(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、前記半導体基板の第１の主面上に設けられたトランジスタを含む素子と、該トランジスタを駆動するための配線とを含み、前記トランジスタ及び配線間に配された層間絶縁膜として機能するシリコン酸化膜と、前記トランジスタ、配線のパッシベーション層として機能するシリコン窒化膜とを有し、前記半導体基板と前記シリコン窒化膜とを貫通する貫通孔を備える構造体の製造方法において、
前記貫通孔の形成位置に対応して前記半導体基板の第１の主面上に犠牲層を形成し、
前記犠牲層及び前記第１の主面の全面を覆うようにシリコン酸化膜を形成し、
前記貫通孔の形成位置において、前記犠牲層の表面が露出するように前記シリコン酸化膜を除去し、
前記シリコン酸化膜と前記犠牲層を覆うように、内部応力が圧縮応力であって１．６４×１０8Ｐａ以下となるように前記シリコン窒化膜を形成した後、前記半導体基板の第２の主面側から前記半導体基板をウエットエッチングし、前記犠牲層を除去し、前記シリコン窒化膜をドライエッチングすることにより貫通孔を形成する、
ことを特徴とする構造体の製造方法。
【請求項２】
前記シリコン窒化膜をプラズマＣＶＤ法によって形成する、請求項１に記載の構造体の製造方法。
【請求項３】
更に、前記犠牲層の表面が露出するように前記シリコン酸化膜を除去した後に、前記貫通孔が形成される領域以外の領域に発熱抵抗体膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載の構造体の製造方法。
【請求項４】
更に、前記発熱抵抗体膜上を含む領域に液体が満たされる液室を構成するための部材を形成する工程と、前記部材の前記発熱抵抗体膜に対応した領域に、液体の吐出口を形成する工程を有することを特徴とする請求項３に記載の構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン（Ｓｉ）半導体基板などからなり貫通孔を有する構造体の製造方法に関し、特に、プリンタなどに用いられるサーマル記録ヘッドやインクジェット記録ヘッドなどに好適に用いられる構造体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
貫通孔を有する構造体は、各種の分野で用いられている。例えば、インクジェットプリンタなどに用いられインクを吐出することによって記録を行うインクジェット記録ヘッドには、シリコン半導体基板などからなり貫通孔を有する構造体が用いられる。以下では、熱エネルギーによりインクを吐出させるインクジェット記録ヘッドの場合を例に挙げて、貫通孔を有する構造体について説明する。
【０００３】
熱エネルギーを利用するインクジェット記録ヘッドでは、発熱抵抗体（ヒータ）によって発生した熱エネルギーを液体に付与することにより、液体中で選択的に発泡現象を生じさせ、その発泡のエネルギーにより吐出口からインク液滴を吐出する。このようなインクジェット記録ヘッドでは、記録密度（解像度）の向上のために、シリコン半導体基板上などに微細な発熱抵抗体を多数個配置し、さらに、発熱抵抗体ごとにその発熱抵抗体に対向するように吐出口を配置しており、発熱抵抗体を駆動するための駆動回路や周辺回路もシリコン半導体基板上に設けるようにしている。
【０００４】
図８はこのようなインクジェット記録ヘッドの構成を示す断面図である。
【０００５】
図８に示すように、インクジェット記録ヘッドは、シリコン基板１００に一方の主面上に、フィールド酸化膜（ＬＯＣＯＳ酸化膜）１０１、常圧ＣＶＤ（化学気相成長）法によるＢＰＳＧ（ホウリンケイ酸ガラス）層１０２、プラズマＣＶＤ法によるシリコン酸化膜１０３を積層し、シリコン酸化膜１０３上に発熱抵抗体（ヒータ）１１０を形成し、さらに、発熱抵抗体１１０に対向するように、吐出口１４０を設けたものである。図では１個の発熱抵抗体１１０と１個の吐出口１４０しか描かれていないが、実際には、１個のインクジェット記録ヘッドには数百個の発熱抵抗体及び吐出口が設けられる。これらの発熱抵抗体は、単一のシリコン基板１００上に、図示、紙面に垂直な方向に、所定の間隔（例えば４０μｍ）で配置される。
【０００６】
発熱抵抗体１１０などを保護するために、さらに、発熱抵抗体１１０上を含めてシリコン基板１００の上記の主面の全面に、パッシベーション層としてプラズマＣＶＤによるシリコン窒化膜１０４が形成されている。シリコン窒化膜１０４の表面のうち発熱抵抗体１１０に対応する部位には、インク中に発生した気泡によるキャビテーション現象によってシリコン窒化膜１１０が劣化することを防ぐために、耐キャビテーション層として、タンタル（Ｔａ）膜１０５が形成されている。なお、シリコン基板１００の発熱抵抗体１１０が形成されていない方の主面の表面は、熱酸化膜１０６で覆われている。
【０００７】
吐出口１４０は、シリコン基板１００の上記の主面を覆うように設けられた被覆樹脂層１３０に形成されている。被覆樹脂層１３０とシリコン窒化膜１０４及びタンタル膜１０５との間には空間が形成されており、この空間は、吐出口１４０から吐出すべき液体（インク）が満たされるところである。この空間のことを液室１５０と呼ぶ。
【０００８】
このように構成したインクジェット記録ヘッドでは、発熱抵抗体１１０に通電することによって熱を発生させると、その熱によって液室１５０中の吐出液内に気泡が発生し、発生した気泡の作用力によって、吐出口１４０から液滴が吐出する。連続した記録を行うためには、吐出口１４０から吐出した液滴の分だけ、液室１５０に吐出液（インク）を補給しなければならないが、吐出口１４０は紙などの被記録媒体に近接して配置されるものであり、また、吐出口１４０と発熱抵抗体１１０との間隔も微小に設定されるものであるから、シリコン基板１００の発熱抵抗体１１０が形成された側から液室１５０内に吐出液を供給することは困難である。そこで、図示されるように、シリコン基板１００を貫通する供給口１２０を設け、図示矢印で示す方向に供給口１２０を介して吐出液を流し、液室１５０内に吐出液を供給するようにしている。この供給口１２０は、シリコン基板１００をエッチングすることによって形成される。
【０００９】
ところで、シリコン基板１００は一般に厚さが数百μｍもあり、供給口１２０をエッチング形成する場合に発熱抵抗体１１０が形成されている方の主面からシリコン基板１００をエッチングしようとすると、シリコン基板１００のみを選択的にエッチングする条件を設定していたとしても、エッチングに長時間を要し、この主面上に形成されている各層や発熱抵抗体１１０へのダメージは避けられない。そこで、発熱抵抗体１１０が形成されていない方の主面から、シリコン基板１００をエッチングして供給口１２０を形成することになる。その場合も、供給口１２０がちょうど貫通したときにエッチング液が発熱抵抗体１１０が設けられている側に流れ込むと、発熱抵抗体１１０やその他の各層にダメージを与えるおそれがある。そこで、シリコン基板１００の発熱抵抗体１１０が形成される側の主面において、供給口１２０の形成が予定される位置に、エッチングストッパーとなる層を予め設け、エッチング液が発熱抵抗体１１０の形成された側に流れ込まないようにする。
【００１０】
図８に示したものでは、供給口１２０が形成される領域においては、フィールド酸化膜１０１、ＢＰＳＧ層１０２及びシリコン酸化膜１０３が設けられておらず、その代わりに、減圧ＣＰＤ法で形成したシリコン窒化膜１０７を設けるようにしている。このシリコン窒化膜１０７は、供給口１２０の形成領域及びその周辺のみに配置されるようにパターニングされて設けられており、その端部は、フィールド酸化膜１０１とシリコン酸化膜１０２との間に挟まれるように形成されている。供給口１２０の形成領域において、シリコン窒化膜１０７は、シリコン基板１００の表面の薄い酸化膜１０８上に直接堆積している。プラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜１０４は、この減圧ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜１０７の上にも形成されている。
【００１１】
後述するように、エッチングの終期には、形成された供給口１２０の底面にシリコン窒化膜１０７が露出することになる。この段階でシリコン窒化膜１０７やシリコン窒化膜１０４が割れたりシリコン基板１００から剥離したりすると、エッチング液が発熱抵抗体１１０の側に漏れ出すこととなり、好ましくない。そのため、特開平１０−１８１０３２号公報にも記載されているように、減圧ＣＶＤでシリコン窒化膜１０７を成膜することにより、このシリコン窒化膜１０７の内部応力を引っ張り応力とし、これによって、剥離などが起こらないようにしている。
【００１２】
ここで発熱抵抗体１１０の構成を説明する。図９（ａ）は発熱抵抗体（ヒータ）の構成を説明する概略斜視図であり、図９（ｂ）は発熱抵抗体とそれを駆動するスイッチ素子とを含む部分を示す回路図である。
【００１３】
発熱抵抗体１１０は、窒化タンタルシリコン（ＴａＳｉＮ）などの電気抵抗性の材料からなる抵抗層１１１と電極となるアルミニウム（Ａｌ）層１１２とを同形状にパターニングして形成し、アルミニウム層１１２の一部を除去してその部分では抵抗層１１１のみが存在するようにしたものである。この抵抗層１１１のみが存在する部分が、電気を通じたときに熱を発生する部分となり、発熱抵抗体１００ということになる。図示したものでは、シリコン酸化膜１０３上に抵抗層１１１及びアルミニウム層１１２をこの順で成膜した後、まずコの字型となるように両方の層の不要部分をエッチング除去し、さらに、発熱部分となる部分においてアルミニウム層１１２のみを除去することにより、発熱抵抗体１１０が完成する。その後、全体がパッシベーション層であるシリコン窒化膜１０４で覆われることになる。
【００１４】
次に、このようなインクジェット記録ヘッドの製造方法について説明する。以下では、説明を簡単にするために、シリコン基板１００の発熱抵抗体１１０が形成されない側に形成される熱酸化膜１０６については、考慮しないものとし、図１０及び図１１では、供給口１２０（の形成位置）とその周辺の構成のみを示すこととする。
【００１５】
貫通孔を有するシリコン基板を用いたインクジェット記録ヘッドの製造方法は、例えば、特開平１０−１８１０３２号公報に記載されている。
【００１６】
まず、図１０（ａ）に示すように、シリコン基板１００の一方の主面に選択的に例えば厚さ７００ｎｍ程度のフィールド酸化膜１０１を形成する。フィールド酸化膜１０１が形成されていない部分には、薄い酸化膜１０８が形成されている。次に、図１０（ｂ）に示すように、供給口１２０の形成位置に合わせて酸化膜１０８を除去してシリコン表面を露出させ、さらに、図１０（ｃ）に示すように、シリコン表面のこの露出位置に選択的に、犠牲層となるポリシリコン層１２１を例えば厚さ２００〜５００ｎｍで形成する。このとき、酸化膜１０８が形成されていないシリコン表面がポリシリコン層１２１を完全に取り囲むようにする。その後、図１０（ｄ）に示すように、供給口１２０の形成位置及びその周辺に選択的に減圧ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜１０７を形成する。シリコン窒化膜１０７の厚さは例えば２００〜３００ｎｍ程度である。
【００１７】
その後、図１１（ａ）に示すように、シリコン窒化膜１０７及びフィールド酸化膜１０１の上の全面に常圧ＣＶＤ法によって例えば厚さ７００ｎｍのＢＰＳＧ層１０２を形成し、さらにその上の全面に、プラズマＣＶＤ法によって例えば厚さが１．４μｍのシリコン酸化膜１０３を形成する。シリコン酸化膜１０３の表面はほぼ平坦である。次に、図１１（ｂ）に示すように、供給口１２０が設けられる位置に合わせ、供給口１２０よりもやや大きく、シリコン酸化膜１０３とＢＰＳＧ層１０２とを選択的に除去する。このとき、除去される部分の端部は、シリコン窒化膜１０７上には位置するが、その下にフィールド酸化膜１０１も存在するような位置にあるようにする。
【００１８】
続いて、抵抗層１１１とアルミニウム層１１２とを成膜し、上述したようにこれらをコの字型にパターニングし、さらに、発熱部分となる位置のアルミニウム層１１２を選択的に除去することによって、発熱抵抗体１１０をシリコン酸化膜１０３上に形成する。その後、図１１（ｃ）に示すように、パッシベーション層となるシリコン窒化膜１０４を例えば厚さ３００〜８００ｎｍで全面に形成し、耐キャビテーション層であるタンタル膜１０５を選択的に形成してから、シリコン基板１００の発熱抵抗体１１０が形成されてない側（図示下側）から、供給口形成位置のシリコン基板１００と犠牲層であるポリシリコン層１２１を異方性エッチングによって除去し、供給口１２０を形成する。このとき、供給口１２０の底部には、シリコン窒化膜１０４で裏打ちされたシリコン窒化膜１０７がいわゆるメンブレンとして露出することになる。エッチングの終期には、エッチング液の発熱抵抗体１１０側への侵入はこのメンブレンだけによって阻止されることになるので、メンブレンに割れや剥離が生じないようにすることは、記録ヘッドの歩留まり向上に大きく寄与する。
【００１９】
最後に、フッ素系、酸素系のガスを用いたドライエッチングにより、供給口１２０の底面に位置するシリコン窒化膜１０７及びシリコン窒化膜１０４を除去する。これにより、インク等を供給するための供給口１２０が貫通孔として設けられた、記録ヘッド用の基板が完成することになる。あとは公知の方法で、被覆樹脂層１３０や吐出口１４０を形成するようにすればよい。
【００２０】
以上の工程のうち、供給口１２０を形成するためのみに必要なパターニング工程（フォトマスクを必要とするものに限る）は、図１０（ｂ）に示すように酸化膜１０８の一部を除去する工程、図１０（ｃ）に示すように選択的にポリシリコン層１２１を設ける工程、図１０（ｄ）に示すように選択的にシリコン窒化膜１０７を設ける工程、図１１（ｂ）に示すように供給口１２０の位置に対応してＢＰＳＧ層１０２及びシリコン酸化膜１０３をエッチング除去する工程、及び図１１（ｃ）に示すようにシリコン基板１００をエッチングして供給口１２０を形成する工程である。
【００２１】
一方、発熱抵抗体１１０は、図９（ｂ）に示すように、一端が例えば＋３０Ｖ程度の電源ＶHに接続され、他端が、駆動用のスイッチ素子であるＭＯＳ電界効果トランジスタＭ１のドレインに接続される。そして、トランジスタＭ１のソースは接地され、ゲートには駆動パルスが印加されて駆動される。そこで、このトランジスタＭ１を含む駆動回路やその他の周辺回路を、シリコン基板１００上に作りこむ場合には、ＢＰＳＧ層１０２及びシリコン酸化膜１０３を層間絶縁膜、シリコン窒化膜１０４をパッシベーション層とするように形成される。そして、フィールド酸化膜１０１は、駆動回路や周辺回路の形成領域においては、素子分離のために使用される。
【００２２】
従来の構成において、供給口１２０のエッチング形成時にエッチングストッパーとなるメンブレンとして、わざわざ減圧ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜１０７を用いているのは、この膜の内部応力が引っ張り応力であるためである。これに対し、プラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜１０３の内部応力は圧縮応力である。従来、エッチング時にメンブレンの割れや剥離が生じないようにするためには、メンブレンとして引っ張り応力の膜を使用しメンブレンとしての張りを保つようにするとともに、この引っ張り応力の膜がシリコン基板側となって密着力が高まるように配置しなければならないと考えられており、このために減圧ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜１０７を用いているのである。すなわち、圧縮応力の膜では割れや剥離の問題は避けられないものであると考えられていた。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のインクジェット記録ヘッドの製造方法の場合、シリコン基板に貫通孔して供給口を設ける工程とシリコン基板上に発熱抵抗体や駆動回路、周辺回路を形成する工程とを同時に進行させる場合であっても、供給口を設ける工程のみに関係するフォトマスクが５枚必要であり、不図示の他の部分の加工を行うと全体としても１７〜１８枚のフォトマスクを使用することとなり、工程が煩雑である。特に、メンブレンとして引っ張り応力を有するシリコン窒化膜（上述の例では減圧ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜）をパターニングして設けており、工程数が多いという問題点を生じている。
【００２４】
一方、引っ張り応力を有するシリコン窒化膜を形成せずにプラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜のみをメンブレンとして用いた場合には、割れや剥離の問題が生じると考えられていた。
【００２５】
そこで本発明の目的は、工程数を削減し、安価で信頼性の高い構造体の製造方法を提供することにある。
【００２６】
本発明の別の目的は、貫通孔を形成する際のエッチングストッパーとして機能するメンブレンを構成するシリコン窒化膜の耐久性を一層向上させた構造体の製造方法を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために本発明者らは鋭意検討した結果、内部応力が圧縮応力となるプラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜であっても、その内部応力（圧縮応力）の値が所定の３×１０8Ｐａ（３×１０9ｄｙｎ／ｃｍ2）以下であれば、貫通孔を形成する際のメンブレンとして使用できることを見出し、本発明を完成させた。
【００３０】
また、本発明の構造体の製造方法は、半導体基板と、半導体基板の第１の主面上に設けられたトランジスタを含む素子と、トランジスタを駆動するための配線とを含み、トランジスタ及び配線間に配された層間絶縁膜として機能するシリコン酸化膜と、トランジスタ、配線のパッシベーション層として機能するシリコン窒化膜とを有し、半導体基板とシリコン窒化膜とを貫通する貫通孔を備える構造体の製造方法において、貫通孔の形成位置に対応して半導体基板の第１の主面上に犠牲層を形成し、犠牲層及び第１の主面の全面を覆うようにシリコン酸化膜を形成し、貫通孔の形成位置において、犠牲層の表面が露出するようにシリコン酸化膜を除去し、シリコン酸化膜と犠牲層を覆うように、内部応力が圧縮応力であって１．６４×１０8Ｐａ以下となるようにシリコン窒化膜を形成した後、半導体基板の第２の主面側から半導体基板をウエットエッチングし、犠牲層を除去し、シリコン窒化膜をドライエッチングすることにより貫通孔を形成することを特徴とする。
【００３１】
本発明におけるシリコン窒化膜の内部応力について検討する。本発明では、シリコン窒化膜の内部応力が圧縮応力であってその値が３×１０8Ｐａ以下であればよいが、特に、５×１０7Ｐａ以上２×１０8Ｐａ以下とすることが好ましい。内部応力については下限は特に設定されないものの、極端に内部応力を小さくした場合には、シリコン窒化膜の強度が低下するおそれがあるので、実用的には、５×１０7Ｐａ以上とすることが好ましい。このようなシリコン窒化膜は、プラズマＣＶＤ法によって好ましく形成することができる。
【００３２】
本発明においては、半導体基板をシリコン基板とすることが好ましく、このシリコン基板の第１の主面に回路素子を設けることが好ましい、ここで回路素子とは、第１の主面に通常の半導体製造プロセスにより形成される、例えば、ＭＯＳ電界効果トランジスタである。回路素子を設ける場合には、シリコン酸化膜をパターニングする工程を、回路素子を形成する工程でのコンタクトホールを形成する工程及びスルーホールを形成する工程と同時に実行されるようにすることが好ましい。さらに、犠牲層を回路素子のゲート電極又はソース・ドレイン電極と同一の材料でゲート電極又はソース・ドレイン電極を形成する工程と同時に形成されるようにすることが好ましい。
【００３３】
上述した構造体は、液体吐出ヘッド用の基板としても好ましく使用される。そのような基板は、半導体基板と、半導体基板の第１の主面上に設けられたシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜と、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との間に挟まれた発熱抵抗体とを有し、半導体基板とシリコン窒化膜とを貫通し液体を供給する供給口を備える記録ヘッド用の基板において、シリコン酸化膜は、半導体基板の第１の主面における供給口の周縁部には配置されないようにパターニングされ、シリコン窒化膜は、シリコン酸化膜を覆うとともに、半導体基板の第１の主面における供給口の周縁部において半導体基板と接するように設けられ、シリコン窒化膜の内部応力が圧縮応力であって３×１０8Ｐａ以下であることを特徴とする。この場合、半導体基板をシリコン基板として、第１の主面に発熱抵抗体を駆動する回路素子を設けることが特に好ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３６】
図１は、本発明の実施の一形態の構造体を示す模式断面図である。図１において、図８、図１０及び図１１におけるものと同じ参照符号が付されたものは、図８、図１０及び図１１におけるものと同じ構成要素である。
【００３７】
図１に示す構造体は、液体吐出ヘッドや液体吐出装置としての、インクジェット記録ヘッド用の基板として構成されたものであって、上述の図８、図１０及び図１１に示すものと同様のものであるが、従来用いていた減圧ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜を設けず、パッシベーション層としても機能するプラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜１０４のみで供給口のエッチング形成時に用いるメンブレンを構成した点で相違する。このシリコン窒化膜１０４は、供給口１２０の縁の部分において、酸化膜を介することなく、直接、シリコン基板１００に接しており、その内部応力は、３×１０8Ｐａ以下の圧縮応力となっている。また、供給口１２０に対応してＢＰＳＧ層１０２及びシリコン酸化膜１０３を除去する際の除去部分の大きさがほぼ供給口１２０の大きさに等しいことでも相違する。そして、必要に応じて、ここでは、不図示ではあるが、各発熱抵抗体を駆動するための駆動回路や周辺回路がこのシリコン基板１００上にモノリシックに集積化されている。以下このように駆動回路や周辺回路が一体化された構造体を例に挙げて説明する。
【００３８】
次に、この構造体の製造方法について、図２及び図３を用いて説明する。図２及び図３は、供給口１２０が形成されるべき位置の近傍のみを示しており、発熱抵抗体の形成領域を含むものとしては描かれていない。
【００３９】
まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板１００の一方の主面に選択的に例えば厚さ７００ｎｍ程度のフィールド酸化膜１０１を熱酸化により形成する。フィールド酸化膜１０１が形成されていない部分には、薄い酸化膜１０８が形成されている。次に、図２（ｂ）に示すように、供給口１２０の形成位置に合わせて酸化膜１０８を除去してシリコン表面を露出させ、さらに、図２（ｃ）に示すように、シリコン表面のこの露出位置に選択的に、犠牲層となるポリシリコン層１２１を例えば減圧ＣＶＤと反応性イオンエッチングにより例えば厚さ２００〜５００ｎｍで形成する。このとき、ポリシリコン層１２１が、酸化膜１０８が形成されていないシリコン表面によって完全に取り囲まれるようにする。なお図２（ｃ）に示す段階が完了するまでに、駆動回路や周辺回路の形成領域では、ゲート絶縁膜やゲート電極の形成の工程が済んでいる。ここで、ポリシリコン層１２１を、駆動回路や周辺回路を構成するＭＯＳトランジスタのゲート電極の成膜工程及びエッチング工程と同じ工程で形成すれば、犠牲層専用のマスクは必要とならない。
【００４０】
その後、ソース／ドレイン領域への不純物イオンの打ち込みなどの工程が終了するようにしておく。
【００４１】
次に、全面に常圧ＣＶＤ法によって例えば厚さ７００ｎｍのＢＰＳＧ層１０２を形成し、駆動回路及び周辺回路でのコンタクトホールを形成する工程において、同時に、図３（ａ）に示すように、供給口１２０が設けられる位置に合わせて、ＢＰＳＧ層１０２を反応性イオンエッチングにより除去する。このとき、ポリシリコン層１２１及びポリシリコン層１２１の周囲のシリコン表面（酸化膜１０８が形成されていない位置）が露出するようにする。つまり、駆動回路及び周辺回路においてＢＰＳＧ層１０２にコンタクトホールを開ける工程と同じ工程で、供給口の位置に会わせてＢＰＳＧ層を除去するので、この供給口部分専用のマスクは必要としない。そして、この後で、駆動回路や周辺回路においてアルミニウムなどの導電体を堆積し、塩素系ガスでドライエッチングすることによりソース電極／ドレイン電極を形成するようにする。その後、全面に、プラズマＣＶＤ法によって例えば厚さが１．４μｍのシリコン酸化膜１０３を形成する。シリコン酸化膜１０３の表面はほぼ平坦である。次に、図３（ｂ）に示すように、駆動回路及び周辺回路での層間配線用のスルーホールを形成する工程において、供給口１２０が設けられる位置に合わせ、同時に、シリコン酸化膜１０３を反応性イオンエッチングで除去する。ここでも供給口部分専用のマスクは必要としない。このとき、ポリシリコン層１２１及びポリシリコン層１２１の周囲のシリコン表面（酸化膜１０８が形成されていない位置）が露出するようにする。
【００４２】
その後、ここでは図示しないが、従来技術の場合と同様に発熱抵抗体を形成し、スルーホールを介して駆動回路と接続する。そして、パッシベーション層となるシリコン窒化膜１０４を例えば厚さ３００〜８００ｎｍで全面に形成し、耐キャビテーション層であるタンタル膜（不図示）を選択的に形成してから、図３（ｃ）に示すように、基板の裏面に耐エッチングマスク（不図示）を形成し、シリコン基板１００の図示下側から、供給口形成位置のシリコン基板１００と犠牲層であるポリシリコン層１２１をＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）などのエッチング液を用いた異方性エッチングによって除去し、供給口１２０を形成する。シリコン窒化膜１０４の内部応力は３×１０8Ｐａ以下の圧縮応力である。このとき、供給口１２０の底部には、シリコン窒化膜１０４がメンブレンとして露出することになる。
【００４３】
最後に、基板の裏面から、フッ素系、酸素系のガスを用いたドライエッチングにより、供給口１２０の底面に位置するシリコン窒化膜１０４を除去する。これにより、インク等を供給するための供給口１２０が貫通孔として設けられた、記録ヘッド用の基板が完成することになる。あとは公知の方法で、被覆樹脂層１３０や吐出口１４０を形成することによって、上述した構造体を記録ヘッド用の基板として備えるインクジェット記録ヘッドが完成することになる。
【００４４】
ここで、パッシベーション層であるとともに供給口１２０のエッチング形成の際にメンブレンとして機能する、プラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜１０４について説明する。一般にプラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜の内部応力は圧縮応力であり、従来はメンブレンの用途には適さないものとされてきた。本発明者らの検討によると、プラズマＣＶＤ方によるシリコン窒化膜であっても、その圧縮内部応力が３×１０8Ｐａであればメンブレンとして好適に利用できることわかった。このようなシリコン窒化膜は、いわゆる２周波式のプラズマＣＶＤ装置を用いて作成することができる。以下、シリコン窒化膜の形成について本発明者らが行った実験の結果を説明する。
【００４５】
２周波式のプラズマＣＶＤ装置として、上部電極に１３．５６ＭＨｚの高周波（ＨＦ）が供給され、下部電極に４００ｋＨｚの低周波（ＬＦ）が供給されるものを使用した。本発明者らの検討によれば、高周波電力／低周波電力の日が大きくなるにつれて成膜されるシリコン窒化膜の圧縮応力が大きくなり、また、成膜圧力が高くなるにつれてシリコン窒化膜の圧縮応力が小さくなる傾向が認められた。
【００４６】
図２及び図３に示した手順で構造体を実際に作成したところ、低周波電力を４８０Ｗ，高周波電力を３２０Ｗ、成膜圧力を約３３３Ｐａ、成膜温度を４００℃とし、原料ガスとして、ＳｉＨ4を２９０ｓｃｃｍ、ＮＨ3を１９００ｓｃｃｍ、Ｎ2を１０００ｓｃｃｍ供給したところ、得られたシリコン窒化膜の内部応力は１．６４×１０8Ｐａの圧縮応力であった。供給口１２０のエッチング形成時には、メンブレン部分の割れや剥離は認められず、メンブレンとして良好に使用できるものであることが分かった。
【００４７】
また、低周波電力を４８０Ｗ，高周波電力を３２０Ｗ、成膜圧力を約３７２Ｐａ、成膜温度を４４０℃とし、原料ガスとして、ＳｉＨ4を４５０ｓｃｃｍ、ＮＨ3を１９００ｓｃｃｍ、Ｎ2を１０００ｓｃｃｍ供給したところ、得られたシリコン窒化膜の内部応力は１．２８×１０8Ｐａの圧縮応力であった。供給口１２０のエッチング形成時には、メンブレン部分の割れや剥離は認められず、メンブレンとして良好に使用できるものであることが分かった。
【００４８】
これに対し、低周波電力を６４０Ｗ，高周波電力を１６０Ｗ、成膜圧力を約２５３Ｐａ、成膜温度を４００℃とし、原料ガスとして、ＳｉＨ4を２９０ｓｃｃｍ、ＮＨ3を１９００ｓｃｃｍ、Ｎ2を１０００ｓｃｃｍ供給したところ、供給口１２０のエッチング形成時には、メンブレンからのエッチング液の漏れが認められ、メンブレンとして良好に使用できなかった。得られたシリコン窒化膜の内部応力は６．１７×１０8Ｐａの圧縮応力であった。
【００４９】
このように、電極に印加する低周波電力及び高周波電力を調整することにより、圧縮応力を３×１０8Ｐａ以下、更にはで５×１０7Ｐａ以上２×１０8Ｐａ以下以下に制御することができる。特に低周波電力を３００Ｗ〜６００Ｗ、高周波電力を５００Ｗ〜２００Ｗの範囲で制御することにより、１×１０8Ｐａ以上２×１０8Ｐａ以下に調整できる。
【００５０】
以上説明した構造体をインクジェット記録ヘッド用の基板として形成する場合、供給口１２０の形成のみに関係するパターニング工程（フォトマスクを必要とするものに限る）は、図２（ｂ）に示すように酸化膜１０８の一部を除去する工程、図２（ｃ）に示すように選択的にポリシリコン層１２１を設ける工程、及び図３（ｃ）に示すようにシリコン基板１００をエッチングして供給口１２０を形成する工程であり、図１０及び図１１に示した従来の工程より２工程減っている。さらに、犠牲層となるポリシリコン層１２１をＭＯＳトランジスタのゲート電極形成工程と同時に行えば、さらに１工程減る。
【００５１】
したがって、この実施の形態の方法によれば、全体として必要なフォトマスクも従来のものに比べて２枚から３枚減らせることになる。
【００５２】
図４は、本発明の別の実施の形態の構造体を示す模式断面図である。図４に示す構造体は、インクジェット記録ヘッド用の基板として構成されたものであって、上述の図１に示すものと同様のものであるが、供給口１２０の縁の部分において、プラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜１０４がシリコン基板に直接接することはなく、その代わり、シリコン酸化膜１０３が酸化膜を介することなく、直接、シリコン基板１００に接している点で相違する。シリコン窒化膜１０４の内部応力は、その内部応力は、３×１０8Ｐａ以下の圧縮応力となっている。
【００５３】
次に、この構造体の製造方法について、図５及び図６を用いて説明する。図５及び図６は、供給口１２０が形成されるべき位置の近傍のみを示しており、発熱抵抗体の形成領域を含むものとしては描かれていない。
【００５４】
まず、図５（ａ）に示すように、シリコン基板１００の一方の主面に選択的に例えば厚さ７００ｎｍ程度のフィールド酸化膜１０１を形成する。フィールド酸化膜１０１が形成されていない部分には、薄い酸化膜１０８が形成されている。この酸化膜１０８は、駆動回路及び周辺回路においては、ゲート酸化膜として機能するものである。その後、駆動回路や周辺回路の領域においてゲート電極を形成し、ソース／ドレイン領域への不純物イオンの注入を行った後、次に、全面に常圧ＣＶＤ法によって例えば厚さ７００ｎｍのＢＰＳＧ層１０２を形成し、図５（ｂ）に示すように、駆動回路及び周辺回路においてコンタクトホールを形成する工程において、同時に、供給口１２０が形成される位置に対応して、ＢＰＳＧ層１０２及び酸化膜１０８をエッチング除去し、シリコン表面を露出させる。ここでは、供給口部のシリコン表面露出のためのみの専用のマスクは必要ない。さらに、図５（ｃ）に示すように、駆動回路や周辺回路においてソースやドレイン電極を形成する工程において、同時に、シリコン表面のこの露出位置に選択的に、銅（Ｃｕ）をふくむアルミニウム（Ａｌ）からなる膜を堆積させエッチングすることにより、アルミニウムからなる犠牲層１２２を例えば厚さ４００〜８００ｎｍで形成する。この銅を含むアルミニウムの層は、駆動回路や周辺回路においては電極コンタクト層として用いられるものである。よって、供給口部の犠牲層のためのみの専用のマスクは必要ない。このとき、酸化膜１０８が形成されていないシリコン表面によって、犠牲層１２２が完全に取り囲まれるようにする。
【００５５】
次に、全面にプラズマＣＶＤ法によって例えば厚さが１．４μｍのシリコン酸化膜１０３を形成し、駆動回路や周辺回路における層間配線用のスルーホールを形成する工程において、供給口１２０が形成されるべき位置において、同時に、犠牲層１２２の表面が露出するようにシリコン酸化膜１０３を除去する。ここでも、供給口部のためのみの専用のマスクは必要ない。その後、ここでは図示しないが、従来技術の場合と同様に発熱抵抗体を形成する。配線用の配線プラグや配線層の形成は、この時同時に行えばよい。そして、図６（ａ）に示すように、パッシベーション層となるシリコン窒化膜１０４をプラズマＣＶＤ法により例えば厚さ３００〜８００ｎｍで全面に形成し、さらに、耐キャビテーション層であるタンタル膜（不図示）を選択的に形成する。
【００５６】
そして、図６（ｂ）に示すように、シリコン基板１００の図示下側から、供給口形成位置のシリコン基板１００と犠牲層１２２を異方性エッチングによって除去し、供給口１２０を形成する。このとき、供給口１２０の底部には、シリコン窒化膜１０４がいわゆるメンブレンとして露出することになる。
【００５７】
最後に、フッ素系、酸素系のガスを用いたドライエッチングにより、供給口１２０の底面に位置するシリコン窒化膜１０４を除去する。これにより、インク等を供給するための供給口１２０が貫通孔として設けられた、記録ヘッド用の基板が完成することになる。あとは公知の方法で、被覆樹脂層１３０や吐出口１４０を形成することによって、この構造体を記録ヘッド用の基板として用いるインクジェット記録ヘッドが完成することになる。
【００５８】
以上説明した構造体をインクジェット記録ヘッド用の基板として形成する場合、駆動回路や周辺回路の形成に必要なコンタクトホール形成工程、電極形成工程、スルーホール形成工程とそれぞれ同じ工程において供給口形成のために必要なパターニングを行っているため、供給口１２０の形成のみに関係するパターニング工程（フォトマスクを必要とするものに限る）は、シリコン基板１００をエッチングして供給口１２０を形成する工程だけであり、図１０及び図１１に示した従来の工程より４工程減っている。したがって、この実施の形態の方法によれば、全体として必要なフォトマスクも従来のものに比べて４枚減らせることになる。
【００５９】
以上各実施形態によれば、駆動回路や周辺回路を構成するトランジスタなどの素子と、発熱抵抗体をモノリシックに集積化する場合に、いくつかの工程を、供給口形成のための工程と共通化することにより、製造プロセスを大幅に簡略化することができる。
【００６０】
次に、本発明による液体吐出装置、すなわち、上述したようなインクジェット記録ヘッドを備えるインクジェット記録装置を説明する。図７は、このようなインクジェット記録装置の構成を示す模式的斜視図である。ここでは、インクジェット記録ヘッド５２とインクを収容する容器としてのインクタンク５３を一体化した構造を有するヘッドカートリッジ５１が用いられている。
【００６１】
ヘッドカートリッジ５１は、キャリッジ５４に交換可能（着脱自在）に搭載されている。キャリッジ５４はキャリッジ駆動軸（リードスクリュー）５５の回動により、キャリッジ駆動軸５５およびガイド軸５６に沿って図中のＸ、Ｙ方向（主走査方向）に往復移動する。すなわち、キャリッジ駆動軸５５には螺旋溝５７が形成されており、キャリッジ５４には螺旋溝５７に係合するピン（不図示）が設けられており、キャリッジ駆動軸５５の回転に伴ない、螺旋溝５７に沿ってキャリッジ５４が平行移動するように構成されている。また、ヘッドカートリッジ５１は、キャリッジ５４に対し位置決め手段によって所定位置に固定されるとともに、キャリッジ５４と記録装置本体側の制御回路とを接続するフレキシブルケーブルに対し接点を介して電気接続されている。
【００６２】
図７において、キャリッジ５４の移動範囲内の対向する位置には、供給された被記録材５８を保持しかつ紙送り（搬送）するための搬送ローラ５９が、キャリッジ駆動軸５５と平行にかつ回転可能に軸支されている。図示の例では、搬送ローラ５９はプラテン（プラテンローラ）をも兼ねている。搬送ローラ５９は、搬送モータ６０によって回転駆動される。また、被記録材５８は、記録位置において紙押え板６１により、キャリッジ５４の移動（主走査）方向にわたって搬送ローラ（プラテンローラ）５９に押圧されている。
【００６３】
記録装置本体側には駆動モータ６２が装着されており、キャリッジ駆動軸（リードスクリュー）５５は、駆動力伝達ギヤ６３、６４を介して回転駆動される。そして、駆動モータ６２の正逆回転でキャリッジ駆動軸５５の回転方向を正逆転させることにより、キャリッジ５４の移動方向（矢印Ｘ、Ｙ）を切り換えるようになっている。
【００６４】
キャリッジ５４の移動範囲であって記録領域を外れた所定位置（図示左側の位置）には、キャリッジ５４のホームポジションが設定されている。このホームポジションの近傍にはフォトカプラー６５が配設されている。このフォトカプラー６５は、キャリッジ５４がホームポジションに到達した時、キャリッジ５４に設けられたレバー６６の侵入を検知することにより、キャリッジ５４がホームポジションに到達したことを検出するものである。すなわち、このフォトカプラー６５は、記録ヘッド５２がホームポジションに到達した時に、駆動モータ６２の回転方向を切り換えてキャリッジ移動方向を反転させたり、記録ヘッド５２の吐出口の目詰まりを取り除いたり防止したりするための回復動作を開始したりするなど、記録装置の各種の動作を制御するための検知手段（センサ）として使用される。
【００６５】
ホームポジションには、ヘッドカートリッジ５１の記録ヘッド５２の吐出口面を覆う（密閉）するためのキャップ６８が設けられている。キャップ６８は、キャップホルダ６９により、吐出口面に対して密着および離隔する方向に移動可能に支持されている。キャップ６８と記録領域との間には、吐出口面を拭き取り清掃（クリーニング）するためのブレード（クリーニング部材）７０が配設されている。このブレード７０は、本体支持板７１に支持されたブレードホルダ７２により、吐出口面を拭き取り可能な前進位置と吐出口面に接触しない後退位置との間で移動可能に保持されている。
【００６６】
なお、吐出口面のクリーニング手段としては、ブレード７０のような形態の他、異物を除去できる部材であれば種々の形態のものを使用することができる。また、吐出口面のキャッピング、吐出口面のクリーニングなどの動作は、キャリッジ５４がホームポジション側の領域に来た時、キャリッジ駆動軸５５の螺旋溝５７の作用により、キャリッジ５４をそれらの対応位置に所定のタイミングで停止または移動させながら実行される。
【００６７】
以上本発明の実施の形態について、インクジェット記録ヘッド用の基板を形成する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、シリコン基板などに構造体を作る際に貫通孔を設ける場合に一般的に用いられるものである。例えば、いわゆるマイクロマシンなどの製造にも適用できるものである。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、エッチングにより基板に貫通孔を形成する際にメンブレンとして用いられるシリコン窒化膜において、その内部応力を圧縮応力としかつ３×１０8Ｐａ以下とすることにより、信頼性を高めつつ工程数を削減でき、さらに、メンブレンを構成するシリコン窒化膜の耐久性を一層向上させることができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の構造体であって、インクジェット記録ヘッド用の基板として使用される構造体を示す模式断面図である。
【図２】図１に示す構造体の製造工程をを示す模式断面図である。
【図３】図１に示す構造体の製造工程をを示す模式断面図である。
【図４】本発明の別の実施の形態の構造体であって、インクジェット記録ヘッド用の基板として使用される構造体を示す模式断面図である。
【図５】図４に示す構造体の製造工程をを示す模式断面図である。
【図６】図４に示す構造体の製造工程をを示す模式断面図である。
【図７】インクジェット記録装置を示す斜視図である。
【図８】従来のインクジェット記録ヘッドの構成を示す模式断面図である。
【図９】（ａ）は発熱抵抗体を示す斜視図であり、（ｂ）は発熱抵抗体とそれを駆動するスイッチ素子（ＭＯＳ電界効果トランジスタ）とを含む回路を示す回路図である。
【図１０】図８に示すインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図１１】図８に示すインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１００    シリコン基板
１０１    フィールド酸化膜
１０２    ＢＰＳＧ層
１０３    シリコン酸化膜
１０４，１０７    シリコン窒化膜
１０５    タンタル膜
１０６    熱酸化膜
１０８    酸化膜
１１１    抵抗層
１１２    アルミニウム層
１２０    供給口
１２１    ポリシリコン層
１２２    犠牲層
１３０    被覆樹脂層
１４０    吐出口
１５０    液室
【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】
0003937804.tif 000007
【図７】
0003937804.tif 000008
【図８】
0003937804.tif 000009
【図９】
0003937804.tif 000010
【図１０】
0003937804.tif 000011
【図１１】
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