(57)【要約】【課題】本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの製造方法に関し、例えばサーマル方式によるインクジェットプリンタに適用して、著しい長期の使用によっても発熱素子の断線を防止して十分な信頼性を確保することができるようにする。【解決手段】本発明は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、クロム、モリブデン、タングステン及び銅からなる群の中より選ばれた少なくとも１種類又は複数種類の金属とタンタルとの合金により、該金属側の含有量を２０〔ｍｏｌ％〕未満に設定してタンタルの結晶粒界に該金属が存在するように発熱素子３９を形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱素子の駆動により液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドにおいて、
チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、クロム、モリブデン、タングステン及び銅からなる群の中より選ばれた少なくとも１種類又は複数種類の金属とタンタルとの合金により、前記金属の含有量が２０〔ｍｏｌ％〕未満に設定されて前記発熱素子が形成されることにより、前記タンタルの結晶粒界に前記金属が存在するように、前記発熱素子が形成された
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記発熱素子は、
前記発熱素子を駆動する半導体と一体に所定の基板上に形成された
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
液体吐出ヘッドに設けられた発熱素子の駆動により液滴を飛び出させる液体吐出装置において、
前記液体吐出ヘッドが、
チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、クロム、モリブデン、タングステン及び銅からなる群の中より選ばれた少なくとも１種類又は複数種類の金属とタンタルとの合金により、前記金属の含有量が２０〔ｍｏｌ％〕未満に設定されて前記発熱素子が形成されることにより、前記タンタルの結晶粒界に前記金属が存在するように、前記発熱素子が形成された
ことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項４】
発熱素子の駆動により液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドの製造方法において、
チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、クロム、モリブデン、タングステン及び銅からなる群の中より選ばれた少なくとも１種類又は複数種類の金属とタンタルとの合金により、前記金属の含有量を２０〔ｍｏｌ％〕未満に設定して前記発熱素子を形成することにより、前記タンタルの結晶粒界に前記金属が存在するように、前記発熱素子を形成する
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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの製造方法に関し、例えばサーマル方式によるインクジェットプリンタに適用することができる。本発明は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、クロム、モリブデン、タングステン及び銅からなる群の中より選ばれた少なくとも１種類又は複数種類の金属とタンタルとの合金により、該金属側の含有量を２０〔ｍｏｌ％〕未満に設定してタンタルの結晶粒界に該金属が存在するように発熱素子を形成することにより、著しい長期の使用によっても発熱素子の断線を防止して十分な信頼性を確保することができるようにする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像処理等の分野において、ハードコピーのカラー化に対するニーズが高まってきている。このニーズに対して、従来、昇華型熱転写方式、溶融熱転写方式、インクジェット方式、電子写真方式及び熱現像銀塩方式等のカラーコピー方式が提案されている。
【０００３】
これらの方式のうちインクジェット方式は、液体吐出ヘッドであるプリンタヘッドに設けられたノズルから記録液（インク）の液滴を飛翔させ、記録対象に付着してドットを形成するものであり、簡易な構成により高画質の画像を出力することができる。このインクジェット方式は、ノズルからインク液滴を飛翔させる方法の相違により、静電引力方式、連続振動発生方式（ピエゾ方式）及びサーマル方式に分類される。
【０００４】
これらの方式のうちサーマル方式は、インクの局所的な加熱により気泡を発生し、この気泡によりインクをノズルから押し出して印刷対象に飛翔させる方式であり、簡易な構成によりカラー画像を印刷することができるようになされている。
【０００５】
このようなサーマル方式によるプリンタヘッドは、インクを加熱する発熱素子が発熱素子を駆動するロジック集積回路による駆動回路と共に一体に半導体基板上に形成される。これによりこの種のプリンタヘッドにおいては、発熱素子を高密度に配置して確実に駆動できるようになされている。
【０００６】
すなわちこのサーマル方式のプリンタにおいて、高画質の印刷結果を得るためには、発熱素子を高密度で配置する必要がある。具体的に、例えば６００〔ＤＰＩ〕相当の印刷結果を得るためには、発熱素子を４２．３３３〔μｍ〕間隔で配置することが必要になるが、このように高密度で配置した発熱素子に個別の駆動素子を配置することは極めて困難である。これによりプリンタヘッドでは、半導体基板上にスイッチングトランジスタ等を作成して集積回路技術により対応する発熱素子と接続し、さらには同様に半導体基板上に作成した駆動回路により各スイッチングトランジスタを駆動することにより、簡易かつ確実に各発熱素子を駆動できるようになされている。
【０００７】
またサーマル方式によるプリンタにおいては、発熱素子への所定電力の印加によりインクに気泡が発生し、ノズルからインクが飛び出すと、この気泡が消滅する。これにより発泡、消泡を繰り返す毎にキャビテーションによる機械的な衝撃を受ける。さらにプリンタは、発熱素子の発熱による温度上昇と温度下降とが、短時間〔数μ秒〕で繰り返され、これにより温度による大きなストレスを受ける。
【０００８】
このためプリンタヘッドは、半導体基板上に発熱素子が形成され、この発熱素子上に窒化シリコン等による絶縁保護層が形成され、この絶縁保護層により絶縁性が確保され、また発熱素子とインクとの直接の接触を防止するようになされている。さらにこの絶縁保護層の上層に、正方晶構造であるβ−タンタル等により耐キャビテーション層が形成され、この耐キャビテーション層によりキャビテーションによる機械的な衝撃が緩和され、またインク中の含有物との間での化学反応を防止するようになされている。
【０００９】
プリンタヘッドは、このような絶縁保護層、耐キャビテーション層の厚みを厚くすると、信頼性を向上することができるものの、その分、インクへの熱伝導率が低下することにより、インクを吐出するために必要な熱エネルギーが増大し、これにより消費電力が増大する。このためプリンタヘッドは、少ない消費電力により発熱素子を駆動してインク液滴を安定に飛び出させる厚みにより作成されるようになされ、通常、このような絶縁保護層が厚さ０．２〜０．６〔μｍ〕により作成され、耐キャビテーション層が厚さ０．２〔μｍ〕程度により作成されるようになされている。
【００１０】
このようなプリンタヘッドにおいては、従来、発熱素子の材料に正方晶構造であるβ−タンタル又はこのβ−タンタルによる化合物であるタンタルアルミ、タンタルナイトライド等が適用される。このβ−タンタル膜においては、１７０〜１８０〔μΩ−ｃｍ〕の比抵抗を有するのに対し、タンタルアルミ膜、タンタルナイトライド膜においては、２７０〜２８０〔μΩ−ｃｍ〕の比抵抗を有するものである。これによりプリンタヘッドにおいては、発熱素子の形状に応じて発熱素子の材料が選択されるようになされている。なおタンタルにおいては、体心立方晶構造であるα−タンタルとβ−タンタルとがあるものの、α−タンタル膜においては、β−タンタル膜に対して比抵抗が１０〜２０〔μΩ−ｃｍ〕低いことにより、発熱素子の材料にあっては、β−タンタルが適用される。
【００１１】
またこれらの材料以外に例えば特許２５０５９００号においては、タンタルの含有量が５０〔ｍｏｌ％〕以上８０〔ｍｏｌ％〕以下によるタンタルとタングステンとの合金を発熱素子の材料に適用する手法が開示されるようになされ、また特開平１０−１１４０７１号公報においては、タンタルシリコン合金の窒化物によるアモルファス材料を発熱素子の材料に適用する方法が提案されるようになされている。
【００１２】
これに対してこのようなタンタルによる化合物であるタンタルルテニウムにおいては、ルテニウムの含有量を２０〔ａｔ％〕未満とすると、タンタルの結晶粒界中にルテニウムが存在する構造を実施できることがＤ．Ｓ．Ｗｕｕ等により報告されている（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ１７（６），Ｐ．３３２７−ｐ．３３３２）。
【００１３】
【特許文献１】
特開第２５０５９００号
【特許文献２】
特開平１０−１１４０７１号公報
【非特許文献１】
Ｄ．Ｓ．Ｗｕｕ、他，「（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ａ１７（６）  ）」，Ｐ．３３２７−３３３２
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、この種のプリンタヘッドにおいては、インクカートリッジを交換してインクを補充することにより、著しく長期間、使用される場合がある。これによりプリンタヘッドにおいては、このような著しい長期間の使用に対しても十分な信頼性の確保が求められる。これに対して従来のβ−タンタルによる発熱素子を用いたプリンタヘッドにおいては、このような著しい長期間の使用によって、発熱素子が断線する場合があった。
【００１５】
このような発熱素子の断線状態を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により詳細に観察したところ、図１１に示すように、発熱素子を構成する抵抗体膜を横切る亀裂の発生を確認することができ、またこの亀裂においては、一部でこのように横切る方向とは異なる他の方向へも延長する亀裂が確認された。なおこの図１１に示す例は、１．２〔μｍ〕の間隔を隔てて長さ２０〔μｍ〕、幅９．６〔μｍ〕による長方形形状の抵抗体膜１、２を併設し、これらの抵抗体膜１、２の一端を配線パターン３により接続すると共に、これら抵抗体膜１、２の他端に配線パターン４により駆動信号を印加し、これによりこれら抵抗体膜１、２の直列接続により発熱素子を形成した場合である。また定格による駆動電力が０．８〔Ｗ〕であるのに対し、定格の１．７５倍の駆動電力１．４〔Ｗ〕により駆動した例である。符号Ａにより拡大して示す図においては、符号Ｂにより示す亀裂が抵抗体膜を横切る亀裂であり、符号Ｃにより示す亀裂が他の方向に延長する亀裂である。
【００１６】
この観察結果より、発熱素子の断線を招く亀裂においては、三重点を起点として発生していることが確認される。すなわちこの種の成膜においては、成膜対象上で結晶粒が成長して作成されることにより、結晶粒間で境界が作成される。三重点は、このような結晶粒による境界（結晶粒界）がぶつかり合う箇所であり、このような箇所においては、図１２（Ａ）〜（Ｄ）により順次亀裂の進行状態を示すように、パルス電流の印加による電子との衝突によりタンタル原子が移動して空孔が形成され、この空孔が起点となって亀裂が発生するものと考えられる。なお図１２（Ａ）〜（Ｄ）において、破線は、結晶粒による境界を示すものであり、実線による矢印は、電子との衝突によりタンタル原子が移動する方向を示すものである。また実線Ｂは結晶粒に沿って抵抗体膜を横切る亀裂であり、実線Ｃは他の方向に延長する亀裂である。
【００１７】
これによりこのような空孔の発生を防止することができれば、発熱素子の断線を防止してプリンタヘッドの信頼性を一段と向上できると考えられる。
【００１８】
この方法の１つとして、例えば特開平１０−１１４０７１号公報に提案されている手法の採用により、アモルファス構造により発熱素子を作成することが考えられる。しかしながらこの方法の場合、抵抗体膜に窒素が含まれることにより、ハロゲン混合ガスを用いて抵抗体膜を所望形状に加工する際に、この抵抗体膜に含まれる窒素とフォトレジスト材料とが反応してエッチング加工断面に多量のレジスト残渣が付着する。このレジスト残渣にあっては、レジストを除去する酸素プラズマアッシングでは除去し得ず、発熱素子の駆動により発熱素子が発熱すると、発熱素子を構成するタンタルシリコン窒化物と反応してタンタルシリコン窒化物を変質させ、発熱素子の抵抗値を変化させるようになる。これによりこの特開平１０−１１４０７１号公報に提案されている手法の適用にあっては、実用上未だ不十分な欠点がある。
【００１９】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、著しい長期の使用によっても発熱素子の断線を防止して十分な信頼性を確保することができる液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの製造方法を提案しようとするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため請求項１の発明においては、発熱素子の駆動により液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドに適用して、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、クロム、モリブデン、タングステン及び銅からなる群の中より選ばれた少なくとも１種類又は複数種類の金属とタンタルとの合金により、金属の含有量が２０〔ｍｏｌ％〕未満に設定されて発熱素子が形成されることにより、タンタルの結晶粒界に金属が存在するように、発熱素子が形成されてなるようにする。
【００２１】
また請求項３の発明においては、液体吐出ヘッドに設けられた発熱素子の駆動により液滴を飛び出させる液体吐出装置に適用して、液体吐出ヘッドが、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、クロム、モリブデン、タングステン及び銅からなる群の中より選ばれた少なくとも１種類又は複数種類の金属とタンタルとの合金により、金属の含有量が２０〔ｍｏｌ％〕未満に設定されて発熱素子が形成されることにより、タンタルの結晶粒界に金属が存在するように、発熱素子が形成されてなるようにする。
【００２２】
また請求項４の発明においては、発熱素子の駆動により液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドの製造方法に適用して、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、クロム、モリブデン、タングステン及び銅からなる群の中より選ばれた少なくとも１種類又は複数種類の金属とタンタルとの合金により、金属の含有量を２０〔ｍｏｌ％〕未満に設定して発熱素子を形成することにより、タンタルの結晶粒界に金属が存在するように、発熱素子を形成する。
【００２３】
請求項１の構成により、発熱素子の駆動により液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドに適用して、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、クロム、モリブデン、タングステン及び銅からなる群の中より選ばれた少なくとも１種類又は複数種類の金属とタンタルとの合金により、金属の含有量が２０〔ｍｏｌ％〕未満に設定されて発熱素子が形成されることにより、タンタルの結晶粒界に金属が存在するように、発熱素子が形成されてなることにより、エレクトロマイグレーション耐性を有するこれらの金属によりタンタルの結晶粒界が補強される。これにより結晶粒界における電子との衝突による原子の移動が低減されて空孔の発生が防止され、これにより著しい長期の使用によっても発熱素子の断線を防止して十分な信頼性を確保することができる。
【００２４】
これにより請求項３及び請求項４の構成によれば、著しい長期の使用によっても発熱素子の断線を防止して十分な信頼性を確保することができる液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００２６】
（１）実施の形態の構成
図２は、本発明に係るプリンタを示す斜視図である。このラインプリンタ１１は、全体が長方体形状の筐体１２に収納されて形成され、印刷対象である用紙１３を収納した用紙トレイ１４をこの筐体１２の正面に形成されたトレイ出入口より装着することにより、用紙１３を給紙できるようになされている。
【００２７】
用紙トレイ１４は、このようにトレイ出入口よりラインプリンタ１１に装着されると、所定の機構により用紙１３が給紙ローラ１５に押し当てられ、この給紙ローラ１５の回転により、矢印Ａにより示すように、用紙１３が用紙トレイ１４よりラインプリンタ１１の背面側に向かって送り出される。ラインプリンタ１１は、この用紙送りの側に反転ローラ１６が配置され、この反転ローラ１６の回転等により、矢印Ｂにより示すように、正面方向に用紙１３の送り方向が切り換えられる。
【００２８】
ラインプリンタ１１は、このようにして用紙送り方向が矢印Ｂで示す方向に切り換えられてなる用紙１３が用紙トレイ１４上を横切るように拍車ローラ１７等により搬送され、矢印Ｃにより示すように、ラインプリンタ１１の正面側に配置された排出口より排出される。ラインプリンタ１１は、この拍車ローラ１７から排出口までの間に、矢印Ｄにより示すように、ヘッドカートリッジ１８が交換可能に配置される。
【００２９】
ヘッドカートリッジ１８は、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのラインヘッドをそれぞれ配置してなるプリンタヘッド１９が所定形状のホルダー２０の下面側に配置され、このホルダー２０に順次イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）のインクカートリッジが交換可能に配置されて形成されるようになされている。これによりラインプリンタ１１は、これら各色のインクに対応するラインヘッドより用紙１３にインクを付着させて画像を印刷できるようになされている。
【００３０】
ラインプリンタ１１では、このような４色が一体となってノズルプレートが形成されることにより、各ノズルの位置精度が補償され、カートリッジの交換も容易となるようになされている。
【００３１】
ここで図３は、図２の用紙１３側より見たプリンタヘッドの配列構成の一部を拡大した平面図である。プリンタヘッド１９は、図３に示すように、各色のインクのインク流路２２の両側に、交互（千鳥状に）に同一構成によるヘッドチップ２１がノズルプレート上に配置して構成される。また、各へッドチップ２１においては、それぞれ発熱素子がインク流路２２側となるように配置されており、つまりインク流路２２側を介して両側のヘッドチップ２１は向きが１８０度回転させた関係となるように配置されている。これによりプリンタヘッド１９は、それぞれ各色において１系統のインク流路２２で各ヘッドチップ２１にインクを供給できるようになされ、その分、簡易な構成により印刷精度を高解像度化することができるようになされている。
【００３２】
また、ヘッドチップ２１は、このようにして１８０度回転して配置した場合でも、微小なインク吐出口であるノズル２３の並ぶ方向には接続用パッド２４の位置が変化しないように、これらノズル２３の並ぶ方向（印刷幅方向）のほぼ中央に接続用パッド２４が配置され、これによりプリンタヘッド１９では、隣り合うヘッドチップ２１の接続用パッド２４に接続するフレキシブル配線基板が近接することを防止する、つまりフレキシブル配線基板の一部への集中を防止するようになされている。
【００３３】
なお、このようにしてノズル２３をシフトさせた場合、インク流路２２の上方及び下方に配置されるヘッドチップ２１においては、駆動信号に対して発熱素子の駆動順序が逆転することになる。各ヘッドチップ２１は、このような駆動順序に対応するように、駆動回路における駆動順序を切り換えることができるように構成されている。
【００３４】
図１は、このラインプリンタに適用されるプリンタヘッドを示す断面図である。プリンタヘッド１９は、シリコン基板によるウエハ上に複数ヘッド分の駆動回路、発熱素子等が作成された後、各ヘッドチップ２１にスクライビング処理され、各ヘッドチップ２１にインク液室等を作成して形成される。
【００３５】
すなわち図４（Ａ）に示すように、プリンタヘッド１９は、ウエハによるシリコン基板３１が洗浄された後、シリコン窒化膜（Ｓｉ３  Ｎ４  ）が堆積される。続いてプリンタヘッド１９は、リソグラフィー工程、リアクティブイオンエッチング工程によりシリコン基板３１が処理され、これによりトランジスタを形成する所定領域以外の領域よりシリコン窒化膜が取り除かれる。これらによりプリンタヘッド１９には、シリコン基板３１上のトランジスタを形成する領域にシリコン窒化膜が形成される。
【００３６】
続いてプリンタヘッド１９は、シリコン窒化膜が除去されている領域に熱酸化工程により熱シリコン酸化膜が膜厚５００〔ｎｍ〕により形成され、この熱シリコン酸化膜により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  ）３２が形成される。なおこの素子分離領域３２は、その後の処理により最終的に膜厚２６０〔ｎｍ〕に形成される。さらに続いてプリンタヘッド１９は、シリコン基板３１が洗浄された後、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が作成される。さらにソース・ドレイン領域を形成するためのイオン注入工程、熱処理工程によりシリコン基板３１が処理され、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ）型によるトランジスタ３３、３４等が作成される。なおここでスイッチングトランジスタ３３は、２５〔Ｖ〕程度の耐圧を有するＭＯＳ型ドライバートランジスタであり、発熱素子の駆動に供するものである。これに対してスイッチングトランジスタ３４は、このドライバートランジスタを制御する集積回路を構成するトランジスタであり、５〔Ｖ〕の電圧により動作するものである。なおこの実施の形態においては、ゲート／ドレイン間に低濃度の拡散層が形成され、その部分で加速される電子の電解を緩和することで耐圧を確保してドライバートランジスタ３３が形成されるようになされている。
【００３７】
このようにしてシリコン基板３１上に、半導体素子であるトランジスタ３３、３４が作成されると、プリンタヘッド１９は、続いてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ）法によりリンが添加されたシリコン酸化膜であるＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ  ）膜、ボロンとリンが添加されたシリコン酸化膜であるＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜３５が順次膜厚１００〔ｎｍ〕、５００〔ｎｍ〕により作成され、これにより全体として膜厚が６００〔ｎｍ〕による１層目の層間絶縁膜が作成される。
【００３８】
続いてフォトリソグラフィー工程の後、Ｃ４  Ｆ８  ／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により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３６が作成される。
【００３９】
さらにプリンタヘッド１９は、希フッ酸により洗浄された後、スパッタリング法により、膜厚３０〔ｎｍ〕によるチタン、膜厚７０〔ｎｍ〕による窒化酸化チタンバリアメタル、膜厚３０〔ｎｍ〕によるチタン、シリコンが１〔ａｔ％〕添加されたアルミニューム、または銅が０．５〔ａｔ％〕添加されたアルミニュームが膜厚５００〔ｎｍ〕により順次堆積される。続いてプリンタヘッド１９は、反射防止膜である窒化酸化チタン（ＴｉＯＮ）が膜厚２５〔ｎｍ〕により堆積され、これらにより配線パターン材料が成膜される。さらに続いてプリンタヘッド１９は、フォトリソグラフィー工程、ドライエッチング工程により、成膜された配線パターン材料が選択的に除去され、１層目の配線パターン３７が作成される。プリンタヘッド１９は、このようにして作成された１層目の配線パターン３７により、駆動回路を構成するＭＯＳ型トランジスタ３４を接続してロジック集積回路が形成される。
【００４０】
続いてプリンタヘッド１９は、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン：Ｓｉ（ＯＣ２  Ｈ５  ）４  ）を原料ガスとしたＣＶＤ法により層間絶縁膜であるシリコン酸化膜が堆積される。続いてプリンタヘッド１９は、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ  ）を含む塗布型シリコン酸化膜の塗布とエッチバックとにより、シリコン酸化膜が平坦化され、これらの工程が２回繰り返されて１層目の配線パターン３７と続く２層目の配線パターンとを絶縁する膜厚４４０〔ｎｍ〕のシリコン酸化膜による２層目の層間絶縁膜３８が形成される。
【００４１】
プリンタヘッド１９は、続いて図４（Ｂ）に示すように、スパッタリング法により膜厚５０〜１００〔ｎｍ〕により抵抗体膜が堆積された後、この抵抗体膜のパターニングにより発熱素子３９が形成される。この実施の形態において、この抵抗体膜は、ＩＶＡ金属、ＶＡ金属、ＶＩＡ金属及び銅（Ｃｕ）からなる群の中より選ばれた少なくとも１種類又は複数種類の金属がβ−タンタルの結晶粒界中に存在するように、これらの金属とタンタルとの合金により作成される。具体的にこの場合、ＩＶＡ金属のうちのチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ＶＡ金属のうちのバナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、ＶＩＡ金属のうちのクロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）及び銅の何れかより、少なくとも１種類以上の金属が適用される。
【００４２】
このためスパッタリングにより形成される抵抗体膜においてこれらの金属側の含有量が２０〔ｍｏｌ％〕未満になるようにターゲットの条件が設定される。なお実験した結果によれば、タンタルとこれらの金属との組成比をそれぞれ６：４、７：３、８：２、９：１に設定して作製したターゲットを用いたスパッタリングにより、何れのターゲットを用いた場合でもβ−タンタルの結晶粒界中にこれらの金属が存在する構造により抵抗体膜を作成することができた。しかしてプリンタヘッド１９は、図５に示すように、上述したターゲット４０が設定されてなる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された後、アルゴンガス雰囲気によりグロー放電が開始され、これにより抵抗体膜が成膜される。
【００４３】
このようにして成膜された抵抗体膜においては、図６に示すように、これらの金属Ｋがタンタルの結晶粒界に存在する構造となり、タンタルの結晶粒界がこれらの金属Ｋにより補強される。具体的に、アルミニュームの含有量が２０〔ａｔ％〕未満によるタンタルアルミ合金による抵抗体膜では、タンタルルテニウムについてＪ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ１７（６），Ｐ．３３２７−ｐ．３３３２に発表されているタンタル結晶粒界中にルテニウムが存在する構造に対して、このタンタル結晶粒界中のルテニウムがアルミニュームに置き換わった構造であることが確認された。
【００４４】
ここでこれらの金属のうち、銅以外の金属においては、電子との衝突により原子が移動するいわゆるエレクトロマイグレーションが起こり難く、かつ融点が高いことにより耐熱性を有する金属である。また銅においては、これらの金属に比してさらに一段と優れたエレクトロマイグレーション耐性を有する金属である。これによりこの実施の形態において、この抵抗体膜による発熱素子においては、結晶粒界に存在するこれら金属原子の電子との衝突による移動が低減され、これにより結晶粒界における空孔の発生が防止されるようになされている。
【００４５】
またこのようにして形成される抵抗体膜においては、タンタル及びこれらの金属が半導体製造プロセスで十分に実用実績のある材料であり、かつ既存の製造プロセスを利用するものであり、これにより製造プロセスにおいて、十分な信頼性を確保することができるようになされている。
【００４６】
なおこの実施の形態では、成膜温度２００〜４００〔度〕、直流印加電力２〜４〔ｋＷ〕、アルゴンガス流量２０〜４０〔ｓｃｃｍ〕により抵抗体膜を成膜した。また具体的に発熱素子３９は、タンタルとチタンとの合金により作成した。
【００４７】
プリンタヘッド１９は、続いてフォトリソグラフィー工程、ＢＣｌ３  ／Ｃｌ２  ガスを用いたドライエッチング工程により、正方形形状に、又は一端を配線パターンにより接続する折り返し形状により、このようにして成膜した抵抗体膜をパターニングし、発熱素子３９が作成される。
【００４８】
このようにして発熱素子３９が形成されると、プリンタヘッド１９は、図７（Ｃ）に示すように、ＣＶＤ法により膜厚３００〔ｎｍ〕によるシリコン窒化膜が堆積され、発熱素子３９の絶縁保護層４１が形成される。続いて図７（Ｄ）に示すように、フォトリゾグラフィー工程、ＣＨＦ３  ／ＣＦ４  ／Ａｒガスを用いたドライエッチング工程により、所定箇所のシリコン窒化膜が除去され、これにより発熱素子３９を配線パターンに接続する部位が露出される。さらにＣＨＦ３  ／ＣＦ４  ／Ａｒガスを用いたドライエッチング工程により、層間絶縁膜３８に開口を形成してビアホール４２が作成される。
【００４９】
さらに図８（Ｅ）に示すように、プリンタヘッド１９は、スパッタリング法により、膜厚２００〔ｎｍ〕によるチタン、シリコンを１〔ａｔ％〕添加したアルミニューム、または銅を０．５〔ａｔ％〕添加したアルミニュームが膜厚６００〔ｎｍ〕により順次堆積される。続いてプリンタヘッド１９は、膜厚２５〔ｎｍ〕による窒化酸化チタンが堆積され、これにより反射防止膜が形成される。これらによりプリンタヘッド１９は、シリコン又は銅を添加したアルミニューム等による配線パターン材料層４３が成膜される。
【００５０】
続いて図８（Ｆ）に示すように、フォトリソグラフィー工程、ＢＣｌ３  ／Ｃｌ２  ガスを用いたドライエッチング工程により成膜した配線パターン材料層４３が選択的に除去され、２層目の配線パターン４４が作成される。プリンタヘッド１９は、この２層目の配線パターン４４により、電源用の配線パターン、アース用の配線パターンが作成され、またドライバートランジスタ３４を発熱素子３９に接続する配線パターンが作成される。なお発熱素子３９の上層に取り残されたシリコン窒化膜４１にあっては、この配線パターン作成の際のエッチング工程において、発熱素子３９の保護層として機能する。
【００５１】
続いて図９（Ｇ）に示すように、プリンタヘッド１９は、ＣＶＤ法によりインク保護層、絶縁層として機能するシリコン窒化膜４５が膜厚４００〔ｎｍ〕により堆積される。さらに熱処理炉において、４％の水素を添加した窒素ガスの雰囲気中で、又は１００％の窒素ガス雰囲気中で、４００度、６０分間の熱処理が実施される。これによりプリンタヘッド１９は、トランジスタ３３、３４の動作が安定化され、さらに１層目の配線パターン３７と２層目の配線パターン４４との接続が安定化されてコンタクト抵抗が低減される。
【００５２】
プリンタヘッド１９は、続いてＤＣ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された後、スパッタリング法によりβ−タンタルによる耐キャビテーション層の材料膜が膜厚２００〔ｎｍ〕により堆積される。続いて図１０（Ｈ）に示すように、プリンタヘッド１９は、フォトレジスト工程、ＢＣｌ３  ／Ｃｌ２  ガスを用いたドライエッチング工程により、耐キャビテーション層の材料膜が所定形状によりエッチング処理され、これにより耐キャビテーション層４６が形成される。
【００５３】
プリンタヘッド１９は、続いて図１に示すように、有機系樹脂によるドライフィルム４７が圧着により配置された後、インク液室４８、インク流路に対応する部位が取り除かれ、その後硬化され、これによりインク液室４８の隔壁、インク流路の隔壁等が作成される。
【００５４】
また続いて各ヘッドチップ２１にスクライビングされた後、ノズルプレート４９が積層される。ここでノズルプレート４９は、発熱素子３９の上にノズル２３を形成するように所定形状に加工された板状部材であり、ドライフィルム４７上に接着により保持される。これによりプリンタヘッド１９は、ノズル２３、インク液室４８、このインク液室４８にインクを導くインク流路２２等が形成されて作成される。
【００５５】
プリンタヘッド１９は、このようなインク液室４８が紙面の奥行き方向に連続するように形成され、これによりラインヘッドを構成するようになされている。
【００５６】
（２）実施の形態の動作
以上の構成において、プリンタヘッド１９は、半導体基板であるシリコン基板３１に素子分離領域３２が作成されて半導体素子であるトランジスタ３３、３４が作成され、絶縁層３５により絶縁されて１層目の配線パターン３７が作成される。また続いて発熱素子３９が作成された後、２層目の配線パターン４５が作成される。また続いて絶縁保護層４５が作成された後、熱処理により配線パターン３７及び４５間、配線パターン４５と発熱素子３９等との間の接続が安定化され、耐キャビテーション層４６、インク液室４８、ノズル２３が順次形成されて作成される（図１、図４、図７〜図１０）。
【００５７】
このラインプリンタ１１は、このようにして作成されたプリンタヘッド１９のインク液室４８にヘッドカートリッジ１８に保持されてなるインクがインク流路２２により導かれ（図３）、発熱素子３９の駆動によりインク液室４８に保持したインクが加熱されて気泡が発生し、この気泡によりインク液室４８内の圧力が急激に増大する。ラインプリンタ１１では、この圧力の増大によりインク液室４８のインクがノズル２３からインク液滴として飛び出し、ローラ１５、１６、１７等により用紙トレイ１４から搬送された印刷対象である用紙１３にこのインク液滴が付着する。
【００５８】
ラインプリンタ１１では、このような発熱素子３９の駆動が間欠的に繰り返され、これにより所望の画像等が用紙１３に印刷されて排出口より排出される（図２）。しかしてプリンタヘッド１９においては、この発熱素子３９の間欠的な駆動により、インク液室４８内において、気泡の発生、気泡の消滅が繰り返され、これにより機械的な衝撃であるキャビテーションが発生する。プリンタヘッド１９では、このキャビテーションによる機械的な衝撃が耐キャビテーション層４６により緩和され、これにより耐キャビテーション層４６により発熱素子３９が保護される。また絶縁保護層４５、耐キャビテーション層４６により発熱素子３９へのインクの直接の接触が防止され、これによっても発熱素子３９が保護される。
【００５９】
また発熱素子３９においては、このような駆動の繰り返しにより抵抗体膜中を移動する電子が抵抗体膜を構成する金属原子への衝突を繰り返し、この衝突の繰り返しにより三重点の金属原子が移動して空孔が発生すると、この空孔の部位から結晶粒界に沿って亀裂が発生することになる。ラインプリンタ１１では、このような発熱素子３９の駆動により用紙１３への印刷が繰り返され、インクが不足すると、インクカートリッジが交換されてインクが補充され、これにより著しく長期間、用紙１３への印刷が繰り返される。これにより従来の発熱素子にあっては、結晶粒界に沿った亀裂が徐々に成長し、ついには断線に至ることになる。
【００６０】
しかしながらこの実施の形態では、ＩＶＡ金属であるチタン、ジルコニウム、ハフニウム、ＶＡ金属であるバナジウム、ニオブ、ＶＩＡ金属であるクロム、モリブデン、タングステン及び銅からなる群の中から少なくとも１種類又は複数種類の金属が選択され、この選択された金属の含有量が２０〔ｍｏｌ％〕未満に設定された金属とタンタルとの合金により発熱素子３９が作成され（図１）、β−タンタルの結晶粒界中にこれらの金属が存在する構造になる（図６）。これらの金属においては、エレクトロマイグレーション耐性を有する金属である。これによりプリンタヘッド１９では、これらの金属によりタンタルの結晶粒界が補強されることにより、発熱素子３９に通電した時に電子との衝突による原子の移動が低減されて空孔の発生が防止され、これにより著しい長期の使用によっても発熱素子３９の断線を防止して十分な信頼性を確保することができるようになされている。
【００６１】
またこれらの金属のうち、銅以外の金属においては、高い融点により耐熱性を有する金属であることにより、発熱素子３９に適用して十分な信頼性を確保することができる。
【００６２】
またこのような発熱素子３９に適用されるタンタルとこれらの金属とによる合金においては、半導体製造プロセスで十分に実用実績のある材料であり、かつ既存の製造プロセスを利用するものであり、これにより製造プロセスにおいて、十分な信頼性を確保することができる。
【００６３】
なおこのようにして形成される発熱素子３９においては、β−タンタルのみにより発熱素子を作成する場合に比して比抵抗が上昇し、その分、発熱素子３９の形状を小さくすることができる。
【００６４】
（３）実施の形態の効果
以上の構成によれば、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、クロム、モリブデン、タングステン及び銅からなる群の中から選ばれた少なくとも１種類又は複数種類の金属とタンタルとの合金により、該金属側の含有量を２０〔ｍｏｌ％〕未満に設定してタンタルの結晶粒界に該金属が存在するように発熱素子を形成することにより、著しい長期の使用によっても発熱素子の断線を防止して十分な信頼性を確保することができる。
【００６５】
（４）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、スパッタリング法により抵抗体膜を形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ターゲットと基板との間隔が一定の間隔以上離された遠距離スパッタリング法を用いる場合、ターゲットと基板との間に配置されたコイルにより高密度プラズマを発生させて成膜種をイオン化させるイオン化スパッタリング法を用いる場合等、種々の成膜手法を広く適用することができる。
【００６６】
また上述の実施の形態においては、本発明をプリンタヘッドに適用してインク液滴を飛び出させる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、インク液滴に代えて液滴が各種染料の液滴、保護層形成用の液滴等である液体吐出ヘッド、さらには液滴が試薬等であるマイクロディスペンサー、各種測定装置、各種試験装置、液滴がエッチングより部材を保護する薬剤である各種のパターン描画装置等に広く適用することができる。
【００６７】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、クロム、モリブデン、タングステン及び銅からなる群の中より選ばれた少なくとも１種類又は複数種類の金属とタンタルとの合金により、該金属側の含有量を２０〔ｍｏｌ％〕未満に設定してタンタルの結晶粒界に該金属が存在するように発熱素子を形成することにより、著しい長期の使用によっても発熱素子の断線を防止して十分な信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るプリンタに適用されるプリンタヘッドを示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るプリンタを示す斜視図である。
【図３】図２のプリンタヘッドにおけるヘッドチップの配列構成を示す平面図である。
【図４】図１のプリンタヘッドの作成工程の説明に供する断面図である。
【図５】発熱素子の作成の説明に供する略線図である。
【図６】発熱素子の結晶構造の説明に供する略線図である。
【図７】図４の続きを示す断面図である。
【図８】図７の続きを示す断面図である。
【図９】図８の続きを示す断面図である。
【図１０】図９の続きを示す断面図である。
【図１１】従来のプリンタヘッドにおける発熱素子の断線の説明に供する平面図である。
【図１２】図１１の発熱素子における亀裂の進行の説明に供する平面図である。
【符号の説明】
３、４、３７、４４……配線パターン、１１……プリンタ、１９……プリンタヘッド、３１……シリコン基板、３３、３４……トランジスタ、３９……発熱素子、４０……ターゲット
【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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【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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