(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酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜とを有し、前記半導体基板と前記酸化シリコン膜と前記窒化シリコン膜とを貫通する貫通孔を備える液体吐出ヘッド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前記酸化シリコン膜を形成し、
前記酸化シリコン膜の上面に前記窒化シリコン膜を形成し、
その後、前記半導体基板の第２の主面側から前記半導体基板をエッチングし、前記犠牲層を除去し、前記酸化シリコン膜及び前記窒化シリコン膜をエッチングすることにより貫通孔を形成する、
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法によって形成する、請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記半導体基板がシリコン基板であり、前記第１の主面にトランジスタを含んで構成される回路素子を形成する工程を有する請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記犠牲層が前記回路素子のトランジスタのゲート電極又はソース・ドレイン電極と同一の材料でそれを形成する工程と同時に形成される、請求項３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の製造方法を用いて製造された液体吐出ヘッドであって、前記貫通孔を液体の供給口として用いることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載の液体吐出ヘッドと、前記供給口を介して供給される液体を収容する容器とを有する液体吐出装置。
【請求項７】
半導体基板と、該半導体基板に形成されたトランジスタを含んで構成される回路素子と、前記半導体基板の第１の主面上に設けられた酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜とを有し、前記半導体基板と前記酸化シリコン膜と前記窒化シリコン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前記酸化シリコン膜を形成し、
前記酸化シリコン膜の上面に前記窒化シリコン膜を形成し、
その後、前記半導体基板の第２の主面側から前記半導体基板をエッチングし、前記犠牲層を除去し、前記酸化シリコン膜及び前記窒化シリコン膜を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８】
前記犠牲層が前記回路素子のトランジスタのゲート電極又はソース・ドレイン電極と同一の材料でそれを形成する工程と同時に形成される、請求項７に記載の構造体の製造方法。
【請求項９】
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酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜とを有し、前記半導体基板と前記酸化シリコン膜と前記窒化シリコン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、
前記半導体基板の第１の主面にフィールド酸化膜を形成し、
該フィールド酸化膜により区分けされた領域の前記貫通孔の形成位置に対応した位置に犠牲層を形成し、
少なくとも前記フィールド酸化膜を覆うようにＢＰＳＧ膜を形成し、
前記犠牲層及び前記ＢＰＳＧ膜を覆うように前記酸化シリコン膜を形成し、
前記酸化シリコン膜の上面に前記窒化シリコン膜を形成し、
その後、前記半導体基板の第２の主面側から前記半導体基板をエッチングし、前記犠牲層を除去し、前記酸化シリコン膜及び前記窒化シリコン膜を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。
【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とその製造方法に関し、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と、そのような方法による液体吐出ヘッドの製造方法と、そのような構造体を有する液体吐出ヘッド及び装置に関する。
【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法による酸化シリコン膜１０３を積層し、酸化シリコン膜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による窒化シリコン膜１０４が形成されている。窒化シリコン膜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窒化シリコン膜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と窒化シリコン膜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を選択的に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、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及び酸化シリコン膜１０３が設けず、その代わりに、減圧ＣＰＤ法で形成した窒化シリコン膜１０７を設けるようにしている。この窒化シリコン膜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と酸化シリコン膜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、窒化シリコン膜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法による窒化シリコン膜１０４は、この減圧ＣＶＤ法による窒化シリコン膜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の底面に窒化シリコン膜１０７が露出することになる。この段階で窒化シリコン膜１０７や窒化シリコン膜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で窒化シリコン膜１０７を成膜することにより、この窒化シリコン膜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（発熱面Ｈ）となる。図示したものでは、酸化シリコン膜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窒化シリコン膜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。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法による窒化シリコン膜１０７を形成する。窒化シリコン膜１０７の厚さは例えば２００〜３００ｎｍ程度である。
【００１６】
その後、図１１（ａ）に示すように、窒化シリコン膜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の酸化シリコン膜１０３を形成する。酸化シリコン膜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、酸化シリコン膜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、窒化シリコン膜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。
【００１７】
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を酸化シリコン膜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窒化シリコン膜１０４を例えば厚さ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、窒化シリコン膜１０４で裏打ちされた窒化シリコン膜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。
【００１８】
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の底面に位置する窒化シリコン膜１０７及び窒化シリコン膜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。
【００１９】
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窒化シリコン膜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及び酸化シリコン膜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。
【００２０】
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Ｄに接続される。トランジスタＭ１のソースＳは接地され、ゲートＧ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及び酸化シリコン膜１０３を層間絶縁膜、窒化シリコン膜１０４をパッシベーション層とするように形成される。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。
【００２１】
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法による窒化シリコン膜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法による窒化シリコン膜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てメンブレンとしての張りを保つように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法による窒化シリコン膜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。
【００２２】
【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と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少なくとも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窒化シリコン膜（上述の例では減圧ＣＶＤ法による窒化シリコン膜）をパターニングして設けるとともに、貫通孔の形成位置の近傍での酸化シリコン膜のパターニングも必要であり、工程数が多いという問題点を生じている。最近の本発明者らの検討によれば、プラズマＣＶＤ法による窒化シリコン膜だけでもメンブレンとして使用できることが分かってきており、引っ張り応力を有する窒化シリコン膜を形成する工程は省略することができるものと考えられる。
【００２３】
しかしながら、上述したインクジェット記録ヘッドの場合、パッシベーション層として設けられメンブレンとしても使用される窒化シリコン膜の代表的な厚さが８００ｎｍと厚く、発熱抵抗体で発生した熱はこの窒化シリコン膜を介して吐出液に伝達されるので、熱の使用効率が充分ではなく、また、繰り返し吐出を行う場合の繰り返し周波数も抑えられてしまうという問題が生じている。そこで、この窒化シリコン膜を例えば３００ｎｍと薄く形成することも考えられるが、その場合には、吐出口の形成位置の近傍では大きな段差があってこの窒化シリコン膜のステップカバレージ（段差被覆性）が悪化し、メンブレンとしての割れや剥離を誘発しやすいという問題が生じる。
【００２４】
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及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供することにある。
【００２５】
本発明の別の目的は、良好な貫通孔を有する構造体及び液体吐出ヘッド製造方法を提供することにある。
【００２６】
本発明のさらに別の目的は、このような構造体を用いた液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、貫通孔の形成部位における窒化シリコン膜の段差被覆性を向上するために、酸化シリコン膜の上面に窒化シリコン膜を設け、貫通孔の形成位置においてもこのような酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層構造のまま、貫通孔形成用のエッチングに対するメンブレンとして使用するようにしている。この酸化シリコン膜は、例えば層間絶縁膜などとして使用されるものであって、通常は、上面がほぼ平坦となっているので、その上に形成される窒化シリコン膜にも段差は生じにくく、これによって、貫通孔のエッチング形成時におけるメンブレンの割れなどが防止される。ここでいう酸化シリコン膜には、プラズマＣＶＤ法で形成されるＳｉＯx膜のほか、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ膜など不純物を含む酸化シリコンも含まれる。
【００２８】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、半導体基板と、半導体基板の第１の主面上に設けられた酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜とを有し、半導体基板と酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とを貫通する貫通孔を備える液体吐出ヘッド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酸化シリコン膜を形成し、酸化シリコン膜の上面に窒化シリコン膜を形成し、その後、半導体基板の第２の主面側から半導体基板をエッチングし、犠牲層を除去し、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜を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。
【００２９】
また本発明の構造体の製造方法は、半導体基板と、半導体基板に形成されたトランジスタを含んで構成される回路素子と、半導体基板の第１の主面上に設けられた酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜とを有し、半導体基板と酸化シリコン膜と窒化シリコン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酸化シリコン膜を形成し、酸化シリコン膜の上面に窒化シリコン膜を形成し、その後、半導体基板の第２の主面側から半導体基板をエッチングし、犠牲層を除去し、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜を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。
本発明の別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酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜とを有し、半導体基板と酸化シリコン膜と窒化シリコン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、半導体基板の第１の主面にフィールド酸化膜を形成し、フィールド酸化膜により区分けされた領域の貫通孔の形成位置に対応した位置に犠牲層を形成し、少なくともフィールド酸化膜を覆うようにＢＰＳＧ膜を形成し、犠牲層及びＢＰＳＧ膜を覆うように酸化シリコン膜を形成し、酸化シリコン膜の上面に窒化シリコン膜を形成し、その後、半導体基板の第２の主面側から半導体基板をエッチングし、犠牲層を除去し、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜を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。
【００３０】
このような本発明によれば、メンブレンのためのみに減圧ＣＶＤ法により引っ張り応力を有するように形成される窒化シリコン膜を設ける必要もなくなる。
【００３１】
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、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できる。
【００３２】
上述した構造体は、記録ヘッド用基板としても好ましく使用される。そのような記録ヘッド用基板を用いる液体吐出ヘッドは、半導体基板と、半導体基板に形成されたトランジスタを含んで構成される回路素子と、半導体基板の第１の主面上に設けられた酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜と、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との間に挟まれた発熱抵抗体とを有し、窒化シリコン膜は回路素子及び発熱抵抗体の保護膜として機能しており、半導体基板と酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とを貫通し液体を供給する供給口と、発熱抵抗体に対向するように設けられた吐出口とを具備する液体吐出ヘッドにおいて、供給口の側面において、酸化シリコン膜の上面に接して窒化シリコン膜が形成されてい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。
【００３３】
そして、本発明の液体吐出装置は、上記液体吐出ヘッドと、供給口を介して供給される液体を収容する容器とを有することを特徴とする。
【００３４】
【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。
【００３５】
図１は、本発明の好ましい実施の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。
【００３６】
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法による窒化シリコン膜を設けず、常圧ＣＶＤ法によるＢＰＳＧ層１０２とプラズマＣＶＤ法による酸化シリコン膜１０３とパッシベーション層としても機能するプラズマＣＶＤ法による窒化シリコン膜１０４とによって、供給口の形成時に用いるメンブレンを構成した点で相違する。なお窒化シリコン膜１０４の内部応力は、３×１０8Ｐａ以下の圧縮応力となっている。また、図８、図１０及び図１１に示すものでは、供給口１２０の径に比べて大きくＢＰＳＧ層１０２及び酸化シリコン膜１０３を除去しているが、図１に示すものでは、供給口１２０とほぼ同じ大きさで、ＢＰＳＧ層１０２、酸化シリコン膜１０３及び窒化シリコン膜１０４が除去されるようにしている。供給口１２０の縁の部分においては、ＢＰＳＧ層１０２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。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する。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。
【００３７】
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。
【００３８】
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を例えば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、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。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。
【００３９】
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。
【００４０】
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、駆動回路や周辺回路では、コンタクトホールをエッチングにより形成し、ソース・ドレイン電極となるアルミニウムなどの導電体の層を形成し、配線形状に塩素系のガスでドライエッチングする。
【００４１】
そして、ＢＰＳＧ層１０２上の全面にプラズマＣＶＤ法によって例えば厚さが１．４μｍの酸化シリコン膜１０３を形成する。駆動回路や周辺回路では、酸化シリコン膜１０３は導電体の層を覆う層間絶縁膜となっており、そこにスルーホールを反応性イオンエッチングにより形成しておく。
そして、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。
【００４２】
その後、図３（ａ）に示すように、酸化シリコン膜１０３や発熱抵抗体などの上の全面に、パッシベーション層となる窒化シリコン膜１０４を例えば厚さ３００ｎｍで全面に形成する。供給口１２０の形成位置の近傍では、この窒化シリコン膜１０４の下地にＢＰＳＧ層１０２及び酸化シリコン膜１０３がエッチングされずに残っているため、窒化シリコン膜１０４は極めて平坦に形成される。その後、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（ｂ）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。このとき、供給口１２０の底部には、ＢＰＳＧ層１０２、酸化シリコン膜１０３及び窒化シリコン膜１０４からなる積層体のメンブレンが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ＢＰＳＧ層１０２、酸化シリコン膜１０３、窒化シリコン膜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】
なお、上述したように駆動回路や周辺回路におけるトランジスタなどの回路素子に必要な各種絶縁層は、フィールド酸化膜１０１、ＢＰＳＧ層１０２、酸化シリコン膜１０３の形成に合わせて、形成される。
【００４５】
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（ｂ）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工程経減る。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２枚〜３枚減らせることになる。
【００４６】
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、ＢＰＳＧ層１０２がシリコン基板に直接接することはなく、その代わり、酸化シリコン膜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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、図５（ｂ）に示すように、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。
【００４９】
次に、全面にプラズマＣＶＤ法によって酸化シリコン膜１０３を例えば厚さが１．４μｍで形成し、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酸化シリコン膜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、配線用の配線プラグや配線層とともに、従来技術の場合と同様に発熱抵抗体を形成し、さらに、図６（ａ）に示すように、パッシベーション層となる窒化シリコン膜１０４をプラズマＣＶＤ法により例えば厚さ３００ｎｍ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。
【００５０】
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、ＢＰＳＧ層１０２、酸化シリコン膜１０３及び窒化シリコン膜１０４からなるメンブレンが露出することになる。
【００５１】
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ＢＰＳＧ層１０２、酸化シリコン膜１０３、窒化シリコン膜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。
【００５２】
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にとそれぞれ同じ工程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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、酸化シリコン膜の上面レベルに窒化シリコン膜を形成することにより、すなわち少なくとも貫通孔の側面部分において酸化シリコン膜の上面に接して窒化シリコン膜が形成されているようにすることにより、信頼性を高めつつ工程数を削減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    酸化シリコン膜
１０４，１０７    窒化シリコン膜
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】
0003734246.tif 000002
【図２】
0003734246.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003734246.tif 000005
【図５】
0003734246.tif 000006
【図６】
0003734246.tif 000007
【図７】
0003734246.tif 000008
【図８】
0003734246.tif 000009
【図９】
0003734246.tif 000010
【図１０】
0003734246.tif 000011
【図１１】
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