上記発熱抵抗素子７の基板部材３への成膜は、スパッタリング法に限られず、化学気相成長法（ＣＶＤ法）により成膜されたものであってもよい。
【００２６】
以上のことから、熱伝導性に優れ、高抵抗も実現しうるＴａＡｌＮ，ＴｉＡｌＮ或いはＷＡｌＮを成膜することが可能となり、これらをサーマル方式のプリントヘッド１の発熱抵抗素子７として構成することで、寄生抵抗による熱エネルギの損失が少なく安定化し、駆動電流の低減が可能なプリントヘッドを実現することが可能となる。
【００２７】
次に、上記のように構成される液体吐出装置、例えばプリントヘッド１の製造方法について、図４〜図１２を参照して説明する。まず、図４において、半導体基板９（Ｓｉ基板）に洗浄工程を施し、該半導体基板９上にシリコン窒化膜を堆積し、リソグラフィー工程を経てリアクティブイオンエッチング工程を施し、トランジスタを形成する領域上にＳｉ３Ｎ４膜が残るようにする。そして、熱酸化工程を施し、Ｓｉ３Ｎ４膜が除去された領域に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）となる熱シリコン酸化膜１６を例えば５００ｎｍ形成する。その後、この熱シリコン酸化膜１６はエッチングされ、最終膜厚は例えば２６０ｎｍとなる。
【００２８】
次に、再び洗浄工程を施し、トランジスタ形成領域にタングステンシリサイド／ポリシリコン／熱酸化膜構造のゲートを形成し、ソース・ドレイン領域を形成するためのイオン注入工程、熱処理工程を施し、ＭＯＳ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型のトランジスタを形成する。これらの工程により２５Ｖ程度の耐圧を有するＭＯＳ型の駆動トランジスタから成る駆動回路素子１７と、５Ｖ動作のＭＯＳトランジスタから成るロジック集積回路１８とを形成する。上記２５Ｖ程度の耐圧を有するＭＯＳ型の駆動トランジスタの形成はゲート／ドレイン間に低濃度の拡散層或いは熱シリコン酸化膜を形成し、その部分で加速される電子の電界を緩和することで耐圧を確保する。
【００２９】
次に、ＣＶＤ法にてリンが添加されたシリコン酸化膜であるＰＳＧ膜を例えば１００ｎｍ堆積し、引き続きボロンとリンが添加されたシリコン酸化膜であるＢＰＳＧ膜を例えば５００ｎｍ堆積する。これにより６００ｎｍ膜厚の１層目の層間絶縁膜１９ａを形成する。その後、上記１層目の層間絶縁膜１９ａにフォトリソグラフィー工程を施し、Ｃ４Ｆ８／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を用いて、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２０を開口する。
【００３０】
次に、希フッ酸洗浄を施し、スパッタリング法にてＴｉを例えば３０ｎｍ、ＴｉＯＮバリアメタルを７０ｎｍ、さらにＴｉを３０ｎｍ順次堆積し、Ｓｉが１ａｔｏｍ％添加されたＡｌ（或いはＣｕが０．５ａｔｏｍ％添加されたＡｌ）を５００ｎｍ堆積する。その上に反射防止膜としてＴｉＯＮを例えば２５ｎｍ堆積する。その後、フォトリソグラフィー工程、ドライエッチング工程を施し、１層目のアルミ配線（Ａｌ−Ｓｉ或いはＡｌ−Ｃｕ配線）２１を形成する。
【００３１】
次に、上記１層目のアルミ配線２１上にＣＶＤ法でＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）を原料ガスとしてシリコン酸化膜を堆積する。その上層にＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）と呼ぶ有機溶媒を含む塗布型シリコン酸化膜を塗布する。この積層膜を、フッ素系ガスを用いて全面エッチバックすることにより平坦化する。この工程を２回繰り返すことにより、例えば４４０ｎｍ膜厚のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなる２層目の層間絶縁膜１９ｂを形成する。
【００３２】
次に、図５において、上記２層目の層間絶縁膜１９ｂ上に、反応性スパッタリング法にて発熱抵抗素子７としてＴａＡｌＮ膜を例えば５０〜１００ｎｍ堆積させる。このとき、図２に示すように、半導体基板９を直流マグネトロン・スパッタリング装置内のスパッタ成膜チェンバーに搭載する。ここでは、予めＴａとＡｌが６：４の割合で調合され、焼結されて作成されたＴａ−Ａｌ合金ターゲット１３を用意し、スパッタ成膜室にＮ２ガス及びＡｒガスを導入し、グロー放電を起こし、反応性スパッタリング法にてＴａＡｌＮを堆積させる。
【００３３】
この場合、半導体基板９の加熱温度を約２００℃に設定し、直流印加電力は約２〜４ｋＷとし、Ａｒ流量は２５ｓｃｃｍで一定とし、Ｎ２ガス流量を５〜２５ｓｃｃｍと可変させた。Ｔａ−Ａｌ合金ターゲット１３の組成比はＴａ：Ａｌ＝６：４となっているが、ＴａとＡｌのスパッタリング率は異なるため、実際に成膜されたＴａＡｌはＡｌ含有量１５ａｔｏｍ％となる。また、Ｎ２ガス流量を可変させることで２００〜２０００μΩ−ｃｍの比抵抗を有するＴａＡｌＮが成膜される。
【００３４】
上記Ａｌ含有量１５ａｔｏｍ％の場合では、Ｎ２ガスを添加しないと、Ａｌがβ−Ｔａの結晶粒界に存在する構造のＴａＡｌが成膜されることから、Ｎ２／Ａｒガスを用いた場合では、β−Ｔａの結晶粒界にＡｌＮが存在する構造のＴａＡｌＮが形成される（図３（ａ）参照）。またＮ２ガス添加量を可変することで、Ｔａ４Ｎ，Ｔａ２Ｎ，ＴａＮ０．８，ＡｌＮが混在するＴａＡｌＮが成膜される（図３（ｂ）参照）。その後、フォトグラフィー工程を施し、ＢＣｌ３／Ｃｌ２系ガスを用いたドライエッチングを行い、正方形状あるいは２分割形状の発熱抵抗素子７が形成される。
【００３５】
次に、図６において、上記発熱抵抗素子７上に、該発熱抵抗素子７を保護するためにＳｉ３Ｎ４膜から成る保護層２２をＣＶＤ法で例えば３００ｎｍ堆積する。
【００３６】
次に、発熱抵抗素子７と後述の２層目のアルミ配線２５とを接続するためのコンタクト領域となる部分を規定し、図７において、上記堆積された保護層２２に対してフォトレジスト工程を施し、ＣＨＦ３／ＣＦ４／Ａｒ系ガスを用いたドライエッチング法により上記コンタクト部分となるＳｉ３Ｎ４膜をエッチングする。また、前記１層目のアルミ配線２１と２層目のアルミ配線２５とを接続するビアホール２３をＣＨＦ３／ＣＦ４／Ａｒ系ガスを用いたドライエッチング法で開口する。
【００３７】
図７においてビアホール２３を開口した後、Ｔｉを２００ｎｍ堆積して、図８に示すように、Ｓｉが１ａｔｏｍ％添加された（或いはＣｕが０．５ａｔｏｍ％添加された）Ａｌ膜２４を例えば６００ｎｍ堆積し、その上層にＴｉＯＮ反射防止膜を２５ｎｍ堆積する。
【００３８】
次に、上記Ａｌ膜２４に対してフォトレジスト工程により配線パターンを形成し、図９に示すように、ＢＣｌ３／Ｃｌ２ガスを用いたドライエッチングにより、２層目のアルミ配線（Ａｌ−Ｓｉ或いはＡｌ−Ｃｕ配線）２５を形成する。この２層目のアルミ配線２５により発熱抵抗素子７への電源配線２５ａ及び接地（ＧＮＤ）配線２５ｂが形成される。この場合、上記発熱抵抗素子７上には予めＳｉ３Ｎ４層を保護層２２として形成してあるため、本工程による発熱抵抗素子７へのダメージを回避することが可能となる。なお、前記１層目のアルミ配線２１と２層目のアルミ配線２５とはビアホール２３で接続されているので、上記発熱抵抗素子７と前記駆動回路素子１７とが接続される。
【００３９】
次に、図１０において、上記２層目のアルミ配線２５，２５ａ，２５ｂの上層に、オーバーコート層としてＳｉ３Ｎ４層から成る保護層２２をＣＶＤ法で例えば４００ｎｍ堆積する。なお、この保護層２２は、例えばインク液に対するバリア層となる。
【００４０】
次に、この状態の半導体基板９を図示外の熱処理炉に搬送し、４％の水素を添加した窒素ガス（フォーミングガス）雰囲気あるいは１００％の窒素ガス雰囲気中で、例えば４００℃、６０分間の熱処理を施す。この熱処理により、１層目のアルミ配線２１と２層目のアルミ配線２５とのコンタクト部での接触が安定化し、そのコンタクト抵抗が低減し、さらにＭＯＳトランジスタの動作が安定化される。
【００４１】
次に、上記熱処理された半導体基板９を、図１１において、直流マグネトロン・スパッタリング装置内のスパッタ成膜チェンバーに搭載し、キャビテーション層２６としてのＴａ膜（β−Ｔａ）を例えば２００ｎｍ堆積する。その後、フォトレジスト工程により所望の保護層パターンを規定し、ＢＣｌ３／Ｃｌ２ガスを用いたドライエッチングにより、所望形状のキャビテーション層２６に加工される。このキャビテーション層２６は、インク液滴の消泡時の機械的衝撃（キャビテーション）を吸収緩和すると共に、インク液成分による化学反応に対する保護層として機能し、発熱抵抗素子７を保護する被覆層となる。この状態で、図１に示す基板部材３が製造され、いわゆるヘッドチップと呼ばれるものとなる。
【００４２】
その後、図１２に示すように、上記基板部材３の発熱抵抗素子７が形成された部位の側面に、有機材料からなる液室形成部材６を貼り付けてインク室４を形成し、この液室形成部材６を介してノズル部材２が接着される。このノズル部材２には、多数のインク吐出ノズル５が形成されており、上記インク室４の位置に合致されている。これにより、液体吐出装置としてのプリントヘッド１が製造される。
【００４３】
なお、以上においては、Ａｌ含有量が１５ａｔｏｍ％のＴａＡｌＮについて説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、組成比Ｔａ：Ａｌ＝５：５のＴａＡｌ合金ターゲット１３を用いた場合はＡｌ含有量４０ａｔｏｍ％のアモルファス状のＴａＡｌが成膜される。これを窒化させると、Ｔａ４Ｎ，Ｔａ２Ｎ，ＴａＮ０．８とＡｌＮが混在するＴａＡｌＮが成膜され、このＴａＡｌＮを発熱抵抗素子７として用いることも可能である。
【００４４】
また、ＷＡｌ合金ターゲット１３を用いた場合はＷ，ＷＮとＡｌＮが混在するＷＡｌＮが成膜され、これも発熱抵抗素子７として有用である。さらに、ＴｉＡｌ合金ターゲット１３を用いた場合はＴｉＮ，ＡｌＮが混在するＴｉＡｌＮが成膜され、これも発熱抵抗素子７として適用可能である。いずれの材料もＢＣｌ３／Ｃｌ２ガスやフッ素系ガスを用いたドライエッチングにて加工可能であり、半導体製造プロセスを用いたヘッドチップの製造に適合可能である。
【００４５】
また、上記発熱抵抗素子７の基板部材３への成膜は、スパッタリング法に限られず、化学気相成長法（ＣＶＤ法）により成膜してもよい。
【００４６】
さらに、以上の説明では、本発明をインクジェット方式のプリントヘッドに適用したものとしたが、これに限られず、発熱抵抗素子を駆動して所定の液体を液体吐出ノズルから対象物に対して吐出するものであるならば、他の液体吐出装置にも適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１〜３に係る液体吐出装置によれば、液室内に収容された液体に気泡を発生させるための発熱抵抗素子を、Ｔａ，Ｔｉ或いはＷのいずれかと、ＡｌＮとの化合物を成膜して成ることにより、該発熱抵抗素子を例えばＴａＡｌＮ化合物、ＴｉＡｌＮ化合物或いはＷＡｌＮ化合物で構成してその抵抗値を安定化し、その抵抗値が高いことから駆動電流を低減することができる。このことから、電源を小型化できる。
【００４８】
また、請求項４に係る発明によれば、上記発熱抵抗素子を保護する被覆層として、Ｔａ或いはＴａＡｌから成るキャビテーション層を形成したことにより、正方晶構造のβ−Ｔａの結晶粒界にＡｌが存在するＴａＡｌが、例えばインク液滴の消泡時の機械的衝撃を吸収緩和すると共に、インク液成分による化学反応に対する保護層としての機能を発揮することができる。
【００４９】
一方、請求項５〜７に係る液体吐出装置の製造方法によれば、液体吐出装置の基板部材を薄膜プロセス及びフォトリソグラフィ工程並びにエッチング処理などの半導体製造プロセスにより形成することで、発熱抵抗素子を例えばＴａＡｌＮ化合物、ＴｉＡｌＮ化合物或いはＷＡｌＮ化合物で構成してその抵抗値を安定化し、その抵抗値が高いことから駆動電流を低減することができる。また、同一半導体基板上に高密度の発熱抵抗素子及び駆動回路素子を形成することができる。
【００５０】
また、請求項８に係る発明によれば、上記発熱抵抗素子を保護する被覆層として、Ｔａ或いはＴａＡｌから成るキャビテーション層を形成することにより、正方晶構造のβ−Ｔａの結晶粒界にＡｌが存在するＴａＡｌが、例えばインク液滴の消泡時の機械的衝撃を吸収緩和すると共に、インク液成分による化学反応に対して保護する保護層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液体吐出装置の一例としてのインクジェット方式のプリントヘッドの実施の形態を示す要部拡大断面図である。
【図２】上記プリントヘッドに用いる発熱抵抗素子をスパッタリング法により成膜する状態を示す説明図である。
【図３】上記スパッタリング法により成膜された発熱抵抗素子としての例えばＴａＡｌＮ化合物の構造を示す説明図である。
【図４】本発明による液体吐出装置の製造方法を説明する工程図であり、一例としてのインクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図５】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図６】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図７】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図８】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図９】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図１０】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図１１】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【図１２】同じく、インクジェット方式のプリントヘッドを半導体製造プロセスにより製造する工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１…プリントヘッド（液体吐出装置）
２…ノズル部材
３…基板部材
４…インク室（液室）
５…インク吐出ノズル（液体吐出ノズル）
６…液室形成部材
７…発熱抵抗素子
８…インク液滴
９…半導体基板
１０…流路板
１１…インク流路
１２…インク供給管
１７…駆動回路素子
１８…ロジック集積回路
２１…１層目のアルミ配線
２５…２層目のアルミ配線
２６…キャビテーション層
【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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