(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子が形成される面である第１面と、第１面の裏面である第２面と、を有するＳｉ基板を用意する工程と、
前記Ｓｉ基板の第１面に、前記エネルギー発生素子を形成する工程と、
前記第２面に、開口を有するエッチングマスクを形成する工程と、
前記開口から前記Ｓｉ基板を異方性エッチングすることにより前記第１面から前記第２面を貫通する液体供給口を形成する工程と、
を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記異方性エッチングを行う前の前記Ｓｉ基板の第２面に存在する酸化誘起積層欠陥の密度が２×１０4個／ｃｍ2以上であることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記Ｓｉ基板の、前記エネルギー発生素子が形成された面上に、液体を吐出する吐出口と該吐出口に連通する流路とを構成する部材を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記異方性エッチングを行う前の、前記酸化誘起積層欠陥の長さが２μｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記エッチングマスクはＳｉＯ2膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記エネルギー発生素子を形成する工程の前に、前記Ｓｉ基板の前記第２面にＳｉＯ2膜を形成する工程と、
前記エネルギー発生素子を形成する工程の後に、前記ＳｉＯ2膜に前記開口を形成する工程と、を有することを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記Ｓｉ基板を熱酸化することにより前記ＳｉＯ2膜を形成することを特徴とする請求項４または５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記Ｓｉ基板に半導体素子を形成する工程をさらに有し、前記半導体素子を形成する過程において、熱処理を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記熱処理の際に、前記エッチングマスクとなるＳｉＯ2膜を熱酸化によって形成することを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記熱処理は１１００℃以下の処理温度で行うことを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
処理温度Ａ℃での前記熱処理の前に、該熱処理と同様の処理を、Ａ−Ｂ≦２００℃を満たす処理温度Ｂ℃で行うことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記熱処理のうち処理温度が１１００℃以上の処理は、酸素を混合したガス雰囲気中で行うことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記半導体素子の形成工程はウエルドライブであることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記異方性エッチングを行う前に、前記Ｓｉ基板が、前記Ｓｉ基板の前記第２面に機械的ダメージを与えることで形成されたゲッタリングサイトを有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１４】
前記Ｓｉ基板として、酸素濃度が１．３×１０18（atoms／cm3）以下であるものを用いることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１５】
前記Ｓｉ基板として、ＭＣＺ基板を用いることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記Ｓｉ基板として、前記エネルギー発生素子が形成される面のＳｉ結晶面方位が＜１００＞または＜１１０＞であるものを用いることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１７】
Ｓｉ基板と、該Ｓｉ基板上に形成された、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、前記Ｓｉ基板を貫通し、前記エネルギー発生素子へ液体を供給するために用いられる、異方性エッチングで形成された供給口と、を有する液体吐出ヘッド用基板において、
前記Ｓｉ基板の、前記エネルギー発生素子が形成された面の反対側の面に存在する酸化誘起積層欠陥の密度が２×１０4個／ｃｍ2以上であることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
【請求項１８】
前記Ｓｉ基板の酸素濃度が１．３×１０18（atoms／cm3）以下であることを特徴とする請求項１７に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項１９】
前記酸化誘起積層欠陥の長さが２μｍ以上であることを特徴とする請求項１７または１８に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項２０】
前記Ｓｉ基板はＭＣＺ基板であることを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項２１】
前記Ｓｉ基板の、前記エネルギー発生素子が形成された面のＳｉ結晶面方位が＜１００＞または＜１１０＞である請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項２２】
Ｓｉ基板の少なくとも一方の面に開口を有するエッチングマスクを形成する工程と、
前記開口から前記Ｓｉ基板を異方性エッチングすることにより前記Ｓｉ基板を貫通する貫通口を形成する工程と、
を有する基板加工方法であって、
前記異方性エッチングを行う前の前記Ｓｉ基板の、前記一方の面に存在する酸化誘起積層欠陥の密度が２×１０4個／ｃｍ2以上であることを特徴とする基板加工方法。
【請求項２３】
前記異方性エッチングを行う前の、前記酸化誘起積層欠陥の長さが２μｍ以上であることを特徴とする請求項２２に記載の基板加工方法。
【請求項２４】
前記エッチングマスクはＳｉＯ2膜であることを特徴とする請求項２２または２３に記載の基板加工方法。
【請求項２５】
前記異方性エッチングを行う前に、前記Ｓｉ基板の熱処理を行う工程を有することを特徴とする請求項２２乃至２４のいずれか１項に記載の基板加工方法。
【請求項２６】
前記熱処理の際に、前記一方の面に、前記エッチングマスクとなるＳｉＯ2膜を熱酸化によって形成することを特徴とする請求項２５に記載の基板加工方法。
【請求項２７】
前記熱処理を１１００℃以下の温度で行うことを特徴とする請求項２５または２６に記載の基板加工方法。
【請求項２８】
処理温度Ａ℃での前記熱処理の前に、前記熱処理と同様の処理を、Ａ−Ｂ≦２００℃を満たす処理温度Ｂ℃で行うことを特徴とする請求項２５乃至２７のいずれか１項に記載の基板加工方法。
【請求項２９】
前記熱処理のうち処理温度が１１００℃以上の処理は、酸素を混合したガス雰囲気中で行うことを特徴とする請求項２５乃至２８のいずれか１項に記載の基板加工方法。
【請求項３０】
前記熱処理はウエルドライブであるであることを特徴とする請求項２５乃至２９のいずれか１項に記載の基板加工方法。
【請求項３１】
前記Ｓｉ基板として、酸素濃度が１．３×１０18（atoms／cm3）以下であるものを用いることを特徴とする請求項２５乃至３０のいずれか１項に記載の基板加工方法。
【請求項３２】
前記Ｓｉ基板として、ＭＣＺ基板を用いることを特徴とする請求項２２乃至３１のいずれか１項に記載の基板加工方法。
【請求項３３】
液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子が形成されたＳｉ基板と、液体を吐出する吐出口と、前記Ｓｉ基板を貫通し前記エネルギー発生素子へ液体を供給するために用いられる、異方性エッチングで形成された開口と、を有する液体吐出ヘッドにおいて、
前記Ｓｉ基板の、前記エネルギー発生素子が形成された面の反対側の面に存在する酸化誘起積層欠陥の密度が２×１０4個／ｃｍ2以上であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３４】
前記Ｓｉ基板の酸素濃度が１．３×１０18（atoms／cm3）以下であることを特徴とする請求項３３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３５】
前記酸化誘起積層欠陥の長さが２μｍ以上であることを特徴とする請求項３３または３４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３６】
前記Ｓｉ基板はＭＣＺ基板であることを特徴とする請求項３３乃至３５のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３７】
前記Ｓｉ基板の、前記エネルギー発生素子が形成された面のＳｉ結晶面方位が＜１００＞または＜１１０＞であることを特徴とする請求項３３乃至３６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３８】
一方の面に、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有し、前記一方の面の裏面に存在する酸化誘起積層欠陥の密度が２×１０4個／ｃｍ2以上となっていることを特徴とする液体吐出ヘッド用Ｓｉ基板。
【請求項３９】
液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子が設けられた一方の面と、該一方の面の裏面である他方の面と、該他方の面から前記一方の面までを貫通し液体を供給するための供給口と、を有する基板を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記他方の面に存在する酸化誘起積層欠陥の密度が２×１０4個／ｃｍ2以上であり、開口を有するエッチングマスクが前記他方の面上に設けられたＳｉ基板を用意する工程と、
前記開口から前記Ｓｉ基板を異方性エッチングすることにより、当該Ｓｉ基板に前記供給口を形成する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４０】
前記酸化誘起積層欠陥の長さが２μｍ以上である請求項３９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４１】
前記異方性エッチングはテトラメチルアンモニュウムハイドロオキサイドを含む溶液を使用して行うことを特徴とする請求項３９または４０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４２】
基板に該基板を貫通する貫通口を設ける基板加工方法であって、
一方の面に存在する酸化誘起積層欠陥の密度が２×１０4個／ｃｍ2以上であり、開口を有するエッチングマスクが前記一方の面上に設けられたＳｉ基板を用意する工程と、
前記開口から前記Ｓｉ基板を異方性エッチングすることにより、前記Ｓｉ基板に前記貫通口を形成する工程と、を有することを特徴とする基板加工方法。
【請求項４３】
前記酸化誘起積層欠陥の長さが２μｍ以上であることを特徴とする請求項４２に記載の基板加工方法。
【請求項４４】
前記異方性エッチングはテトラメチルアンモニュウムハイドロオキサイドを含む溶液を使用して行うことを特徴とする請求項４２または４３に記載の基板加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を噴射し飛翔液滴を形成して記録を行う液体吐出ヘッドとその製造方法、および基板加工方法に関し、特に、液体吐出ヘッド内に液体を受け入れる液体供給口を、Ｓｉの異方性エッチングによって、液体吐出ヘッドを構成するＳｉ基板を貫通する貫通口として形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体（インク）を吐出し、被記録媒体に付着させて記録を行う液体吐出記録装置（インクジェット記録装置）は、プリンタ、複写機、ファクシミリなどに代表される多くのオフィス機器に用いられている。インクジェット記録装置は、通常、液体吐出ヘッド（インクジェット記録ヘッド）と、それにインクを供給するインク供給系とを備えている。インクジェット記録ヘッドは、通常、インクを吐出させるためのエネルギーを発生するインク吐出エネルギー発生素子と、インクを吐出させるインク吐出口と、各インク吐出口に連通するインク流路と、インク供給系から供給されるインクを受け入れるインク供給口を備えている。
【０００３】
このようなインク吐出ヘッドとしては、インク吐出エネルギー発生素子が形成された基板面に対して垂直方向にインク液滴を吐出させる、いわゆるサイドシューター型のものがある。サイドシューター型のインクジェット記録ヘッドにおいて、インク供給口は、基板に開口された貫通口として形成されるのが一般的である。
【０００４】
基板に貫通口としてインク供給口を形成する方法としては、サンドブラストまたは超音波研削加工などの機械的な加工によって形成する方法、基板を化学的にエチングして形成する方法が公知である（特開昭６２−２６４９５７号公報、ＵＳＰ４７８９４２５明細書など参照）。特に、Ｓｉ基板にＳｉの異方性エッチングによって貫通口を形成する方法は、貫通口を精度良く形成可能であり、優れている。インク供給口を精度良く形成できることは、インク供給口からインク吐出エネルギー発生素子までの距離を短くできることにつながり、そうすることでインクの吐出周波数を飛躍的に高くすることができる（ＵＳＰ４７８９４２５号明細書,ＥＰ０６０９９１１Ａ２号明細書参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
異方性エッチングによる貫通口の形成においては、Ｓｉ基板内に結晶欠陥が局所的に存在した場合、結晶欠陥の存在する領域では、結晶欠陥の存在しない領域と比較してエッチング速度が速くなる。そのためにエッチング異常が生じ、従来のインクジェット記録ヘッドの製造方法では、結果的に貫通口の形成幅が大きくばらついてしまうことがある。
【０００６】
さらに、Ｓｉの異方性エッチングに際しては、エッチング開始面の状態、およびエッチング条件（エッチング液濃度／温度など）によって微妙にエッチングが開始されるまでの時間にばらつきが生じることがある。そこで、通常、インク供給口を確実に貫通させるためにエッチング時間は長めに設定され、すなわちオーバーエッチがかけられる。従来のインクジェット記録ヘッドの製造方法では、上述のようにエッチングが開始されるまでの時間が微妙に異なることに起因して、オーバーエッチによるサイドエッチ量が、基板の各部分間、および各基板間で変化してしまい、結果的に貫通口幅が設計値から微妙にずれてしまうことがある。
【０００７】
以上のように、インク供給口となる貫通口の幅、特に、インク吐出エネルギー発生素子が形成された、基板の表面でのインク供給口の開口幅が設計値からずれてしまった場合、インク吐出エネルギー発生素子の、インク供給口からの距離が設計値からずれてしまい、それによって、インクの吐出特性に悪影響が生じ、インクジェット記録ヘッドの記録品位が低下してしまう場合がある。また、インク供給口の、基板表面の開口幅がさらに大きく設計値からずれてしまった場合には、インク吐出エネルギー発生素子の駆動回路などに悪影響が生じる場合もある。このように、インク供給口の、基板表面の開口幅のずれは、インクジェット記録装置の歩留り低下の大きな要因となる。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、Ｓｉの異方性エッチングによって開口されるインク供給口の、基板表面の開口幅を容易に安定して精度良く所定の幅にできる、インクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することにある。そして本発明は、インク供給口の、基板表面の開口幅を精度よく所定の幅にすることによって、製造の歩留まりを向上させ、また、インク供給口とインク吐出エネルギー発生素子との距離が短く、したがってインク吐出周波数を高くすることができるインクジェット記録ヘッドの製造を可能と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、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子が形成される面である第１面と、第１面の裏面である第２面と、を有するＳｉ基板を用意する工程と、Ｓｉ基板の第１面に、エネルギー発生素子を形成する工程と、第２面に、開口を有するエッチングマスクを形成する工程と、開口からＳｉ基板を異方性エッチングすることにより第１面から第２面を貫通する液体供給口を形成する工程と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、異方性エッチングを行う前のＳｉ基板の第２面に存在する酸化誘起積層欠陥の密度が２×１０4個／ｃｍ2以上であることを特徴とする。
【００１０】
また、異方性エッチングを行う前に、酸化誘起積層欠陥の長さを２μｍ以上とすることがさらに好ましい。
【００１１】
本発明者らは、Ｓｉ基板の異方性エッチングを行う際、エッチングを開始する面に存在する酸化誘起積層欠陥をコントロールすることによって、サイドエッチングのスピードをコントロールできることを見出した。すなわち、酸化誘起積層欠陥の密度を高くし、長さを長くすることによって、サイドエッチングのスピードを速くすることができる。そして、酸化誘起積層欠陥をコントロールし、サイドエッチングのスピードを速くすることによって、Ｓｉ基板内の結晶欠陥に起因してエッチング速度が部分的に速くなるエッチング異常の発生を抑えることができることを見出した。
【００１２】
すなわち、Ｓｉ基板の第２面に存在する酸化誘起積層欠陥の密度を２×１０4個／ｃｍ2以上とすることによって、異方性エッチングを行う際にエッチング異常が生じるの抑えることができる。この際、酸化誘起積層欠陥の長さを２μｍ以上とすることがさらに好ましい。また、エッチングのスピードを、Ｓｉ基板の各部間、および複数のＳｉ基板間で揃えることができる。これらのことから、この方法によれば、エネルギー発生素子が形成された面の、供給口の開口幅を安定して所望の均一な幅にすることができる。
【００１３】
Ｓｉ基板の裏面へのＳｉＯ2の形成は、熱酸化によって行うことが好ましい。熱酸化を行うことによって、Ｓｉ基板の裏面に酸化誘起積層欠陥が形成されるのを促進することができる。
【００１４】
上記のように熱酸化などを行うことによって、Ｓｉ基板の裏面に酸化誘起積層欠陥を生じさせることができるが、Ｓｉ基板上に半導体素子を形成する工程などで、Ｓｉ基板を加熱した場合、酸化誘起積層欠陥が収縮、消失してしまう場合がある。そこで、Ｓｉ基板の加熱を伴う熱処理を行う場合、熱処理は、１１００℃以下の処理温度で行うことが好ましい。このようにすることによって、酸化誘起積層欠陥が消失してしまうのを防止し、異方性エッチングを行う際に、Ｓｉ基板の裏面に十分な酸化誘起積層欠陥を残しておくことができる。
【００１５】
また、Ｓｉ基板の加熱に伴う、酸化誘起積層欠陥の収縮、消失は、熱処理を行うのにつれて進行していく。そこで、１１００℃を超える高温での熱処理の前に、該熱処理と同様の処理をより低い処理温度行い、それによって、高温での熱処理の時間を短くすることによっても、誘起積層欠陥の消失を低減できる。この際、高温での熱処理の処理温度Ａ℃と、その前工程での処理温度Ｂ℃との温度差（Ａ−Ｂ）℃は２００℃以下とすることが好ましい。
【００１６】
また、１１００℃以上の高温での熱処理を、酸素を混合したガス雰囲気中で行ってもよい。このようにすることによって、熱処理に伴って、Ｓｉ基板の裏面が熱酸化され、それに伴って酸化誘起積層欠陥が形成される。このため、加熱によって消失する分を熱酸化に伴って生じる分が補い、結果として、酸化誘起積層欠陥の消失を抑えることができる。
【００１７】
上記のような熱処理としては、ウエルドライブがあり、上記のような熱処理の調整は、ウエルドライブに対して好適に実施可能である。
【００１８】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法において用いるＳｉ基板としては、酸素濃度が１．３×１０18（atoms／cm3）以下であるものを用いることが好ましい。このように酸素濃度の低いＳｉ基板では、エッチング異常の発生を抑えることができ、またエッチングのスピードを安定化できることが知られており、このような基板を用いることによって、供給口の開口幅のばらつきを抑える作用を相乗的に得ることができる。酸素濃度の低いＳｉ基板としては、ＭＣＺ(magnetic field applied Czochralski method)基板が好適である。
【００１９】
また、本発明において用いるＳｉ基板としては、エネルギー発生素子が形成される面のＳｉ結晶面方位が＜１００＞または＜１１０＞であるものを好適に用いることができる。このようなＳｉ基板を用いることによって、異方性エッチングによって、基板裏面に対して所定の角度で傾斜した壁面を有する所定の形状の供給口を開口することができる。
【００２０】
本発明による液体吐出ヘッド用基板は、Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板上に形成された、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、Ｓｉ基板を貫通し、エネルギー発生素子へ液体を供給するために用いられる、異方性エッチングで形成された供給口と、を有する液体吐出ヘッド用基板において、Ｓｉ基板の、エネルギー発生素子が形成された面の反対側の面に存在する酸化誘起積層欠陥の密度が２×１０4個／ｃｍ2以上であることを特徴とする。
【００２１】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法における、供給口の形成方法は、一般にＳｉ基板に精度良く貫通口を形成する基板加工方法に応用できる。すなわち、本発明による基板加工方法は、Ｓｉ基板の少なくとも一方の面に開口を有するエッチングマスクを形成する工程と、開口からＳｉ基板を異方性エッチングすることによりＳｉ基板を貫通する貫通口を形成する工程と、を有する基板加工方法であって、異方性エッチングを行う前に、Ｓｉ基板の、前記一方の面に存在する酸化誘起積層欠陥の密度を２×１０4個／ｃｍ2以上とすることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図２〜４に、本実施形態において製造するインクジェット記録ヘッドの模式図を示す。図２は、このインクジェット記録装置の一部を破断して示す斜視図、図３（ａ）は吐出口側から見た平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図、図４はインク供給口側から見た平面図である。
【００２３】
このインクジェット記録ヘッド（液体吐出ヘッド）は、インク吐出エネルギー発生素子（液体吐出エネルギー発生素子）２が所定のピッチで２列並んで形成されたＳｉ基板１を有している。Ｓｉ基板１には、後述するように、ＳｉＯ2膜７をマスクとしてＳｉの異方性エッチングによって形成されたインク供給口（液体供給口）９が、インク吐出エネルギー発生素子２の２つの列の間に開口されている。Ｓｉ基板１上には、オリフィスプレート材４によって、各インク吐出エネルギー発生素子２の上方に開口するインク吐出口（液体吐出口）５と、インク供給口９から各インク吐出口５に連通するインク流路（液体流路）が形成されている。
【００２４】
なお、図３では、分かりやすくするために、インク吐出エネルギー発生素子２およびインク吐出口５が、インク供給口９を挟んで対称に配置されているように記載しているが、通常、インク供給口９を挟んだ２列のインク吐出エネルギー発生素子２およびインク吐出口５は、半ピッチずれて配置されている。
【００２５】
このインクジェット記録ヘッドは、インク供給口９が形成された面が被記録媒体の記録面に対面するように配置される。そしてこのインクジェット記録ヘッドは、インク供給口９を介してインク流路内に充填されたインク（液体）に、インク吐出エネルギー発生素子２によって発生する圧力を加えることによって、インク吐出口５からインク液滴６を吐出させ、被記録媒体に付着させることによって記録を行う。本実施形態のインクジェット記録ヘッドでは、インク液滴６は、図３（ｂ）の矢印で示すように、インク吐出エネルギー発生素子２の形成面に実質的に垂直な方向に吐出される。
【００２６】
さらに、図２〜４に示すインクジェット記録ヘッドの基板部分について図７を用いて説明する。本実施形態の記録ヘッドは、インク吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換素子とこの電気熱変換素子をスイッチする素子（以下、スイッチ素子）、およびそのスイッチ素子を駆動するための回路が同一基体上に搭載されている。
【００２７】
図７は、本実施形態の記録ヘッドの一部分を示す模式的な断面図である。９０１は単結晶シリコンからなる半導体基体である。９１２はｐ型のウエル領域、９０８は高不純物濃度のｎ型のドレイン領域、９１６は低不純物濃度のｎ型の電界緩和ドレイン領域、９０７は高不純物濃度のｎ型のソース領域、９１４はゲート電極であり、これらによって、ＭＩＳ型電界効果トランジスタを用いたスイッチ素子９３０が形成されている。９１７は蓄熱層、および絶縁層としての酸化シリコン層、９１８は熱抵抗層としての窒化タンタル膜、９１９は配線としてのアルミニウム合金膜、および９２０は保護層としての窒化シリコン膜であり、以上の構成によって記録ヘッドの基体９４０が形成されている。したがって、インク吐出エネルギー発生素子２を構成する熱抵抗層９１８は、スイッチ素子９３０が接続された配線９１９に接続されている。ここでは、熱抵抗層９１８の上方の９５０が発熱部となり、インク吐出口５に相当する９６０からインクが吐出される。また、オリフィスプレート材４に相当する天板９７０は基体９４０と協働して液路９８０を形成している。
【００２８】
このインクジェット記録ヘッドは、プリンタ，複写機，通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、このインクジェット記録ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の被記録媒体に記録を行うことができる。なお、本発明において、『記録』とは、文字や図形などの意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味する。
【００２９】
次に、図２〜４に示すインクジェット記録ヘッドの製造方法について、図１を参照して説明する。図１は、インクジェット記録ヘッドの各製造工程における模式的断面図を示している。なお、ここでは、インク吐出エネルギー発生素子２として、発熱抵抗素子を用いた、いわゆるバブルジェット記録方式のインクジェット記録ヘッドを製造する例を示す。
【００３０】
本実施形態においてＳｉ基板１としては、インク吐出エネルギー発生素子２を形成する面のＳｉ結晶面方位が＜１００＞のものを用いる。また、Ｓｉ結晶面方位が＜１１０＞のものを用いてもよい。このＳｉ基板１上に、まず、図１（ａ）に示すように、一般的な半導体製造技術によって、インク吐出エネルギー発生素子２とそれを駆動するための、半導体素子を含む不図示の駆動回路を形成する。また、駆動回路を形成した後、インク吐出エネルギー発生素子２をインクジェット記録ヘッド外に設けられる制御機器に接続するための、不図示の電気的取り出し電極を形成する。
【００３１】
この際、Ｓｉ基板１の、インク吐出エネルギー発生素子２を形成した面の反対側の面、すなわち裏面には、酸化膜、すなわちＳｉＯ2膜７を形成する。このＳｉＯ2膜７は、Ｓｉ基板１上に半導体素子を形成する際に、素子分離に使用するために形成される熱酸化膜である。このＳｉＯ2膜７を、後の工程でインク供給口９を開口する際のエッチングマスクとして使用するためにＳｉ基板１の裏面に残しておく。ＳｉＯ2膜７の膜厚は0.7μｍ以上であることが望ましい。
【００３２】
次に、図１（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板１の、インク吐出エネルギー発生素子２が形成された面上に型材３を形成する。この型材３は、後の工程で溶解して、それが設けられた部分をインク流路とするために形成するものであり、所望の高さおよび平面パターンのインク流路を形成するために、相応の高さ、平面パターンに形成する。このような型材３の形成は、例えば以下のようにして行うことができる。
【００３３】
まず、型材３の材料として例えば、ポジ型フォトレジストＯＤＵＲ１０１０（東京応化工業（株）製、商品名）を用い、これをドライフィルムのラミネート、スピンコートなどによってＳｉ基板１上に所定の厚みで塗布する。次に、紫外線、Ｄｅｅｐ ＵＶ光などによって露光、現像を行うフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングする。これによって、所望の厚み、平面パターンを有する型材３が得られる。
【００３４】
次に、図１（ｃ）に示すように、Ｓｉ基板１上に、前の工程で形成した型材３を被覆するように、オリフィスプレート材４をスピンコートなどによって塗布し、フォトリソグラフィー技術によって、所定の形状にパターニングする。そして、インク吐出エネルギー発生素子２上の所定の位置にインク吐出口５をフォトリソグラフィー技術によって開口する。また、オリフィスプレート材４の、インク吐出口５が開口する面には、ドライフィルムのラミネートなどによって不図示の撥水層を形成する。
【００３５】
オリフィスプレート材４の材料としては、感光性エポキシ樹脂、感光性アクリル樹脂などを用いることができる。オリフィスプレート材４は、インク流路を構成するものであり、インクジェット記録ヘッドを使用している時には常にインクと接触することになるので、その材料としては、特に、光反応によるカチオン重合性化合物が適している。また、オリフィスプレート材４の材料としては、使用するインクの種類、特性によって耐久性などが大きく左右されるので、使用するインクによっては、上記の材料以外の相応の化合物を選択してもよい。
【００３６】
次に、図１（ｄ）に示すように、Ｓｉ基板１の裏面のＳｉＯ2膜７上に、耐アルカリ性を有するマスク剤であるＳｉＯ2膜パターニングマスク１３を形成する。ＳｉＯ2膜パターニングマスク１３は、例えば以下のようにして形成する。
【００３７】
まず、ＳｉＯ2膜パターニングマスク１３となるマスク剤をスピンコートなどによってＳｉ基板１の裏面に全面塗布し、熱硬化させる。そして、さらにその上にポジ型レジストをスピンコートなどによって塗布し、乾燥させる。次に、このポジ型レジストを、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングし、このポジ型レジストをマスクとして、ＳｉＯ2膜パターニングマスク１３となるマスク剤の露出された部分をドライエッチングなどによって除去する。最後にポジ型レジストを剥離して、所定のパターンのＳｉＯ2膜パターニングマスク１３が得られる。
【００３８】
そして次に、ＳｉＯ2膜パターニングマスク１３をマスクとして、ＳｉＯ2膜７をウェットエッチングなどによってパターニングし、Ｓｉ基板１の裏面を露出するエッチング開始開口部８を開口する。
【００３９】
次に、図１（ｅ）に示すように、Ｓｉ基板１を貫通する貫通口であるインク供給口９を、ＳｉＯ2膜７をマスクとした異方性エッチングによって開口する。この際、インクジェット記録ヘッドの機能素子が形成された面やＳｉ基板１の側面にエッチング液が触れないように、これらの部分を覆う、樹脂からなる保護材１５をスピンコートなどによって塗布して予め形成しておく。保護材１５の材料としては、異方性エッチングを行う際に使用する強アルカリ溶液に対して十分な耐性を有する材料を用いる。このような保護材１５によってオリフィスプレート材４をも覆っておくことによって、前述した撥水層の劣化も防ぐことが可能である。
【００４０】
異方性エッチングに用いるエッチング液としては、例えば、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニュウムハイドロオキサイド）溶液などの強アルカリ溶液を用いる。そして、例えば、ＴＭＡＨ２２ｗｔ％溶液を、その温度を８０℃にして、所定の時間（十数時間）、エッチング開始開口部８からＳｉ基板１に付与することによって貫通口を開口する。
【００４１】
最後に、図１（ｆ）に示すように、ＳｉＯ2膜パターニングマスク１３と保護材１５を除去する。そしてさらに、型材３を溶解させ、インク吐出口５とインク供給口７から溶出させて除去し、乾燥させる。型材３の溶出は、Ｄｅｅｐ  ＵＶ光によって全面露光を行った後、現像を行うことによって実施でき、必要に応じて現像の際、超音波浸漬すれば、実質的に完全に型材３を除去することができる。
【００４２】
以上で、インクジェット記録ヘッドの主要な製造工程が完了する。このようにして形成されたチップには、吐出エネルギー発生素子２を駆動するための接続部や、インク供給のためのチップタンクなどを必要に応じて取り付けられる。なお、図１では、１つのインクジェット記録ヘッドを図示しているが、一般的な半導体製造技術として用いられる、いわゆる多数個取りの手法を用いることが可能であることは言うまでもない。この多数個取りの手法では、１枚の基板上に同様の構成を有する素子（ここではインクジェット記録ヘッド）が並行して形成される。そして、基板上に多数個配列して形成された素子は、その後、ダイソーシングなどによって、１つ１つに分離してチップ化される。
【００４３】
以上説明したインクジェット記録ヘッドの製造方法において、インク供給口９の開口では、Ｓｉ基板１の、＜１００＞面である裏面から異方性エッチングを行うことによって、図３（ｂ）に示すように、この裏面に対して５４.７゜の角度を有するインク供給口壁面１１（面方位＜１１１＞）が形成される。したがって、異方性エッチングを実施する際に、Ｓｉ基板１の裏面のＳｉＯ2膜に開口するエッチング開始開口部８の開口幅Ｘ２を所定の幅にすることによって、インク供給口９の、インク吐出エネルギー発生素子２が形成された基板表面での開口幅Ｘ１を所定の幅にすることができる。すなわち、Ｓｉ基板１の厚みをｔとした時、
Ｘ１＝Ｘ２−２ｔ／ｔａｎ５４.７゜
の一般式が成立する。
【００４４】
また、異方性エッチングでは、実際には、Ｓｉ基板１に貫通口が形成されるまでの時間よりも余裕をとった、少し長めの時間にわたってエッチングを行う、オーバーエチングが行われる。このようにオーバーエッチングを行った場合、貫通口が形成された後、図３（ｂ）に示すように、エッチング開始開口部８よりも側方に向かって、矢印１６で示す方向にサイドエッチが生じる。したがって、インク供給口９の、表面側の開口は、このサイドエッチによって両側で一定量（Ｘ３）だけ広くなり、実際の開口幅は（Ｘ１＋２Ｘ３）となる。
【００４５】
これらから、エッチング開始開口部８を精度よく開口幅Ｘ２で形成することによって、異方性エッチングが良好に行われれば、インク供給口９の、Ｓｉ基板１の表面での開口幅を高い精度で正確に規定することができる。したがって、インク供給口９の開口からインク吐出エネルギー発生素子２までの距離を高い精度で正確に規定することができる。
【００４６】
しかしながら、Ｓｉ基板１には、例えば、半導体の拡散工程の影響など、様々な要因に起因して結晶欠陥が生じる場合がある。Ｓｉ基板１の、インク供給口９を形成する部分に結晶欠陥がある場合、異方性エッチングを行う際に、結晶欠陥部分で他の部分よりもエッチング速度が速くなってエッチング異常が発生し、従来の製造方法では、インク供給口９の、Ｓｉ基板１の表面での開口幅が部分的に大きく設計値から外れてしまうことがある。図５，６に、このようなエッチング異常が発生した場合のインク供給口９の状態を模式的に示す。図５はＳｉ基板１の裏面側から見た平面図、図６は断面図である。図５，６に示すように、結晶欠陥１８がある部分では、局所的に他の部分よりもエッチングが進み、エッチング異常１７として示すように、この部分に凹部が形成されて、インク供給口９の開口幅が部分的に大きくなってしまう。
【００４７】
また、従来の製造方法では、エッチング開始面の状態、およびエッチング条件（エッチング液濃度／温度など）によって微妙にエッチングが開始される時間がばらつく場合がある。これに起因して、サイドエッチ量Ｘ３は、Ｓｉ基板１内で部分的に変化したり、複数のＳｉ基板１間で変化したりする場合があり、それによって、インク供給口９の開口幅がずれてしまうことがある。
【００４８】
このようにインク供給口９の、基板表面側の開口の幅が設計値からずれ、大きくなってしまうと、インク吐出エネルギー発生素子２の、インク供給口９からの距離が設計値からずれて短くなる。それによって、インク吐出時に、インク吐出エネルギー発生素子２によって発生した圧力がインク供給口９側に逃げやすくなり、インクの吐出特性に悪影響が生じて、インクジェット記録ヘッドの記録品位が低下してしまう場合がある。また、インク供給口９の、表面側の開口幅がさらに大きく設計値からずれてしまった場合には、インク吐出エネルギー発生素子の駆動回路などに悪影響が生じ、インクジェット記録ヘッドの電気的な信頼性が低下してしまう場合もある。このように、インク供給口９の、表面側の開口幅のずれは、インクジェット記録装置の歩留り低下の大きな要因となる。
【００４９】
このようなインク供給口９の、基板表面側の開口幅の形成精度を向上させる方法としては、特開平１１−０７８０２９号公報に、Ｓｉ基板中の酸素濃度が低いＭＣＺ基板を用いる方法が開示されている。同公報に記載されているように、Ｓｉ基板中の酸素濃度が１．４×１０18(atoms/cm3)以下の基板を用いた場合、上記のようなエッチング異常が激減することが確認されている。さらに、Ｓｉ基板中の酸素濃度が１．３×１０18(atoms/cm3)以下の基板を用いた場合には、オーバーエッチングによって生じるサイドエッチ量を安定化できることが確認されている。サイドエッチ量を安定化することによって、上述のようなサイドエッチ量の差による開口幅のばらつきを小さく抑えることができる。
【００５０】
しかしながら、本発明者らは、酸素濃度の低いＳｉ基板を用いた場合でも、Ｓｉ基板の加熱を伴う処理を行った場合、処理条件によっては再びエッチング異常が発生する場合があることを見出した。Ｓｉ基板の加熱を伴う処理としては、具体的には、例えばＳｉ基板上にトランジスタなどの半導体素子を形成する際のウエルドライブなどがある。このような処理は、インクジェット記録ヘッドの機能素子を形成する上で、欠かせない処理である。
【００５１】
そこで本発明者らは、このようにインク供給口９の基板表面側の開口幅がずれてしまうのを防止すべく鋭意検討を行った。その結果、以下の見解を得るに至った。
【００５２】
まず、Ｓｉ基板１の裏面の、ＳｉＯ2膜７との界面部分にエッチングレートの大きい層が存在する場合があり、この場合、異方性エッチングのエッチングスピードがその層の特性に支配されることがわかった。そして、このエッチングレートの大きい層の特性に支配されるエッチングスピードが、ある程度以上大きい場合には、エッチング異常の発生を抑えられることを見出した。また、ある程度の熱処理（１１００℃以上）を、酸素濃度が１．３×１０18(atoms/cm3)以下の基板に加えた場合、このエッチングレートの大きい層が消失し、エッチングスピードが遅くなり、この場合にエッチング異常が見られるようになることを見出した。
【００５３】
このエッチングレートが大きい層を表面欠陥調査した結果、熱処理を加えていないものには１０5／ｃｍ2程度の密度でＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）が観察された。一方、熱処理を加え、エッチングレートが大きい層が消失したものについては、ＯＳＦが消失していることを見出した。すなわち、エッチングレートの大きい理由はＯＳＦの存在のためであると考えられる。
【００５４】
そこで本発明者らは、図１、図３（ｂ）に模式的に示すように、Ｓｉ基板１の裏面の、ＳｉＯ2膜７との界面部分にＯＳＦ１４を存在させ、それを適切にコントロールすることによって、インク供給口９の表面側の開口幅を所定の均一な幅にできるのではないかと考えるに至った。以下に、このＯＳＦの、具体的なコントロール方法について、検討を行って得られた結果を示す実施例を示す。
【００５５】
（第１の実施例）
本発明者らは、実験を繰り返し行った結果、Ｓｉ基板１の裏面のＯＳＦの密度と長さが、Ｓｉ結晶面方位が＜１１１＞の、インク供給口壁面１１のエッチングレートと相関することを見出した。具体的には、Ｓｉ基板１の裏面のＯＳＦの密度が小さく、ＯＳＦの長さが短い場合には、エッチングレートが小さい。そして、このようにＯＳＦ密度が小さく、ＯＳＦ長さが短い場合には、インク供給口壁面１１の形成への、Ｓｉ基板１内部の結晶欠陥の影響が大きくなることを見出した。
【００５６】
そこで、本発明者らは、Ｓｉ基板１の裏面のＯＳＦ密度を大きくし、ＯＳＦ長さを長くして、エッチングレートを大きくすることによって、速いサイドエッチにより結晶欠陥の影響を吸収でき、それによって結晶欠陥の影響を低減できるのではないかと考えた。
【００５７】
このようにした場合、サイドエッチ量は大きくなるが、Ｓｉ基板１の裏面のＯＳＦ密度、ＯＳＦ長さを適切に規定することによって、サイドエッチ量を所定の均一な量にすることができる。したがって、前述のようなサイドエッチ量のばらつきに起因する、インク供給口９の、表面側の開口幅のばらつきも抑えることができると考えられる。
【００５８】
ここで、実際に、Ｓｉ基板１裏面のＯＳＦ密度を変化させて、インク供給口９を異方性エッチングによって開口した例を示す。ＯＳＦは、様々な要因で生じるものであるが、その１つの要因としては、Ｓｉ基板１を熱酸化してＳｉＯ2膜を形成することが挙げられる。そこで、ＯＳＦ密度、ＯＳＦ長さは、ＳｉＯ2膜７を形成する条件を変化させることによって変化させることができ、本実施例ではこのようにしてＯＳＦ密度、ＯＳＦ長さを変化させたＳｉ基板１を作成した。このようにして得られた各Ｓｉ基板１に異方性エッチングによってインク供給口９を開口した際の、インク供給口９の表面側の開口幅のばらつきを評価した結果を表１に示す。この際、インク供給口９の表面側の開口幅のばらつきは、形成されたインク供給口９の表面側の開口幅の最大値と最小値の差によって評価し、差が４０μｍ以上であった場合を「×」、４０〜３０μｍであった場合を「△」、３０μｍ以下であった場合を「○」として表記した。
【００５９】
【表１】
0004136523.tif 000002
【００６０】
表１から明らかなように、ＯＳＦ密度が２×１０4個／ｃｍ2以上であり、かつＯＳＦ長さが２μｍ以上である場合、インク供給口９の表面側の開口幅のばらつきは、３０μｍ以下と小さく抑えられている。
【００６１】
以上説明したように、本実施例によって、インク供給口９を形成する際に、Ｓｉ基板１の裏面のＯＳＦ密度を２×１０4個／ｃｍ2以上とし、ＯＳＦ長さを２μｍ以上とすることによって、形成するインク供給口９の表面側の開口幅のばらつきを小さく抑えることができることが分かった。
【００６２】
インク供給口９の表面側の開口幅のばらつきを小さく抑えることによって、インク供給口９とインク吐出エネルギー発生素子２との距離を高精度に規定することができ、信頼性良く、高品位な記録を行うことができるインクジェット記録ヘッドを製造することが可能になる。また、インク供給口９の表面側の開口の一部がインク吐出エネルギー発生素子２のすぐ近くにまで達して、駆動回路に悪影響が生じるなどすることを防止できる。また、結果としてインク供給口９とインク吐出エネルギー発生素子３との距離を短く設定することが可能となり、インクの吐出周波数の高いインクジェット記録ヘッドを高い歩留まりで製造することが可能となる。
【００６３】
（第２の実施例）
本発明者らは、Ｓｉ基板１の裏面のＯＳＦをコントロールする方法について検討を行った結果、ＯＳＦ密度やＯＳＦ長さは、Ｓｉ基板１上に半導体素子を形成することに関連して変化することを見出した。このことについて以下に説明する。
【００６４】
Ｓｉ基板１上に半導体素子が形成されるのは、通常、基板表面からせいぜい数μｍのごく浅い領域である。この基板表面近くの領域で、Ｓｉの結晶性をいかに完全なものにできるかが、半導体素子の歩留まり、性能、信頼性を向上させる上で重要になる。基板表面近傍に無欠陥層を作製し、その部分での結晶性を完全なものにする方法の１つとして、ゲッタリングが挙げられる。このゲッタリングは、半導体素子を作製する上で有害な金属などの汚染物質を捕獲、固定する働きをするゲッタリングサイトを故意に設ける手法である。ゲッタリングはＩＧ（内部ゲッタリング）とＥＧ（外部ゲッタリング）の２種類に大別できる。ＥＧ処理の１つとしてＢＤ（Backside Damage）が挙げられる。これは基板裏面に機械的ダメージ層を作り、これをゲッタリングサイトとして利用する方法である。
【００６５】
この機械的なダメージは、ＯＳＦの核生成に影響する因子の１つである。そこで、ＢＤを行った場合、そのＳｉ基板の裏面には、ＯＳＦがある程度以上の密度で存在している。この状態のＳｉ基板裏面のＯＳＦ密度は、第１の実施例において示したように、異方性エッチングを行った場合に、Ｓｉ基板内に結晶欠陥が有ったとしても、エッチング不良の発生を抑えて、貫通口の開口幅を均一な所定の幅にするのに十分な密度である。
【００６６】
ここでＯＳＦの成長と収縮、消失について説明すると、これには、格子間Ｓｉと空孔が大きく関係している。熱酸化によってＳｉ基板上にＳｉＯ2を形成する際、ＳｉＯ2−Ｓｉ基板界面に過飽和な格子間Ｓｉが発生し、この格子間ＳｉがＯＳＦの周囲の部分転移に拡散し、その一部が取り込まれてＯＳＦが成長する。一方ＳｉＯ2−Ｓｉ基板界面近くの狭い領域で、この格子間Ｓｉは空孔濃度を熱平衡以下に減少させる。その結果、Ｓｉ基板のバルク部分からＳｉＯ2―Ｓｉ基板界面への空孔の拡散が起こり、ＯＳＦが収縮、消失する。一般的に、ＯＳＦは高温の熱処理によって消失することがある。これは、高温の熱処理によって空孔密度が増大し、格子間Ｓｉと結合するためである。
【００６７】
そこで、上述のようにＥＧによって基板裏面に一定の密度のＯＳＦが形成されたとしても、その後の半導体素子形成工程における高温の熱処理時にＯＳＦが消失してしまう場合がある。本実施例は、インクジェット記録ヘッドの製造過程で、このような高温の熱処理によってＯＳＦが消失してしまうのを防止しようとするものである。
【００６８】
インクジェット記録ヘッドの製造過程において、Ｓｉ基板に高温の熱処理を行う工程としては、半導体素子を形成する際のウエルのドライブがある。Ｓｉ基板上に形成される半導体素子としては種々のものがあるが、ＣＭＯＳ型トランジスタを作製する場合について説明すると、ウエルのドライブとしては、具体的には、シングルウエル（Ｎウエルのみ）タイプの場合はＮウエルドライブ、ツインウエル（Ｎウエル、Ｐウエル）タイプの場合はＮウエルドライブ、Ｐウエルドライブがある。ウエルとしては、比較的深いＮまたはＰの導電型領域が必要であり、このウエルの深さはウエルのドライブ時の熱処理温度や処理時間などに大きく影響される。そこで、ウエルのドライブ時の熱処理温度を変化させても、具体的には熱処理温度を下げても、処理時間の調整、具体的には処理時間を長くすることによって、同等のウエルの深さ、言い換えれば同等の電気特性を得ることが可能である。したがって、ウエルのドライブ時の熱処理温度は、形成される半導体素子の電気特性を損なうことなく、ある程度の幅で変化させることが可能である。
【００６９】
そこで、Ｓｉ基板上に半導体素子を形成する半導体製造工程のうち最高温度での熱処理であるウエルドライブ時の熱処理温度を１１００℃、１１５０℃、１２００℃と変化させてＳｉ基板上に半導体素子を形成した。この際、それぞれの場合について、同等のウエル深さが得られるように処理時間を調整した。Ｓｉ基板としては、ＥＧ処理を行った、基板表面のＳｉ結晶面方位が＜１００＞である６インチＭＣＺ基板を用いた。したがって、少なくとも熱処理前には、Ｓｉ基板の裏面にはある値以上の密度でＯＳＦが存在している。
【００７０】
このようにして半導体素子を形成した各Ｓｉ基板について、異方性エッチングによってインク供給口を開口した。そして、異方性エッチングが終了した状態のＳｉ基板をセコエッチングしてＯＳＦの有無を調べた。また、サイドエッチング速度を、異方性エッチング後のＳｉ基板１の裏面での、インク供給口９の開口幅とＳｉＯ2膜７の開口幅と、エッチングの処理時間から、
サイドエッチング速度＝(Ｓｉ基板の開口幅−ＳｉＯ2膜の開口幅)/処理時間として評価した。このサイドエッチング速度に関しては、１つの基板について最大値と最小値を求めた。結果を、ＳｉＯ2膜のみを形成したＳｉ基板にインク供給口を開口した比較例についての同様の評価と共に、表２に示す。なお、ＳｉＯ2膜の開口幅にはほとんどばらつきがなかったので、サイドエッチング速度の最大値と最小値は、Ｓｉ基板の開口幅が最大の部分と最小の部分についての速度にそれぞれ対応している。また、表２に示す、サイドエッチング速度の値は、複数の基板についての平均値である。
【００７１】
【表２】
0004136523.tif 000003
【００７２】
表２の結果から、ＯＳＦは、１１００℃を超える高温処理を行った場合には、ほとんど消失してしまうが、半導体製造工程における最高温度での熱処理の処理温度を１１００℃以下に抑えることによって、ＯＳＦの消失を抑え、ＯＳＦを残しておくことが可能であることがわかる。ＯＳＦが消失してしまっている場合には、サイドエッチング速度は、結晶欠陥が有る部分と無い部分とで大きく変化し、３〜８μｍ／ｈｒと大きくばらついている。これに対して、ＯＳＦが十分に確保されている比較例の場合、および最高温度での熱処理温度を１１００℃以下に抑えた場合には、サイドエッチング速度は、全体にわたって約１２μｍ／ｈｒで安定している。すなわち、ＯＳＦが十分に確保されている場合には、サイドエッチング速度が速くなり、それによって結晶欠陥の有無によるエッチング速度のばらつきを吸収できているものと考えられる。
【００７３】
次に、上述のような各処理条件で半導体素子を形成したＳｉ基板に異方性エッチングによってインク供給口を開口したものを複数作成した際に、各処理条件の場合について、インク供給口の開口幅が所定の範囲以上にずれたものが生じる率をエチング不良率として評価した。結果を表３に示す。
【００７４】
【表３】
0004136523.tif 000004
【００７５】
表３の結果から明らかなように、半導体製造工程における最高温度での熱処理の処理温度を１１００℃以下にした場合には、エッチンッグ不良の発生率が激減することが分かる。
【００７６】
以上のように、本実施例によって、Ｓｉ基板上に半導体素子を形成する半導体製造工程について、その最高温度での熱処理の処理温度を１１００℃以下に抑えることによって、異方性エッチングによって開口されるインク供給口の開口幅を安定して所定の均一な幅にすることができることが分かった。
【００７７】
（第３の実施例）
第２の実施例において説明したように、Ｓｉ基板を高温で熱処理した場合には、ＯＳＦが収縮、消失することがある。これは、高温の熱処理によって空孔密度が増大し、格子間Ｓｉと結合するためであるが、詳しく見ると、格子間Ｓｉの流れが空孔の流れよりも小さくなるまではＯＳＦは成長し、小さくなった途端に収縮を始める。そして温度が高くなるほど、このＯＳＦが収縮を始めるまでの時間は短くなる。
【００７８】
前述のように、インクジェット記録ヘッドの製造工程において、Ｓｉ基板に高温の熱処理を行うウエルのドライブでは、高い温度での熱処理では、短時間で深いウエルを得ることができる。しかし、高い温度での熱処理では、短時間でＯＳＦが消失してしまう。一方、熱処理温度が低い場合には、ＯＳＦの消失を防ぐことは可能であるが、適当なウエルの深さを得るためには長時間の熱処理が必要になる。そこで、比較的低い温度での熱処理でウエルの深さをある程度稼いだ後、比較的高い温度での熱処理を、ＯＳＦの収縮が始まるまでの時間内の短時間だけ行えば、ＯＳＦを消失させることなく、より短時間で適当なウエルの深さを得ることが可能となる。本実施例は、このような方法を示すものである。この方法では、半導体製造工程における最高温度での熱処理温度とその前に行う熱処理温度との温度差を過剰にしないことが重要である。
【００７９】
Ｓｉ基板上に半導体素子を形成する半導体製造工程のうち最高温度での熱処理であるウエルドライブを、最初にある程度低温（温度Ｂ℃）で実施し、続いて高温（温度Ａ℃）で実施する方法で、最初の比較的低温の処理温度と、後の最高温度となる処理温度を変化させてＳｉ基板上に半導体素子を形成した。温度の変化のバリエーションについては、Ｂを９００℃とし、Ａを１１００℃、１１５０℃、１２００℃とした場合、Ａを１２００℃とし、Ｂを１１００℃とした場合の４通りについて比較を行った。この際、それぞれの場合について、同等のウエル深さが得られるように処理時間を調整した。Ｓｉ基板としては、ＥＧ処理を行った、基板表面のＳｉ結晶面方位が＜１００＞である６インチＭＣＺ基板を用いた。したがって、少なくとも熱処理前には、Ｓｉ基板の裏面にはある値以上の密度でＯＳＦが存在している。
【００８０】
このようにして半導体素子を形成した各Ｓｉ基板について、異方性エッチングによってインク供給口を開口した。そして、第２の実施例と同様に、基板裏面のＯＳＦの有無とサイドエッチング速度を調べた。結果を、ＳｉＯ2膜のみを形成したＳｉ基板にインク供給口を開口した比較例についての同様の評価と共に、表４に示す。
【００８１】
【表４】
0004136523.tif 000005
【００８２】
表４から明らかなように、Ａ−Ｂ＞２００の場合には、基板裏面のＯＳＦが消失してしまい、その結果、結晶欠陥の影響によってサイドエッチング時間が約３〜８μｍ／ｈｒと大きくばらついている。これに対して、Ａ−Ｂ≦２００の場合には、基板裏面に十分なＯＳＦを残すことができ、サイドエッチング速度は約１２μｍ／ｈｒで安定している。すなわち、Ａ−Ｂ≦２００とすることによって、基板裏面にＯＳＦを十分に残すことができ、十分なサイドエッチング速度を確保して、結晶欠陥の有無によるエッチング速度のばらつきを吸収させることができ、サイドエッチング速度を安定させることができた。
【００８３】
実施例２では、１２００℃の高温でウエルのドライブを行った場合には、ＯＳＦが消失してしまっていた。しかし、本実施例では、１２００℃という高温でウエルのドライブを行う場合であっても、ウエルのドライブを１１００℃での処理と１２００℃での処理の２段階に分けて行うことによって、ＯＳＦの消失を防ぎ、十分なＯＳＦを残すことができた。
【００８４】
次に、上述のような各処理条件で半導体素子を形成したＳｉ基板に異方性エッチングによってインク供給口を開口したものを複数作成した際に、各処理条件の場合について、インク供給口の開口幅が所定の範囲以上にずれたものが生じる率をエッチング不良率として評価した。結果を表５に示す。
【００８５】
【表５】
0004136523.tif 000006
【００８６】
表５の結果から明らかなように、半導体製造工程における最高温度での熱処理の処理温度Ａとその前工程での熱処理温度Ｂとの温度差（Ａ−Ｂ）を２００℃以下にした場合には、エッチンッグ不良の発生率が激減していることが分かる。
【００８７】
以上のように、本実施例によって、Ａ−Ｂ≦２００℃とすることによって、異方性エッチングによって開口されるインク供給口の開口幅を安定して所定の均一な幅にすることができることが分かった。
【００８８】
（第４の実施例）
第２、第３の実施例では、Ｓｉ基板への高温、特に１１００℃以上での熱処理、具体的には、特に、ウエルのドライブ処理の温度を適宜規定することによって、ＯＳＦの消失を防ぐことができることを示した。本発明者らは、さらに検討を行った結果、高温の熱処理を行う場合でも、酸素を混合したガス雰囲気中で熱処理を行うことによって、ＯＳＦの消失を防ぐことができることを見出した。本実施例は、このような方法を示すものである。
【００８９】
まず、本実施例において実施したＳｉ基板１上への半導体素子形成について説明する。本実施例では、厚さ約６２５μｍ、酸素濃度１．２〜１．３×１０18（atoms／ｃｍ2）、基板表面のＳｉ結晶面方位＜１００＞のＳｉ基板を用いた。半導体素子形成前の、Ｓｉ基板裏面のＯＳＦ密度は１×１０5／ｃｍ2であった。ここでは、半導体素子としてＭＯＳ構造の素子を形成する例を示すが、半導体素子として他の構造、例えばＢｉＣＭＯＳ構造の素子を形成する場合についても、本発明は適用可能である。
【００９０】
まず、Ｓｉ基板を９００℃の温度条件下で、Ｈ2とＯ2の混合ガス中で約３０分処理し、約５０ｎｍの厚さだけ酸化膜を形成する。この膜は後の工程のイオン注入時に、ダメージ緩和膜として用いる。次に、フォトリソグラフィー技術によって約１μｍの厚さのレジストを所定の厚さに形成し、次工程でのイオン注入のマスクとして用いる。次に、リンイオンをイオン注入し、Ｎウエル層を形成する。続いてレジストを除去し、基板両面に減圧ＣＶＤ法によってＳｉＮ膜を約１５０ｎｍの厚さに形成する。続いて裏面に形成されたＳｉＮ膜をケミカルドライエッチングによって除去する。次に、１１５０℃の温度条件でＮウエルドライブを実施する。
【００９１】
続いて、一般的なＬＯＣＯＳ（local oxidation of silicon）構造をとるためにフォトリソフラフィー技術を用いて表面のＳｉＮ膜のパターニングを行い、さらにフォトリソグラフィーとイオン注入を用いてＰ＋およびＮ＋チャネル層を形成した後、ＬＯＣＯＳ酸化を行い、酸化膜を形成する。続いて、再びボロンのイオン注入によって表面濃度を調整した後、１０００℃の温度条件でゲート酸化を行い、約７０ｎｍの厚さでゲート酸化膜を形成する。その後、約４００ｎｍの厚さのポリシリコンを、ＳｉＨ4ガスを用いた約６００℃の熱分解法によって形成する。そして、リン拡散によってリンをポリシリコンにドーピングさせてゲートポリ膜を形成し、フォトリソグラフィーとリアクテブイオンエッチングによって所定の形状にする。続いて、フォトリソフラフィーとイオン注入とを繰り返して、各々Ｐ＋およびＮ＋ソース／ドレイン層を形成する。続いて、ＢＰＳＧ(boron phosphorous silicate glass)膜をＣＶＤ法によって形成し、半導体形成工程の最後として、１０００℃窒素雰囲気条件で、１０００℃１５分のソース／ドレインドライブを実施する。
【００９２】
半導体形成工程終了後、さらに、例えば、以下のような処理を行う。まず、半導体層と、後の工程で形成する配線Ａｌとをコンタクトするために、フォトリソグラフィーとＢＨＦを用いたウェットエッチングによってコンタクトフォールを形成し、続いて配線Ａｌをスパッタリングによって約５００ｎｍの厚さで形成し、フォトリソグラフィーとリアクテブイオンエッチングによって所定のパターンとする。次に、Ａｌ多層配線の層間膜としてＵＳＧ膜を約４００℃のＣＶＤ法によって形成し、フォトリソグラフィーとリアクテブイオンエッチングによってＵＳＧにスルーホールを形成する。次に、スパッタリングによってヒーター（インク吐出エネルギー発生素子）となるＴａＳｉＮ抵抗体約４０ｎｍと上層の配線となるＡｌ約２００ｎｍを形成し、フォトリソグラフィーとドライエッチングおよびウェットエッチングによってパターニングし、配線部とヒーター部を形成する。
【００９３】
次に、ヒーターおよび配線を保護するための保護膜としてＳｉＮをＣＶＤ法によって約３００ｎｍの厚さに形成し、続いてヒーター部分をインク消泡時のキャビテーションから保護する耐キャビテーション膜としてＴａを約２３０ｎｍの厚さにスパッタリングによって形成する。最後にフォトリソグラフィーとドライエッチングによってＴａを所定の形状とし、基板に電気的な接続をとるための電極パッド部上の保護膜を取り去る。
【００９４】
以上で、ヒーター（インク吐出エネルギー発生素子）とそれを電気的に駆動するための電気回路素子の作り込みが完了する。以下は、図１を参照して前に説明したように、オリフィスプレート材４を形成し、Ｓｉ基板にインク供給口９を開口する処理に進む。Ｓｉ基板にインク供給口９を開口する際には、上記のＬＯＣＯＳ酸化工程で熱酸化して形成したＳｉＯ2膜をエッチングマスクとして用いる。
【００９５】
以上のように、本実施例の、Ｓｉ基板への半導体素子の形成において、最高温度での熱処理は、Ｎウエルドライブ処理である。本実施例では、このＮウエルドライブ処理は、前述のように１１５０℃の温度条件で実施した。この際、Ｎウエルドライブ処理を、Ｎ2のみのガス雰囲気中で行った場合と、Ｎ2にＯ2を混入したガス雰囲気中で行った場合について、その後異方性エッチングを行った際の、基板裏面のＯＳＦ密度と、インク供給口の開口幅のばらつきについて評価を行った。Ｎ2にＯ2を混入し場合については、全処理時間（約５４０分）にわたって、Ｎ2：Ｏ2を９５：５とした場合と、２０分間は、Ｎ2：Ｏ2を１：１とし、残りの５２０分間は、Ｎ2：Ｏ2を９５：５とした場合について、評価を行った。結果を表６に示す。
【００９６】
【表６】
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【００９７】
表６の結果から明らかなように、高温で処理を行うＮウエルドライブ処理において、酸素を混合したガス雰囲気下で処理を行うことによって、ＯＳＦが消失するのを防ぐことができ、それによって、インク供給口の開口幅のばらつきを抑えることができた。
【００９８】
このようにＮウエルドライブ処理を、酸素を混合したガス雰囲気中で行うことによって、ＯＳＦの消失を防ぐことができるのは以下の理由によると考えられる。酸素を混合したガス雰囲気中でＮウエルドライブ処理を行った場合、基板裏面にはＳｉＯ2膜が形成される。Ｎ2：Ｏ2＝９５：５のガス雰囲気中で５４０分処理を行った場合、形成されるＳｉＯ2膜は約３００ｎｍである。このＳｉＯ2膜が形成される際に、基板裏面の、Ｓｉ−ＳｉＯ2界面では、ＳｉＯ2の体積膨張に起因して生じる歪によってＯＳＦが形成される。このように、元からあるＯＳＦが高温処理によって消失するのを補うようにＯＳＦが形成されるため、結果として、ある程度、上記の例では２×１０4個／ｃｍ2以上のＯＳＦを残すことができるものと考えられる。
【００９９】
以上のように、本実施例によって、Ｓｉ基板に高温処理を行う場合、その処理を、酸素を混合したガス雰囲気中で実施することによって、Ｓｉ基板の裏面のＯＳＦが消失するのを防止し、一定のＯＳＦを残すことができることが分かった。それによって、異方性エッチングによって開口されるインク供給口の開口幅を安定して所定の均一な幅にすることができる。
【０１００】
なお、上述の各実施例では、Ｓｉ基板の高温処理としてウエルドライブを行う場合について説明したが、高温処理としてはこれに限られることはなく、種々の高温処理を行う場合について、本発明は適用可能である。また、各実施例において示した、インク吐出エネルギー発生素子やその駆動回路の製造方法は、本発明を限定するものではない。
【０１０１】
また、各実施例において、酸素濃度が１．３×１０18以下のＳｉ基板、特にＭＣＺ基板を用いることは、本発明の目的を達成する上で好適である。すなわち、酸素濃度の低いＳｉ基板を用いることにより、前述のように、エッチング異常の発生を抑制することができ、またエッチングの速度を安定化することができ、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造において、このようなＳｉ基板を用いることによって、インク供給口の開口幅のばらつきを抑える作用を相乗的に得ることができる。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｓｉの異方性エッチングによってインク供給口を開口する工程を有するインクジェット記録方法において、異方性エッチングを行う際、基板裏面のＯＳＦを適切にコントロールすることによって、エッチング異常の発生を抑え、インク供給口の、基板表面上の開口幅を安定して所定の均一な幅にすることができる。
【０１０３】
それによって、インクジェット記録ヘッドの製造の歩留まりを高くすることができ、またインクジェット記録ヘッドの吐出性能の信頼性を向上させることができる。さらに、インク供給口とインク吐出エネルギー発生素子との距離を短く設定することを可能とし、吐出周波数の高いインクジェット記録ヘッドを高い歩留まりで製造することを可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のインクジェット記録ヘッドの各製造工程における模式的断面図である。
【図２】本発明の実施形態のインクジェット記録ヘッドの一部を破断して示す模式的斜視図である。
【図３】図３（ａ）は、図２のインクジェット記録ヘッドの吐出口側から見た平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
【図４】図２のインクジェット記録ヘッドのインク供給口側から見た平面図である。
【図５】エッチング異常が発生した場合のインク供給口の状態を示す、インクジェット記録ヘッドのインク供給口側から見た平面図である。
【図６】エッチング異常が発生した場合のインク供給口の状態を示す、インク供給口部分の断面図である。
【図７】本発明の実施形態の記録ヘッドの一部分を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１    Ｓｉ基板
２    インク吐出エネルギー発生素子
３    型材
４    オリフィスプレート材
５    インク吐出口
６    インク液滴
７    ＳｉＯ2膜
８    エッチング開始開口部
９    インク供給口
１１    インク供給口壁面
１２    エッチング異常
１４    ＯＳＦ
１５    保護材
１７    エッチング異常
１８    結晶欠陥
９０１    ｐ型の半導体基体
９０７    ｎ型のソース領域
９０８    ｎ型のドレイン領域
９１２    ｐ型のウエル領域
９１４    ゲート電極
９１６    ｎ型の電界緩和ドレイン領域
９１７    蓄熱層
９１８    熱抵抗層
９１９    配線
９２０    保護層
９３０    スイッチ素子
９４０    記録ヘッドの基体
９５０    発熱部
９６０    インク吐出部
９７０    天板
９８０    液路
【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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