(57)【要約】【課題】エネルギー効率に優れ、かつ一般的に半導体材料として使われているＡｌ（アルミニウム）を代表とする金属配線材料を使用できるインクジェット用記録ヘッドの構造、および製造方法を提供する。【解決手段】基板４０上に第１金属配線４４を形成し、第１金属配線４４上に絶縁膜４６を形成し、絶縁膜４６上に複数の第２金属配線５２をパターン形成し、互いに異なる組成体からなる積層絶縁膜５４、５６を全面に形成した後、積層絶縁膜５４、５６の複数層をエッチング除去することにより、第２金属配線５２と絶縁層の段差部Ａに段差緩和構造を形成し、第２金属配線５２と絶縁膜５４、５６上に発熱抵抗体６０を形成する。異なる組成体からなる絶縁膜の複数層をエッチング除去することでエッチングの終点を検出可能としている。発熱抵抗体６０表面に酸化膜６４を形成し、金属配線との接触を下面とすることで、発熱抵抗体６０の保護層を省略することができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、基板上に設けられた第１の配線と、前記第１の配線上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に形成され前記第１の配線と接触する第２の配線と、前記第２の配線上に配置され、表面に自己酸化保護膜をインクとの接触界面として備える発熱層と、を有するインクジェット用記録ヘッド。
【請求項２】
前記第１の配線がアルミニウムもしくはアルミニウム合金を主成分とする金属である請求項１に記載のインクジェット用記録ヘッド。
【請求項３】
前記発熱層がＴａＳｉＯ膜である請求項１に記載のインクジェット用記録ヘッド。
【請求項４】
基板と、基板上に設けられた第１の配線と、前記第１の配線上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に形成され前記第１の配線と接触する第２の配線と、前記第２の配線上に配置され、表面に自己酸化保護膜をインクとの接触界面として備える発熱層と、を備え、前記絶縁層の上で前記第２の配線の端部に生じると段差部を埋める段差緩和部を形成したことを特徴とするインクジェット用記録ヘッド。
【請求項５】
前記第１の配線がアルミニウムもしくはアルミニウム合金を主成分とする金属である請求項４に記載のインクジェット用記録ヘッド。
【請求項６】
前記発熱層がＴａＳｉＯ膜である請求項４に記載のインクジェット用記録ヘッド。
【請求項７】
前記段差緩和部が、前記第２の配線上に形成された互いに異なる組成体からなる積層絶縁膜で構成されていることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット用記録ヘッド。
【請求項８】
基板上に第１の配線を形成し、第１の配線上に絶縁膜を形成し、絶縁膜上に第２の配線をパターン形成し、少なくとも１種類以上の組成体からなる絶縁膜を全面に形成したあと、前記絶縁膜をエッチング除去することにより、前記第２の配線の端部に生じる段差部に段差緩和部を形成し、ついで前記第２の配線と前記絶縁膜上に発熱抵抗体を形成する工程を備えたインクジェット用記録ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記絶縁膜が、互いに組成の異なる２種類以上の絶縁膜であり、前記段差緩和構造部において、各絶縁膜組成の違いを利用して前記絶縁膜のエッチング量の調整を行うことを特徴とする請求項８に記載のインクジェット用記録ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
請求項１または請求項４に記載のインクジェット用記録ヘッドを備えたインクジェット記録カートリッジ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のインクジェット記録カートリッジを備えたインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェット記録方式を用いるインクジェット用記録ヘッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に市販されているサーマルインクジェットプリンタの記録ヘッド構造の多くは、ヒータ１００の表面にヒータ保護膜１０２として、Ｔａと絶縁膜（ＳｉＮあるいはＳｉＯ2膜）の積層構造を使用している（図３）。
【０００３】
しかし、ヒータ保護膜１０２（Ｔａ積層膜）をヒータ１００表面に形成することにより、ヒータ１００からインクへ伝わる熱がヒータ保護膜１０２（Ｔａ積層膜）によって阻害され、エネルギー効率（投入した電気エネルギーがインクを沸騰させるエネルギーに変換される割合）が低下しており、消費電力の増大する原因となっている。
【０００４】
このため図４に示すようにヒータとなる発熱抵抗体１０４自身（素材はＴａＳｉＯ、ＣｒＳｉＯなど）の表面に自己形成酸化膜１０６を形成し、図３に示すようなＴａ積層膜からなるヒータ保護膜１０２を不要とする構造が提案されている（例えば特許文献１〜２参照）。
【０００５】
また、ヒータ１０４を接続している配線１０８がインクに腐食されないように、Ｎｉ、Ｎｉ+Ａｕを配線材料として使用することが提案されている（例えば特許文献１、３、４参照）。
【０００６】
しかしＮｉやＮｉ化合物は発ガン性物質として知られており、ＰＲＴＲ法の規制物質となっている（ＰＲＴＲ＝Ｐollutant(汚染物質)Ｒelease(排出)and Ｔransfer(移動)Ｒegister(登録)）。よって安全、環境の面から制約が多い物質であるため今後、工業製品として使用するのは望ましくない。Ａｌ配線材料は半導体プロセス材料として一般に使われており、その加工性、取り扱いが容易である。
【０００７】
一方、単にＮｉ、Ｎｉ+Ａｕ材料と置き換えた場合、インクによる腐食からＡｌ配線を保護するのは０．５〜１．０μｍ程度の膜厚の酸化膜のみとなり、信頼性の上で問題がある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−７１８８８号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平６−２３８９０１号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献３】
特開平９−３００６２３号公報（第２−４頁、第１図）
【特許文献４】
特開平１０-１６２４２号公報（第２−３頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、エネルギー効率に優れ、かつ一般的に半導体材料として使われているＡｌ（アルミニウム）を代表とする金属配線材料を使用できるインクジェット用記録ヘッドの構造、および製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のインクジェット用記録ヘッドは基板と、基板上に設けられた第１の配線と、前記第１の配線上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に形成され前記第１の配線と接触する第２の配線と、前記第２の配線上に配置され、表面に自己酸化保護膜をインクとの接触界面として備える発熱層と、を有することを特徴とする。
【００１１】
上記構成の発明では、発熱層は絶縁層上に形成された第２の配線上に配置されているため、インクと接触するのは発熱層の表面に形成された自己酸化保護膜であり、第２の配線がインクと接触することはない。そのため第２の配線をインクによる腐食から保護するＮｉやＮｉにＡｕをコートした保護層を設ける必要がない。また、発熱層と第２の配線の接触は発熱層の下面で行なわれるので、第２の配線は発熱層によって保護され、インクに接触して腐食する恐れはない。
【００１２】
請求項２に記載のインクジェット用記録ヘッドは第１の配線がアルミニウムもしくはアルミニウム合金を主成分とする金属であることを特徴とする。
【００１３】
上記構成の発明では、アルミニウムもしくはアルミニウム合金を主成分とする金属を第１の配線に使用することで発熱層との接触抵抗（電気抵抗）を小さくすることができる。
【００１４】
請求項３に記載のインクジェット用記録ヘッドは発熱層がＴａＳｉＯ膜であることを特徴とする。
【００１５】
上記構成の発明では、発熱層がＴａＳｉＯ膜であるため発熱層表面に自己酸化保護膜を形成することが可能であり、Ｔａと絶縁膜などからなる積層保護膜を発熱層上に形成せずに発熱層表面をインクと接触させる構造とすることができる。これにより発熱層の熱効率低下を抑えることができる。
【００１６】
請求項４に記載のインクジェット用記録ヘッドは基板と、基板上に設けられた第１の配線と、前記第１の配線上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に形成され前記第１の配線と接触する第２の配線と、前記第２の配線上に配置され、表面に自己酸化保護膜をインクとの接触界面として備える発熱層と、を備え、前記絶縁層の上で前記第２の配線の端部に生じると段差部を埋める段差緩和部を形成したことを特徴とする。
【００１７】
上記構成の発明では、絶縁層と、絶縁層上に形成された第２の配線との端部に生じる段差部に段差緩和部を形成したことで、段差部の角によって薄い発熱層が断線することを防ぐことができる。
【００１８】
請求項５に記載のインクジェット用記録ヘッドは第１の配線がアルミニウムもしくはアルミニウム合金を主成分とする金属であることを特徴とする。
【００１９】
上記構成の発明では、アルミニウムもしくはアルミニウム合金を主成分とする金属を第１の配線に使用することで発熱層との接触抵抗（電気抵抗）を小さくすることができる。
【００２０】
請求項６に記載のインクジェット用記録ヘッドは発熱層がＴａＳｉＯ膜であることを特徴とする。
【００２１】
上記構成の発明では、発熱層がＴａＳｉＯ膜であるため発熱層表面に自己酸化保護膜を形成することが可能であり、Ｔａと絶縁膜などからなる積層保護膜を発熱層上に形成せずに発熱層表面をインクと接触させる構造とすることができる。これにより発熱層の熱効率低下を抑えることができる。
【００２２】
請求項７に記載のインクジェット用記録ヘッドは段差緩和部が、第２の配線上に形成された互いに異なる組成体からなる積層絶縁膜で構成されていることを特徴とする。
【００２３】
上記構成の発明では、第２の配線上に形成された積層絶縁膜をエッチング等で一旦除去し、第２の配線の端部に積層絶縁膜を残すことで段差緩和部を形成している。このとき、エッチング等による段差拡大を防ぐため、絶縁膜除去作業の終点を検出可能な膜との積層構造としている。
【００２４】
請求項８に記載のインクジェット用記録ヘッドの製造方法は基板上に第１の配線を形成し、第１の配線上に絶縁膜を形成し、絶縁膜上に第２の配線をパターン形成し、少なくとも１種類以上の組成体からなる絶縁膜を全面に形成したあと、前記絶縁膜をエッチング除去することにより、前記第２の配線の端部に生じる段差部に段差緩和部を形成し、ついで前記第２の配線と前記絶縁膜上に発熱抵抗体を形成する工程を備えたことを特徴とする。
【００２５】
上記構成の発明では、少なくとも１種類以上の組成体からなる絶縁膜を全面に形成した後、絶縁膜をエッチング除去することで第２の配線と絶縁層の段差部に段差緩和部を形成し、かつエッチングの終点を検出可能としている。さらに、エッチング後に発熱抵抗体を形成することで発熱抵抗体と配線との接触（電気）抵抗を小さくすることができる。また、エッチングにより第２の配線と積層絶縁膜との段差部分にテーパーがつくため、ここが段差緩和部となり、抵抗体の断線を防ぐことができる。
【００２６】
請求項９に記載のインクジェット用記録ヘッドの製造方法は、前記絶縁膜が、互いに組成の異なる２種類以上の絶縁膜であり、前記段差緩和構造部において、各絶縁膜組成の違いを利用して前記絶縁膜のエッチング量の調整を行うことを特徴とする。
【００２７】
上記構成の発明では、絶縁膜が互いに組成の異なる２種類以上の絶縁膜であるため、エッチング時に一方の絶縁膜のエッチング終了を検出可能とすることで絶縁膜のエッチング量の調整を精密に行うことができる。
【００２８】
請求項１０に記載のインクジェット記録カートリッジは請求項１または請求項４に記載のインクジェット用記録ヘッドを備えたことを特徴とする。
【００２９】
上記構成の発明では、請求項１または請求項４に記載のインクジェット用記録ヘッドを使用することで、エネルギー効率に優れ、かつ一般的に半導体材料として使われているＡｌ（アルミニウム）を代表とする金属配線材料を使用できるインクジェット記録カートリッジとすることができる。
【００３０】
請求項１１に記載のインクジェット記録装置は請求項１０に記載のインクジェット記録カートリッジを備えたことを特徴とする。
【００３１】
上記構成の発明では、請求項１０に記載のインクジェット記録カートリッジを使用することで、エネルギー効率に優れ、かつ一般的に半導体材料として使われているＡｌ（アルミニウム）を代表とする金属配線材料を使用できるインクジェット記録カートリッジを使用したインクジェット記録装置とすることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明の第１形態に係るインクジェット用記録ヘッドの製造方法が示されている。
【００３３】
先ずシリコン基板１０上に酸化膜１２を１μｍ厚で形成する。次いでアルミニウム合金からなる第１金属配線１４を０．７μｍ厚でパターニングする（図１−ａ）。
【００３４】
次に層間絶縁膜１６を１μｍ厚で形成する。この層間絶縁膜１６の上にフォトレジスト１８（東京応化工業製OFPR-800）を回転塗布し、露光、現像を行ない、パターニングを行なう（図１−ｂ）。
【００３５】
続いてフォトレジスト１８をマスクとしてフッ素ガスによるドライエッチングを行ない、フォトレジスト１８を酸素プラズマで除去すると共に層間絶縁膜１６に第１金属配線１４が露出するコンタクト部を形成する。さらにアルミニウム合金からなる第２金属配線２２を０．５μｍ厚で着膜し、フォトレジスト２０を塗布し、露光、現像を行ない、パターニングを行なう（図１−ｃ）
フォトレジスト２０をマスクに、塩素系ガスにてドライエッチングを行ない、フォトレジスト２０を除去する。（図１−ｄ）
次にＴａＳｉＯからなる発熱抵抗体２４を０．１μｍ厚でスパッタ（着膜）を行ない（図１−ｅ）、図示しないレジストでマスクし、フッ素系ガスでエッチングを行なうことで所望のサイズにパターニングする。その後レジストを除去する。
【００３６】
次いで層間絶縁膜２６（保護膜）を０．７μｍ厚で着膜し、エッチングによってパターニングする。この工程によって発熱抵抗体２４の発熱領域が規定される（図１−ｆ）。
【００３７】
次に４５０°Ｃ程度の温度で数十分、酸素雰囲気中で熱処理を加える。表面に露出した発熱抵抗体２４（ＴａＳｉＯ）表面に薄い酸化膜２８（自己形成酸化膜）が形成される。（図１−ｇ）
最後に、樹脂３２によってインク流路２９、ノズル３１を形成する。（図１−ｈ）
本実施例では発熱層は絶縁層上に形成された第２の配線上に配置されているため、インクと接触するのは発熱層の表面に形成された自己酸化保護膜であり、第２の配線がインクと接触することはない。そのため第２の配線をインクによる腐食から保護するＮｉやＮｉにＡｕをコートした保護層を設ける必要がない。また、発熱層と第２の配線の接触は発熱層の下面で行なわれるので、第２の配線は発熱層によって保護され、インクに接触して腐食する恐れはない。
【００３８】
図２には、本発明の第２形態に係るインクジェット用記録ヘッドの製造方法が示されている。
【００３９】
前述の第１形態においては、発熱抵抗体２４の厚さが０．１μｍと非常に薄いため、特に図１−ｇの矢印３０に示すような段差のある箇所では発熱抵抗体２４の断線が発生する恐れがある。第２形態では、このような段差を緩和する構造を金属配線のエッジ部分に設けている。
【００４０】
まずシリコン基板４０上に酸化膜４２を１μｍ厚で形成する。次いでアルミニウムまたはアルミニウムを含む多層膜（例えばＡｌ+ＴｉＷ）からなる第１金属配線４４を０．７μｍ厚でパターニングする（図２−ａ）。なお、発熱抵抗体と金属配線との接触抵抗を抑えるためにＡｌ上に異種金属配線を行なうのが望ましい。
【００４１】
次に層間絶縁膜４６を１μｍ厚で形成する。この層間絶縁膜４６の上にフォトレジスト４８（東京応化工業製OFPR-800）を回転塗布し、露光、現像を行ない、パターニングを行なう（図２−ｂ）。
【００４２】
続いてフォトレジスト４８をマスクとしてフッ素ガスによるドライエッチングを行ない、フォトレジスト４８を酸素プラズマで除去すると共に層間絶縁膜４６に第１金属配線４４が露出するコンタクト部を形成する。さらにアルミニウム合金からなる第２金属配線５２を０．５μｍ厚で着膜し、フォトレジスト５０を塗布し、露光、現像を行ない（図２−ｃ）、塩素系ガスによるドライエッチングを行なったのちフォトレジスト５０を除去する。
【００４３】
次に第１層間絶縁膜５４（Ｐ−ＳｉＮ膜）をＣＶＤ法（化学蒸着法）によって厚さ０．１〜０．２μｍ程度着膜し、ついで第２層間絶縁膜５６（Ｐ−ＳｉＯ膜）を０．８〜０．９μｍ程度の厚さに着膜する。さらにフォトレジスト５８をパターニングする。（図２−ｄ）
ここで、後述する発熱抵抗体６０と第２金属配線５２を接触させるエリアを規定するために開口プロセス（エッチング）を行なう際に層間絶縁膜４６がエッチングばらつきにより削られてしまう（図２−ｄ〜図２―ｅ）。これは第２金属配線５２と発熱抵抗体６０間で接触不良を起こさないように、確実に第１層間絶縁膜５４および第２層間絶縁膜５６を除去するため、膜厚のばらつきを考慮して多めにエッチングするためである。発熱抵抗体６０の下にある膜厚のばらつきは発熱抵抗体６０の熱効率のばらつきの原因となるので印字品質に影響する。
【００４４】
これを避けるため、フォトレジスト５８をマスクにして第１層間絶縁膜５４および第２層間絶縁膜５６をフッ素系ガスでドライエッチングする際、第２層間絶縁膜５６のＰ−ＳｉＯからの酸素とエッチングガス中の炭素（Ｃ）が反応して形成されるＣＯ（一酸化炭素）の波長をモニターしながらエッチングを行なう。
（図２−ｅ）
第２層間絶縁膜５６がエッチングにより失われ、第１層間絶縁膜５４が露出すると酸素（Ｏ）が発生しなくなるのでＣＯ強度が低下し、終点検出を精度よく行なうことができる。また、矢印Ａ部分では第１および第２層間絶縁膜５４、５６が残って段差緩和部５１となり、第２金属配線５２のエッジ部分をなだらかなテーパー形状にし、後述する発熱抵抗体６０の断線を起こり難くすることができる。
【００４５】
次にＡｒガスで表面を軽くエッチング（逆スパッタ）を行なう。これにより第２金属配線５２と後述する発熱抵抗体６０との接触抵抗を下げることができ、また段差緩和部５１（図２−ｅ矢印Ａ）がなだらかになりテーパー形状となるので段差が緩和され、発熱抵抗体６０の断線が起こり難くなる副次効果をもたらす。
【００４６】
次にＴａＳｉＯからなる発熱抵抗体６０を０．１μｍ厚スパッタ（着膜）して形成する。着膜後にレジストでパターニングし、フッ素系ガスでエッチングを行なう（図２−ｆ）。
【００４７】
さらにＰ−ＳｉＯで保護膜６２（層間絶縁膜）を０．５μｍ厚着膜し、エッチングによりパターニングしたのち、４５０℃程度の温度で数十分、酸素雰囲気中で熱処理を加える。これにより、保護膜６２に覆われていない発熱抵抗体６０の表面では薄い酸化膜６４（自己形成酸化膜）が形成される。（図２−ｇ）
最後に、樹脂６６によってインク流路２９、ノズル２７を形成する。（図２−ｈ）
本実施例においては保護膜６２を着膜しているが、場合によってはこの工程を省略してもよい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、上記構成としたので、エネルギー効率に優れ、かつ一般的に半導体材料として使われているＡｌ（アルミニウム）を代表とする金属配線材料を使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態１に係るインクジェット用記録ヘッドの製造方法を示した断面図である。
【図２】本実施形態２に係るインクジェット用記録ヘッドの製造方法を示した断面図である。
【図３】従来のインクジェット用記録ヘッドの断面図である。
【図４】従来のインクジェット用記録ヘッドの断面図である。
【符号の説明】
１０    シリコン基板
１２    酸化膜
１４    第１金属配線
１６    層間絶縁膜
１８    フォトレジスト
２２    第２金属配線
２４    発熱抵抗体
２６    層間絶縁膜
２７    ノズル
２８    酸化膜
３２    樹脂
４０    シリコン基板
４２    酸化膜
４４    第１金属配線
４６    層間絶縁膜
４８    フォトレジスト
５２    第２金属配線
５４    第１層間絶縁膜
５６    第２層間絶縁膜
６０    発熱抵抗体
６２    層間絶縁膜
６４    酸化膜
６６    樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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