(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、特に発熱素子と発熱素子を駆動するトランジスタとを一体に基板上に形成した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、ＳＯＧ膜により段差の発生を防止する場合でも発熱素子の劣化を防止することができるようにする。【解決手段】  本発明は、塗布型の絶縁材料膜を堆積する処理と、エッチングにより発熱素子の作成領域における絶縁材料膜をほぼ除去する処理とを少なくとも複数回繰り返す。【選択図】  図１
2005125638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、
前記発熱素子を駆動する半導体素子とを基板上に一体に形成し、前記半導体素子による前記発熱素子の駆動により所定のノズルより前記液体の液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドにおいて、
前記半導体素子上に配置される層間絶縁膜の一部が、塗布型の絶縁膜により形成され、
前記塗布型の絶縁膜は、
前記基板表面への塗布により塗布型の絶縁材料膜を堆積する処理と、
前記基板表面のエッチングにより、前記発熱素子の作成領域における前記塗布型の絶縁材料膜をほぼ除去する処理とが、
少なくとも複数回繰り返されて形成された
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記エッチングが、
ドライエッチングである
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
液体吐出ヘッドから飛び出す液滴を対象物に供給する液体吐出装置において、
前記液体吐出ヘッドが、
液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、前記発熱素子を駆動する半導体素子とを基板上に形成し、前記半導体素子による前記発熱素子の駆動により液室に保持した液体を加熱して前記液体の液滴をノズルから飛び出させ、
前記半導体素子上に配置される層間絶縁膜の一部が、塗布型の絶縁膜により形成され、
前記塗布型の絶縁膜は、
前記基板表面への塗布により塗布型の絶縁材料膜を堆積する処理と、
前記基板表面のエッチングにより、前記発熱素子の作成領域における前記塗布型の絶縁材料膜をほぼ除去する処理とが、
少なくとも複数回繰り返されて形成された
ことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項４】
液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、
前記発熱素子を駆動する半導体素子とを基板上に一体に形成し、前記半導体素子による前記発熱素子の駆動により所定のノズルより前記液体の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、
前記半導体素子上に配置される層間絶縁膜の一部を、塗布型の絶縁膜により形成し、
前記基板表面への塗布により塗布型の絶縁材料膜を堆積する処理と、
前記基板表面のエッチングにより、前記発熱素子の作成領域における前記塗布型の絶縁材料膜をほぼ除去する処理とを、
少なくとも複数回繰り返して前記塗布型の絶縁膜を形成する
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】
【技術分野】
【０００１】
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、特に発熱素子と発熱素子を駆動するトランジスタとを一体に基板上に形成した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、塗布型の絶縁材料膜を堆積する処理と、エッチングにより発熱素子の作成領域における絶縁材料膜をほぼ除去する処理とを少なくとも複数回繰り返すことにより、ＳＯＧ（Spin On Glass ）膜により段差の発生を防止する場合でも発熱素子の劣化を防止することができるようにする。
【背景技術】
【０００２】
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】
すなわち図１１は、この種のプリンタヘッドにおけるスイッチングトランジスタ近傍の構成を示す断面図である。このプリンタヘッド１は、シリコン基板２上にＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor ）型電界効果型トランジスタを絶縁分離する素子分離領域が形成された後、この素子分離領域間にＭＯＳ型トランジスタ３等が形成され、これにより発熱素子の駆動に供するスイッチングトランジスタ、このスイッチングトランジスタを駆動する駆動回路が半導体製造工程によるＭＯＳ型トランジスタにより構成されるようになされている。
【０００８】
続いてＭＯＳ型トランジスタ３を絶縁する層間絶縁膜等が積層された後、この層間絶縁膜に開口（コンタクトホール）が形成され、１層目の配線パターン４、発熱素子が順次形成される。ここで発熱素子は、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮX ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）により作成されるようになされている。続いて１層目の配線パターン４と続く２層目の配線パターンを絶縁する層間絶縁膜５等が積層された後、この層間絶縁膜５に開口（ビアホール）を形成して２層目の配線パターン６が形成され、これら２層構造による配線パターン４、６によりＭＯＳ型トランジスタ３に発熱素子が接続される。さらに続いて発熱素子上に窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）による絶縁保護層７、β−タンタルによる耐キャビテーション層が順次形成される。
【０００９】
プリンタヘッド１は、続いてこのようにして発熱素子等が形成された基板上の全面に感光性の樹脂材料が塗布され、露光現像工程により塗布した感光性樹脂の余剰な部位が除去される。さらにこの上層にニッケルとコバルトとの合金（Ｎｉ−Ｃｏ）によるノズルプレートが貼り付けられ、これらによりインク液室、インク液室にインクを導くインク流路及びノズルが作成される。プリンタヘッド１は、ＭＯＳ型トランジスタ３によりパルス状の電圧を発熱素子に印加して発熱素子を駆動し、これによりインク液滴を飛び出させるようになされている。
【００１０】
このように構成されるプリンタヘッド１においては、単に構成部材を積層しただけでは、絶縁保護層７の表面に配線パターン４等による段差の発生を避け得ず、これにより絶縁保護層７の上層に形成される樹脂層の表面にも段差が現れ、この樹脂層に貼り付けられるノズルシートと樹脂層表面との間に隙間が発生する。プリンタヘッド１においては、このような隙間が発生すると、樹脂層とノズルシートの密着性が劣化する恐れがある。
【００１１】
これにより例えば米国特許第６４５０６２２号明細書に開示の手法を適用してＳＯＧ（Spin On Glass ）膜によりこの種の段差を無くすようにして十分に強固にノズルシートを保持できると考えられる。ここでＳＯＧ膜は、アルコール成分を溶媒にしてシロキサン成分を含んでなる塗布型の絶縁材料がスピンコート法により基板表面に塗布されることにより段差に係る部位を埋めるように堆積された後、ウエットエッチング又はドライエッチングによるエッチバック法によりこの堆積された絶縁材料膜の表面全体がエッチバックされて形成されるものである。
【００１２】
しかしながら単にＳＯＧ膜により段差を無くすようにすると、プリンタヘッド１にあっては、発熱素子の駆動により発熱素子が劣化する問題がある。具体的にインク液室にインクを保持しない状態で発熱素子を駆動したところ（いわゆる空うちである）、プリンタヘッド１においては、発熱素子の抵抗値が著しく上昇し、また図１２において破線ａにより領域を示すように、耐キャビテーション層の表面が黒く変色することが確認された。
【００１３】
なお図１２に示す例は、所定の間隔を隔てて長方形形状の抵抗体膜８、９を併設し、これらの抵抗体膜８、９の一端を配線パターン６ａにより接続すると共に、これら抵抗体膜８、９の他端に配線パターン６ｂ、６ｃにより駆動電圧を印加し、これによりこれら抵抗体膜８、９の直列接続により発熱素子を形成した場合である。またこのような発熱素子の部位がインク液室側より見て、膜厚２００〔ｎｍ〕による耐キャビテーション層、膜厚３００〔ｎｍ〕による絶縁保護層７、膜厚１００〔ｎｍ〕による発熱素子、膜厚４００〔ｎｍ〕によるシリコン酸化膜と膜厚４５０〔ｎｍ〕によるＳＯＧ膜と膜厚２５０〔ｎｍ〕によるシリコン窒化膜と膜厚１１３０〔ｎｍ〕によるシリコン酸化膜により層間絶縁膜５等を形成した場合であり、この発熱素子を定格駆動電力０．８〔Ｗ〕により駆動した例である。
【００１４】
しかしてこの点を詳細に検討したところ、発熱素子の駆動による熱が直下のＳＯＧ膜に伝搬し、この熱によりＳＯＧ膜成分自体が分解されることにより、またＳＯＧ膜中に残存している溶媒成分が脱離することにより、発熱素子が酸化して、又は炭化して抵抗値が著しく上昇することが判った。
【００１５】
なお、発熱素子の形成箇所について例えばウエットエッチングにより選択的にＳＯＧ膜を除去することにより、このような発熱素子の劣化を防止できると考えられる。しかしながらＳＯＧ膜のウエットエッチングにあっては、いわゆるオーバーハングが著しくなり、このオーバーハングの部位に２層目の配線パターン形成時の残渣が残るようになり、この残渣により配線パターン等がショートするようになる。
【特許文献１】米国特許第６４５０６２２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、ＳＯＧ膜により段差の発生を防止する場合でも発熱素子の劣化を防止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。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
かかる課題を解決するため請求項１の発明においては、液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、発熱素子を駆動する半導体素子とを基板上に一体に形成し、半導体素子による発熱素子の駆動により所定のノズルより液体の液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドに適用して、半導体素子上に配置される層間絶縁膜の一部が、塗布型の絶縁膜により形成され、塗布型の絶縁膜は、基板表面への塗布により塗布型の絶縁材料膜を堆積する処理と、基板表面のエッチングにより、発熱素子の作成領域における塗布型の絶縁材料膜をほぼ除去する処理とが、少なくとも複数回繰り返されて形成されてなるようにする。
【００１８】
また請求項３の発明においては、液体吐出ヘッドから飛び出す液滴を対象物に供給する液体吐出装置に適用して、液体吐出ヘッドが、液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、発熱素子を駆動する半導体素子とを基板上に形成し、半導体素子による発熱素子の駆動により液室に保持した液体を加熱して液体の液滴をノズルから飛び出させ、半導体素子上に配置される層間絶縁膜の一部が、塗布型の絶縁膜により形成され、塗布型の絶縁膜は、基板表面への塗布により塗布型の絶縁材料膜を堆積する処理と、基板表面のエッチングにより、発熱素子の作成領域における塗布型の絶縁材料膜をほぼ除去する処理とが、少なくとも複数回繰り返されて形成されてなるようにする。
【００１９】
また請求項４の発明においては、液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、発熱素子を駆動する半導体素子とを基板上に一体に形成し、半導体素子による発熱素子の駆動により所定のノズルより液体の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、半導体素子上に配置される層間絶縁膜の一部を、塗布型の絶縁膜により形成し、基板表面への塗布により塗布型の絶縁材料膜を堆積する処理と、基板表面のエッチングにより、発熱素子の作成領域における塗布型の絶縁材料膜をほぼ除去する処理とを、少なくとも複数回繰り返して塗布型の絶縁膜を形成する。
【００２０】
請求項１の構成により、液室に保持した液体を加熱する発熱素子と、発熱素子を駆動する半導体素子とを基板上に一体に形成し、半導体素子による発熱素子の駆動により所定のノズルより液体の液滴を飛び出させる液体吐出ヘッドに適用して、半導体素子上に配置される層間絶縁膜の一部が、塗布型の絶縁膜により形成されるようにすれば、ＳＯＧ膜により段差の発生を防止し得、樹脂層とノズルシートの密着性を増大させることができる。また請求項１の構成により、塗布型の絶縁膜は、基板表面への塗布により塗布型の絶縁材料膜を堆積する処理と、基板表面のエッチングにより、発熱素子の作成領域における塗布型の絶縁材料膜をほぼ除去する処理とが、少なくとも複数回繰り返されて形成されてなるようにすれば、ＳＯＧ膜により段差の発生を防止する場合でも発熱素子の劣化を防止することができる。
【００２１】
これにより請求項３及び請求項４の構成によれば、ＳＯＧ膜により段差の発生を防止する場合でも発熱素子の劣化を防止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。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＳＯＧ膜により段差の発生を防止する場合でも発熱素子の劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施例を詳述する。
【実施例１】
【００２４】
（１）実施例の構成
図２は、本発明に係るラインプリンタを示す斜視図である。このラインプリンタ１１は、フルラインタイプのラインプリンタであり、略長方形形状によりプリンタ本体１２が形成される。このラインプリンタ１１は、印刷対象である用紙１３を収納した用紙トレイ１４をこのプリンタ本体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。
【００２５】
ラインプリンタ１１は、このようにトレイ出入口よりプリンタ本体１２に用紙トレイ１４が装着されると、このプリンタ本体１２に設けられた給紙ローラの回転によりプリンタ本体１２の背面側に向かって用紙トレイ１４から用紙１３が送り出され、プリンタ本体１２の背面側に設けられた反転ローラによりこの用紙１３の送り方向が正面方向に切り換えられる。ラインプリンタ１１は、このようにして用紙送り方向が正面方向に切り換えられてなる用紙１３が用紙トレイ１４上を横切るように搬送され、ラインプリンタ１１の正面側に配置された排出口よりトレイ１５に排出される。
【００２６】
ラインプリンタ１１は、上側端面に上蓋１６が設けられ、この上蓋１６の内側、正面方向への用紙搬送途中に、矢印Ａ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。
【００２７】
ここでヘッドカートリッジ１８は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色によるフルラインタイプのプリンタヘッドであり、上側に各色のインクタンク１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋが設けられるようになされている。ヘッドカートリッジ１８は、これらインクタンク１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋに係るプリンタヘッドのアッセンブリーであるヘッドアッセンブリー２０と、このヘッドアッセンブリー２０の用紙１３側に設けられて、不使用時、ヘッドアッセンブリー２０に設けられたノズル列を塞いでインクの乾燥を防止するヘッドキャップ２１とにより構成される。これによりラインプリンタ１１においては、このヘッドカートリッジ１８に設けられたヘッドアッセンブリー２０の駆動により、各色のインク液滴を用紙１３に付着させて所望の画像等をカラーにより印刷することができるようになされている。
【００２８】
図３は、このヘッドアッセンブリー２０を用紙１３側より見てインク液滴Ｄの吐出に係る部分を拡大し、一部断面を取って示す斜視図である。ヘッドアッセンブリー２０は、インク液室２２の隔壁２３等を作成したヘッドチップ２４を順次ヘッドフレームに貼り付けた後、ボンディング端子２６を介してヘッドチップ２４を配線して形成される。
【００２９】
ヘッドチップ２４は、複数の発熱素子２７、この複数の発熱素子２７を駆動する駆動回路、この駆動回路の駆動に供する電源等を入力するパッド２８等が形成されたものであり、ノズルシート２５側から見て全体が長方形形状により形成され、この長方形形状の長辺の一辺に沿って複数の発熱素子２７が所定ピッチにより配置される。
【００３０】
ヘッドチップ２４は、この一辺側が開いてなるように、櫛の歯形状によりインク液室２２の隔壁２３が形成され、これによりこの一辺側にインク流路を形成して、このインク流路からそれぞれ対応するインクタンク１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋのインクを各インク液室２２に導き得るようになされ、またこのようにしてインク液室２２に導かれたインクを発熱素子２７の駆動により加熱できるようになされている。
【００３１】
ヘッドチップ２４は、半導体ウエハの段階で、露光硬化型のドライフィルムレジストを発熱素子２７側面に積層した後、フォトリソプロセスによってこのドライフィルムレジストからインク液室の部位等を取り除くことにより、隔壁２３が形成されるようになされている。
【００３２】
これに対してノズルシート２５は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのインクにそれぞれ対応する用紙幅によるノズル２９の列が並設されたシート状部材であり、電鋳技術により形成される。ノズルシート２５は、各ノズル２９の列を間に挟んで千鳥に、各ヘッドチップ２４をそれぞれボンディング端子２６にワイヤボンディングする際の作業用の開口３０が形成されるようになされている。
【００３３】
図４は、このヘッドアッセンブリー２０に配置されるヘッドチップ近傍の構成を示す断面図である。ヘッドチップ２４は、半導体製造工程により、複数チップ分がシリコン基板による半導体ウエハ上にまとめて形成された後、各チップにスクライビングされて形成される。
【００３４】
すなわち図５（Ａ）に示すように、ヘッドチップ２４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。続いてヘッドチップ２４は、フォト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。これらによりヘッドチップ２４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。
【００３５】
続いてヘッドチップ２４は、熱酸化工程によりシリコン窒化膜が除去されている領域に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。
【００３６】
さらに続いてヘッドチップ２４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ゲート用の熱酸化膜が形成された後、洗浄処理され、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法により膜厚１００〔ｎｍ〕によりポリシリコンが堆積される。また続いて、ＷＦ6 ＋ＳｉＨ4 系のガス又はＷＦ6 ＋ＳｉＨ2 Ｃｌ2 系のガスを用いたＣＶＤ法によりタングステンシリサイド膜が膜厚１００〔ｎｍ〕により堆積される。なおタングステンシリサイド膜においては、スパッタリング法により形成することも可能である。さらにリソグラフィー工程によりゲート領域が露光処理された後、ＳＦ6 ＋ＨＢｒ系の混合ガスを用いたドライエッチングにより、余剰な熱酸化膜、ポリシリコン膜、タングステンシリサイド膜が除去され、これによりゲート酸化膜３３、ポリシリコン膜３４、タングステンシリサイド膜３５によるポリサイド構造によりゲートの電極が形成され、この実施例では、ゲート長が２〔μｍ〕以下により形成される。
【００３７】
続いてイオン注入工程、熱処理工程によりシリコン基板３１が処理され、低濃度の拡散層３７が形成され、さらにソース及び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、これらによりＭＯＳ型によるトランジスタ４３、４４等が作成される。ここでこの低濃度の拡散層３７は、ゲート・ドレイン間の耐圧を確保する電界緩和層である。またスイッチングトランジスタ４３は、２５〔Ｖ〕程度までの耐圧を有する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４４は、このドライバートランジスタ４３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。
【００３８】
ヘッドチップ２４は、続いて図５（Ｂ）に示すように、続いてＣＶＤ法によりシリコン酸化膜であるＮＳＧ（Non-doped 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４５が作成される。
【００３９】
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４６が作成される。
【００４０】
さらにヘッドチップ２４は、希フッ酸洗浄により、コンタクトホール４６により露出したシリコン半導体拡散層の表面から自然酸化膜が除去された後、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。続いてヘッドチップ２４は、反射防止膜である窒化酸化チタンが膜厚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。
【００４１】
さらに続いて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４７が作成される。ヘッドチップ２４は、このようにして作成された１層目の配線パターン４７により、駆動回路を構成するＭＯＳ型トランジスタ４３を接続してロジック集積回路が形成される。
【００４２】
ヘッドチップ２４は、続いて図６（Ｃ）に示すように、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（以下、ＴＥＯＳ膜と呼ぶ）が堆積され、さらに配線パターン４７により生じる段差の部分にＳＯＧ膜が形成され、これらにより１層目の配線パターン４７と続く２層目の配線パターンとを絶縁する２層目の層間絶縁膜４８が形成される。
【００４３】
ここでこの実施例では、ＴＥＯＳ膜の堆積と、ＳＯＧ膜の作成とが複数回繰り返されて層間絶縁膜４８が形成される。またＳＯＧ膜の作成においては、発熱素子を作成する領域にＳＯＧ膜が残存しないように下層のＴＥＯＳ膜が露出するまでドライエッチングによりエッチングされる。なおこの実施例において、塗布型の絶縁材料には、シリカガラスを主成分とする無機ＳＯＧ、アルキルシロキサンポリマーを主成分とする有機ＳＯＧ、アルキルシルセスキオキサンポリマーを主成分とする有機ＳＯＧ又は水素化シルセスキオキサンポリマーを主成分とする無機ＳＯＧのうちの何れかを適用し、ドライエッチングには、ＣＨＦ3 ／ＣＦ4 ／Ａｒガスを適用する。また塗布型の絶縁材料にはポリアリールエーテルを主成分とする低誘電率材料を適用することも可能である。
【００４４】
具体的に図１（Ａ）に示すように、ヘッドチップ２４は、１層目のＴＥＯＳ膜５１が膜厚４００〔ｎｍ〕により堆積される。さらにスピンコート法による塗布型絶縁材料の塗布により膜厚に換算して５９０〔ｎｍ〕による１層目の絶縁材料膜５２が堆積され、これにより段差の部分に堆積された絶縁材料膜５２の膜厚が段差を除く部分の膜厚に比して厚く堆積される。
【００４５】
続いて図１（Ｂ）に示すように、混合ガスプラズマを用いたドライエッチング法によりシリコン基板３１の表面全体が膜厚３４０〔ｎｍ〕エッチングされ、これにより図７（Ｃ）に示すように、段差に係る部分については堆積された絶縁材料膜５２が取り残されて１層目のＳＯＧ膜５３が形成されるのに対し、段差に係る部分を除く部分については堆積された絶縁材料膜５２が全て除去されて下層のＴＥＯＳ膜５１が露出される。
【００４６】
続いて２層目のＴＥＯＳ膜５４が膜厚３００〔ｎｍ〕により堆積され、さらに図７（Ｄ）に示すように、２層目の絶縁材料膜５５が膜厚換算値として５９０〔ｎｍ〕により堆積される。さらに続いて図８（Ｅ）に示すように、混合ガスプラズマを用いたドライエッチング法によりシリコン基板３１の表面全体が膜厚５４０〔ｎｍ〕エッチングされ、これにより図８（Ｆ）に示すように、１層目のＳＯＧ膜５３により残る段差の部分に２層目のＳＯＧ膜５６が形成される。
【００４７】
ヘッドチップ２４は、続いて３層目のＴＥＯＳ膜５７が膜厚３００〔ｎｍ〕により堆積され、これによりＴＥＯＳ膜５１、５４、５７の一部がＳＯＧ膜５３、５６により平坦化されてなる層間絶縁膜４８が全体として膜厚４４０〔ｎｍ〕により形成される。
【００４８】
かくするにつきこの実施例では、塗布型の絶縁材料膜を堆積する処理と、エッチングにより発熱素子の作成領域における絶縁材料膜をほぼ除去する処理とを２回繰り返すことにより、配線パターン４７に係る段差の厚さが厚い場合でもＳＯＧ膜により段差の発生を防止するようになされ、また発熱素子の作成領域における絶縁材料膜５２、５５を確実に除去して発熱素子の劣化を防止するようになされている。
【００４９】
またこのようなＳＯＧ膜の作成に供するエッチングにおいては、ドライエッチングを用いることにより、ウエットエッチングを用いた場合に生じるオーバーハングによる配線パターン等のショートを有効に回避するようになされている。
【００５０】
なおこの実施例に係るヘッドアッセンブリー２０においては、発熱素子の作成領域に形成されてなる膜厚４４０〔ｎｍ〕による層間絶縁膜４８、膜厚６００〔ｎｍ〕による層間絶縁膜４５、膜厚２６０〔ｎｍ〕による素子分離領域３２が発熱素子の熱を蓄熱する膜厚１．３〔μｍ〕による蓄熱層として利用され、これにより効率良くインクを加熱するようになされている。
【００５１】
このようにして層間絶縁膜４８が形成されると、続いてヘッドチップ２４は、スパッタリング装置により膜厚５０〜１００〔ｎｍ〕によるβ−タンタル膜が堆積され、これによりシリコン基板３１上に抵抗体膜が成膜される。なおスパッタリングの条件は、ウエハ加熱温度２００〜４００度、直流印加電力２〜４〔ｋＷ〕、アルゴンガス流量２５〜４０〔ｓｃｃｍ〕に設定した。さらに続いてヘッドチップ２４は、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、正方形形状により、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抵抗体膜が選択的に除去され、４０〜１００〔Ω〕の抵抗値を有する発熱素子２７が形成される。
【００５２】
ヘッドチップ２４は、続いて図４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２７の絶縁保護層６１が形成される。続いてフォトレジスト工程、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２７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４８に開口を形成してビアホール６２が作成される。
【００５３】
さらにヘッドチップ２４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。続いてヘッドチップ２４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。これらによりヘッドチップ２４は、シリコン又は銅を添加したアルミニュームによる配線パターン材料層が形成される。
【００５４】
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配線パターン材料層が選択的に除去され、２層目の配線パターン６３が作成される。ヘッドチップ２４は、この２層目の配線パターン６３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４２を発熱素子２７に接続する配線パターンが作成される。なお発熱素子２７上に取り残されたシリコン窒化膜６１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、エッチングに供する塩素ラジカルから発熱素子２７を保護する保護層として機能する。またこのシリコン窒化膜６１においては、このエッチング工程において、塩素ラジカルに曝される部位が膜厚３００〔ｎｍ〕から膜厚１００〔ｎｍ〕に減少する。
【００５５】
続いてヘッドチップ２４は、インク保護層、絶縁層として機能するシリコン窒化膜６４がプラズマＣＶＤ法により膜厚２００〜４００〔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。これによりヘッドチップ２４は、トランジスタ４３、４４の動作が安定化され、さらに１層目の配線パターン４７と２層目の配線パターン６３との接続が安定化されてコンタクト抵抗が低減される。
【００５６】
ヘッドチップ２４は、続いて耐キャビテーション材料層が膜厚１００〜３００〔ｎｍ〕により堆積された後、この耐キャビテーション材料層がＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ガスを用いたパターニングにより耐キャビテーション層６５が形成される。この実施例では、タンタルをターゲットに用いたＤＣマグネトロン・スパッタリング装置によりβ−タンタルによる耐キャビテーション層６５が形成される。なおここで耐キャビテーション層６５は、発熱素子２７の駆動によりインク液室２２に発生した気泡が消滅する際の物理的ダメージ（キャビテーション）を吸収して発熱素子２７を保護し、また発熱素子２７の駆動により高温となったインクの化学作用から発熱素子２７を保護する保護層である。
【００５７】
続いてヘッドチップ２４は、感光性有機系樹脂が塗布され、露光現像工程により、インク液室２２、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２２の隔壁２３、インク流路の隔壁２３等が作成される。ヘッドチップ２４は、このようにしてシリコン基板３１上に作成された複数ヘッドチップ分がスクライビングされて作成される。
【００５８】
（２）実施例の動作
以上の構成において、このラインプリンタ１１においては（図２）、印刷に供する画像データ、テキストデータ等によるヘッドカートリッジ１８の駆動により、印刷対象である用紙１３を所定の用紙送り機構により搬送しながら、ヘッドカートリッジ１８に設けられたヘッドアッセンブリー２０からインク液滴が吐出され、このインク液滴が搬送中の用紙１３に付着して画像、テキスト等が印刷される。これに対応してヘッドカートリッジ１８のヘッドアッセンブリー２０においては（図２、図３）、インクタンク１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋのインクが各ヘッドチップ２４に形成されたインク液室２２に導かれ、発熱素子２７の駆動によるこのインク液室２２のインクの加熱により、ノズルシート２５に設けられたノズル２９からインク液滴Ｄが吐出される。これらによりこのラインプリンタ１１においては、所望の画像等を印刷することができるようになされている。
【００５９】
しかしてこのヘッドアッセンブリー２０においては、複数の発熱素子２７、この複数の発熱素子２７を駆動するトランジスタ４３、このトランジスタ４３を制御する集積回路を構成するトランジスタ４４等を形成してなるヘッドチップ２４と（図４〜図６）、インク液滴を吐出するノズル２９によるノズル列、開口３０を電鋳処理により作成してなるシート状の部材であるノズルシート２５とを配置して形成される（図３）。またこのようなノズル２９によるノズル列が、印刷対象の用紙幅により形成され、これによりフルラインタイプのラインヘッドが構成され、シリアルヘッドのプリンタヘッドによる場合に比して高速度に所望の画像等を印刷することができる。
【００６０】
このようなヘッドアッセンブリー２０においては、図９に示すように、トランジスタ４３の上層に配置される層間絶縁膜４８の一部である、配線パターン４７による段差に係る部分がＳＯＧ膜により形成され、このＳＯＧ膜により層間絶縁膜４８の表面が平坦化され、樹脂層とノズルシート２５の密着性を増大させることができるようになされている。
【００６１】
ヘッドアッセンブリー２０においては、このようにＳＯＧ膜が用いられると、発熱素子２７の劣化が心配される。すなわちラインプリンタ１１においては、発熱素子２７の下層にＳＯＧ膜５３、５６が残存していると、いわゆる空うちによっても発熱素子２７の抵抗値が上昇し、インク液滴Ｄを安定に吐出できなくなる。
【００６２】
しかしながらこの実施例では、ＴＥＯＳ膜５１が堆積された後、塗布型絶縁材料の基板表面への塗布により絶縁材料膜５２が堆積され、発熱素子２７の作成領域におけるＴＥＯＳ膜５１が露出されるまで基板３１の表面全体がエッチングされ、これにより発熱素子２７の作成領域における絶縁材料膜５２が確実に除去される。さらにこれらの工程が複数回繰り返されてＴＥＯＳ膜５４、ＳＯＧ膜５６、ＴＥＯＳ膜５７が順次形成され、これにより配線パターン４７による段差の厚さが厚い場合でも、表面が平坦化されてなる層間絶縁膜４８が形成される（図１、図７〜図８）。これらによりヘッドアッセンブリー２０においては、ＳＯＧ膜により段差の発生を防止する場合でも発熱素子２７の劣化を防止することができる。
【００６３】
実際上、このようなヘッドアッセンブリー２０を駆動して発熱素子２７の抵抗値を実測した結果によれば、抵抗値の変化が殆ど見られなく、また図１０に示すように、発熱素子２７近傍を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、層間絶縁膜４８においてはＴＥＯＳ膜５１、５４、５７のみを見ることができ、これらによりＳＯＧ膜５３、５６を確実に除去して発熱素子２７の劣化を防止できることが確認された。
【００６４】
またこのようなＳＯＧ膜５３、５５の作成に供するエッチングにおいては、ドライエッチングを用いることにより、ウエットエッチングを用いた場合に生じるオーバーハングによる配線パターン等のショートを有効に回避することができる。
【００６５】
（３）実施例の効果
以上の構成によれば、塗布型の絶縁材料膜を堆積する処理と、エッチングにより発熱素子の作成領域における絶縁材料膜をほぼ除去する処理とを少なくとも複数回繰り返すことにより、ＳＯＧ膜により段差の発生を防止する場合でも発熱素子の劣化を防止することができる。
【００６６】
またＳＯＧ膜の作成に供するエッチングが、ドライエッチングであることにより、ウエットエッチングを用いた場合に生じるオーバーハングによる配線パターン等のショートを有効に回避することができる。
【実施例２】
【００６７】
なお上述の実施例においては、塗布型絶縁材料膜の塗布及びエッチングを２回繰り返すことによりＳＯＧ膜により段差の発生を防止する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば塗布型絶縁材料膜の塗布及びエッチングを３回繰り返す場合等、繰り返す回数にあっては、少なくとも複数回繰り返すようにして上述の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
また上述の実施例においては、発熱素子の作成領域における絶縁材料膜を確実に除去する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、実用上、発熱素子の劣化が生じない範囲であれば、発熱素子の作成領域に絶縁材料膜が残存するようにしてもよく、これにより絶縁材料膜のエッチングにあっては、ほぼ除去する程度で上述の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
さらに上述の実施例においては、ＴＥＯＳ膜の堆積とＳＯＧ膜の作成とを複数回繰り返して層間絶縁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、発熱素子の作成領域における絶縁材料膜をほぼ除去する場合にあっては、ＴＥＯＳ膜を堆積した後、段差の部分にＳＯＧ膜の作成を複数回繰り返して層間絶縁膜を形成する場合、段差の部分にＳＯＧ膜の作成を複数回繰り返した後、ＴＥＯＳ膜を堆積して層間絶縁膜を形成する場合等を広く適用することができる。なおこれらのようにすれば、上述の実施例に比して層間絶縁膜の作成を簡略化することができる。
【００７０】
また上述の実施例においては、配線パターン間を絶縁する層間絶縁膜の一部をＳＯＧ膜により形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、シリコン窒化膜による絶縁保護層の一部をＳＯＧ膜により形成する場合等、トランジスタ上に配置される層間絶縁膜の一部をＳＯＧ膜により形成する場合に広く適用することができる。
【００７１】
また上述の実施例においては、カラー印刷用のフルラインタイプのプリンタヘッドに本発明を適用して４本のノズル列を作成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば白黒印刷用のフルラインタイプのプリンタヘッドに本発明を適用してノズル列を１本により作成する場合等、種々の本数によりノズル列を作成する場合に広く適用することができる。
【００７２】
また上述の実施例においては、用紙を印刷対象にしてなるプリンタ、プリンタヘッドに本発明を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばパターン形成材料による液体、染料等をノズルから飛び出させる場合等、種々の材料を印刷対象にしてなるプリンタ、プリンタヘッドに広く適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
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、特に発熱素子と発熱素子を駆動するトランジスタとを一体に基板上に形成した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。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施例１に係るラインプリンタに適用されるヘッドアッセンブリーの層間絶縁膜の作成工程の説明に供する断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係るラインプリンタを示す斜視図である。
【図３】図２のヘッドアッセンブリーのインク液滴の吐出に係る部分を拡大して示す斜視図である。
【図４】図２のヘッドアッセンブリーのインク液滴の吐出に係る部分を示す断面図である。
【図５】図４のヘッドチップの作成工程の説明に供する断面図である。
【図６】図５の続きを示す断面図である。
【図７】図１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１の作成工程による層間絶縁膜の段差に係る部分を示す断面図である。
【図１０】図１の作成工程による層間絶縁膜の発熱素子近傍の説明に供する断面図である。
【図１１】従来のプリンタヘッドにおけるトランジスタ近傍の構成を示す断面図である。
【図１２】発熱素子の劣化の説明に供する平面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１、１８……プリンタヘッド、２、３１……基板、３、４２、４３……トランジスタ、４、６、４７、６３……配線パターン、５、４８……層間絶縁膜、１１……ラインプリンタ、２０……ヘッドアッセンブリー、２４……ヘッドチップ、２７……発熱素子、５１、５４、５７……ＴＥＯＳ膜、５３、５６……ＳＯＧ膜
【図１】
2005125638.tif 000003
【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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