JP2005041177A - Process for producing heating resistor, process for manufacturing ink jet recording head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノズル内に保持されたインクに熱エネルギーを印加してこれを噴射するサーマルタイプのインクジェット記録ヘッドなどに利用される発熱抵抗体の製造方法、及びインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a heating resistor used in a thermal type ink jet recording head that applies thermal energy to ink held in a nozzle and ejects the ink, and a method of manufacturing the ink jet recording head.
近年、インクジェット記録装置は低価格でありながら高画質なカラー記録装置として注目されている。インクジェット記録装置のインクジェット記録ヘッドとしては、例えば圧電材料によって圧力室を機械的に変形させることによって発生した圧力によってノズルからインクを噴射させる圧電型のインクジェット記録ヘッドや、個別流路に配設された発熱素子に通電し、インクを気化させた圧力でノズルからインクを噴射させるサーマル型のインクジェット記録ヘッドが知られている。 In recent years, inkjet recording apparatuses have attracted attention as low-cost, high-quality color recording apparatuses. As an inkjet recording head of an inkjet recording apparatus, for example, a piezoelectric inkjet recording head that ejects ink from a nozzle by pressure generated by mechanically deforming a pressure chamber with a piezoelectric material, or an individual flow path is provided. 2. Description of the Related Art Thermal type ink jet recording heads that energize heating elements and eject ink from nozzles at a pressure that vaporizes the ink are known.
現在のサーマル型のインクジェット記録ヘッドとしては、例えば、特許文献1〜3などに記載されたインクジェット記録ヘッドが知られている。
As current thermal ink jet recording heads, for example, ink jet recording heads described in
ここで、図12(A)〜(E)に、サーマルタイプのインクジェット記録ヘッドにおけるインク滴生成過程を示す。図中、100は流路基板、102は液体流路、103はヒーター基板、104は独立電極、105は共通電極、106は発熱抵抗体層、107は絶縁膜、108はピット、109はノズル、110はインク、111は気泡、112は生成されたインク滴である。
Here, FIGS. 12A to 12E show an ink droplet generation process in a thermal type ink jet recording head. In the figure, 100 is a flow path substrate, 102 is a liquid flow path, 103 is a heater substrate, 104 is an independent electrode, 105 is a common electrode, 106 is a heating resistor layer, 107 is an insulating film, 108 is a pit, 109 is a nozzle,
サーマルタイプのインクジェット記録ヘッドでは、発熱抵抗体層106に一時的に通電加熱することによって、インク110が急激に沸騰し、気泡111が発生すると共に液体流路102内で急激に成長する。そして、この気泡111の成長時の圧力により、ノズル109から、インク滴112を噴射させると共に、紙などの被記録物に着弾させ、記録画素を形成する。
しかしながら、このようなインクジェット記録ヘッドでは、発熱抵抗体層106上に絶縁膜107を形成した後、ピット108と呼ばれる開口をドライエッチング法(「反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching))により形成するため、RIEのオーバーエッチング時に発熱抵抗体層106の構成材料である多結晶Siがプラズマにさらされ、そのダメージにより発熱抵抗体層106の抵抗値が上昇するといった問題がある。
However, in such an ink jet recording head, an
例えば、図13、図14にそれぞれ抵抗値の上昇率および均一性のオーバーエッチング時間依存性を示す。オーバーエッチング時間が長くなるほど、抵抗値は上昇しウエハ面内均一性が悪化していることがわかる。前者の理由はオーバーエッチング時間が長くなるほどダメージが大きくなるためである。また、後者の理由は絶縁膜のエッチングレートにウエハ面内分布があるため、ウエハ内で実効的なオーバーエッチング時間に差異が生じるためである。このようなウエハ内抵抗値分布はプリントヘッド内部の抵抗値分布に影響を及ぼし、ひいては噴射特性の不均一化をもたらす。 For example, FIGS. 13 and 14 show the rate of increase in resistance and the dependence of uniformity on overetching time, respectively. It can be seen that the longer the over-etching time, the higher the resistance value and the worse the wafer in-plane uniformity. The former is because damage increases as the overetching time increases. Moreover, the latter reason is because there is a difference in the effective over-etching time within the wafer because the etching rate of the insulating film has a distribution in the wafer surface. Such an intra-wafer resistance value distribution affects the resistance value distribution inside the print head, which in turn causes non-uniform ejection characteristics.
ここで、図15に示すような、発熱抵抗体層106である多結晶Si膜上に形成された絶縁膜107であるプラズマCVD法で形成したSi酸化膜にRIEを施し、開口を形成する場合に、オーバーエッチング時間を算出するパラメータを示す。なお、図15中、113は、エッチングマスクであるホトレジスト、dxは絶縁膜107の厚みを示を示す。
Here, as shown in FIG. 15, RIE is performed on the Si oxide film formed by the plasma CVD method, which is the
通常、エッチング量は膜厚の数10%増しに設定するが、このオーバーエッチング率をAx%、絶縁膜107のエッチングレートをExとする。これらパラメータからオーバーエッチング時間Toは下記式(A)で表される。
式(A):To=dx/Ex×Ax/100
Usually, the etching amount is set to increase by several tens of percent of the film thickness. The overetching rate is Ax%, and the etching rate of the
Formula (A): To = dx / Ex × Ax / 100
この式(A)において、代表的な数字(dx=3μm、Ex=0.2μm/min、Ax=30%)を代入して計算するとオーバーエッチング時間は4.5minとなる。この時抵抗上昇率と抵抗値ウエハ内均一性は図13、図14からそれぞれ22.4%、7.0%となり、発熱抵抗体層6の抵抗値上昇、抵抗値均一性が悪化していることがわかる。
In this formula (A), when a representative number (dx = 3 μm, Ex = 0.2 μm / min, Ax = 30%) is substituted and calculated, the overetching time is 4.5 min. At this time, the resistance increase rate and the resistance value uniformity within the wafer are 22.4% and 7.0% from FIGS. 13 and 14, respectively, and the resistance value increase and resistance value uniformity of the
従って、本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明の目的は、発熱抵抗体層の抵抗値増加の抑制と抵抗値分布を改善可能な発熱抵抗体の製造方法、及びインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the conventional problems and achieve the following object. That is, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a heating resistor and a method of manufacturing an ink jet recording head capable of suppressing an increase in resistance value of the heating resistor layer and improving a resistance value distribution.
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、本発明は、
本発明の発熱抵抗体の製造方法は、発熱抵抗体層上に第1絶縁層、エッチングストッパ層、及び第2絶縁層を順次形成する工程と、
前記第2絶縁層、エッチングストッパ層、及び第1絶縁層を、各々のエッチング条件で順次プラズマエッチング除去し、前記発熱抵抗体層の一部の領域上に開口を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
The above problem is solved by the following means. That is, the present invention
The method for manufacturing a heating resistor of the present invention includes a step of sequentially forming a first insulating layer, an etching stopper layer, and a second insulating layer on the heating resistor layer;
Removing the second insulating layer, the etching stopper layer, and the first insulating layer sequentially by etching under respective etching conditions to form an opening on a partial region of the heating resistor layer;
It is characterized by having.
本発明の発熱抵抗体の製造方法では、発熱抵抗体層上に形成される絶縁膜(第1及び第2絶縁層)を、エッチングストッパ層を介して形成し、これらを、個々のエッチング条件でプラズマエッチング除去することで、過剰なオーバーエッチング分(ダメージ)をエッチングストッパ層に吸収させ、発熱抵抗体層がプラズマに曝される時間を短縮し、発熱抵抗体層の抵抗値増加の抑制と抵抗値分布を改善させる。 In the heating resistor manufacturing method of the present invention, the insulating films (first and second insulating layers) formed on the heating resistor layer are formed via the etching stopper layer, and these are formed under individual etching conditions. By removing the plasma etching, the excessive amount of overetching (damage) is absorbed by the etching stopper layer, the time that the heating resistor layer is exposed to the plasma is shortened, and the increase in resistance value of the heating resistor layer and the resistance are reduced. Improve value distribution.
本発明の発熱抵抗体の製造方法において、前記第1及び第2絶縁層は、シリコン酸化膜からなることが好適である。 In the method for manufacturing a heating resistor according to the present invention, it is preferable that the first and second insulating layers are made of a silicon oxide film.
本発明の発熱抵抗体の製造方法において、前記エッチングストッパ層は、シリコン膜からなることが好適である。 In the heating resistor manufacturing method of the present invention, it is preferable that the etching stopper layer is made of a silicon film.
本発明の発熱抵抗体の製造方法において、前記エッチングストッパ層は、化学的気相成長法により形成されたシリコン膜であることが好適である。 In the heating resistor manufacturing method of the present invention, it is preferable that the etching stopper layer is a silicon film formed by a chemical vapor deposition method.
本発明の発熱抵抗体の製造方法において、前記エッチングストッパ層は、多結晶シリコン膜であることが好適である。 In the heating resistor manufacturing method of the present invention, it is preferable that the etching stopper layer is a polycrystalline silicon film.
本発明の発熱抵抗体の製造方法において、前記第1絶縁層、前記エッチングストッパ層、前記第2絶縁層は、それぞれ膜厚:d1、d2、d3、選択比:S1、S2、S3、オーバーエッチング率:A1、A2、A3、とした時、下記式(1)及び(2)で示される関係式を同時に満たすことが好適である。
式(1):d2>d1×A1/100/S1
式(2):d3>A2/100/S2×(d2−d1×A1/100/S1)
In the heating resistor manufacturing method of the present invention, the first insulating layer, the etching stopper layer, and the second insulating layer have a film thickness: d1, d2, d3, a selection ratio: S1, S2, S3, and overetching, respectively. When the ratios are A1, A2, and A3, it is preferable that the relational expressions represented by the following formulas (1) and (2) are simultaneously satisfied.
Formula (1): d2> d1 × A1 / 100 / S1
Formula (2): d3> A2 / 100 / S2 × (d2−d1 × A1 / 100 / S1)
一方、インクに熱エネルギーを印加してこれを噴射するための本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、上記本発明の発熱抵抗体の製造方法を適用したものである。 On the other hand, the method for manufacturing an ink jet recording head of the present invention for applying thermal energy to ink and ejecting it applies the method for manufacturing a heating resistor of the present invention.
以上、本発明によれば、発熱抵抗体層の抵抗値増加の抑制と抵抗値分布を改善可能である、という効果を奏する。 As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the increase in the resistance value of the heating resistor layer and improve the resistance value distribution.
以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。なお、実質的に同じ機能を有する部材には、全図面通して同じ符号を付与して説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is provided and demonstrated to the member which has the substantially same function through all the drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるヒーター基板の平面構成図であり、21は駆動素子である。各発熱抵抗体層6にはこれらに対して個別に駆動エネルギーを伝達するための独立電極4および通常電源電極配線として機能する共通電極5が接続される。また駆動素子21の端部にも共通電極22配線が接続され、通常電源電極配線として機能する。画像情報に応じて、駆動素子21がONし発熱抵抗体層6を通電加熱することによって発熱させている。また発熱抵抗体層6の材料としては各種検討されているが多結晶Si材料はLSIロジック回路搭載のインクジェットヘッドにおいて通常のMOSLSIプロセスのゲート電極材料として用いられるため、これらの共通化が可能となり工程を簡略化できる。
FIG. 1 is a plan configuration diagram of a heater substrate in the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention, and
図2は、本発明の第1の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図であり、ヒーター基板3上に多結晶Siからなる発熱抵抗体層6で構成される発熱抵抗体部31とそれに電流を供給する駆動素子21と画像情報の信号処理をするロジック回路部45をLSIプロセスを用いて形成している。そして、このヒーター基板3と、流路が形成された流路基板1とをノズル9が形成されるように接合されてインクジェット記録ヘッドは構成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention, and a
発熱抵抗体部31は高抵抗多結晶Si膜32と低抵抗多結晶Si膜33とからなる発熱抵抗体層6で構成されている。高抵抗多結晶Si膜32領域は主に発熱領域を規定する。一方、高抵抗多結晶Si膜32の両側にある低抵抗多結晶Si膜33の領域はたとえ十分な発熱量があってもその上部に第1の絶縁膜36a及び第2の絶縁膜36bがあるためインクに伝わる熱エネルギーは小さくなる。そのためこの低抵抗多結晶Si膜33の領域は余分なエネルギーロスを小さくするという点からあらかじめ多結晶Siに高濃度の不純物イオンを注入し抵抗を十分に下げている。また絶縁膜ピット8(開口)の端部はこの低抵抗多結晶Si膜33の上部にくるように配設しており、さらにポリイミド樹脂層42のピットの端部は絶縁膜ピット8の外側にくるように配設している。
The
図3〜図7は、本発明の第1の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるヒーター基板の製造工程を示すフロー図である。 3 to 7 are flowcharts showing the manufacturing process of the heater substrate in the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.
まず、Si基板3を準備し(図3(A))、Si基板3の表面に通常のLOCOS(Local Oxidation of Si)法を用いてトランジスタ領域を規定する(図3(B))。ここは後に、発熱抵抗体部31の領域、ロジック回路部45の領域あるいは駆動素子21の領域等に相当する。フィールド酸化膜44は1000℃の水素燃焼酸化で約1.5μm成長させる。この酸化膜は素子分離領域としてだけでなく、後に発熱抵抗体層としての多結晶Siの下の蓄熱層としても働くためできるだけ厚いことが望ましい。
First, the
続いてトランジスタのゲート酸化膜51を1000℃の水素燃焼酸化で約100nm成長させる(図3(C))。
Subsequently, a
続いて、MOSトランジスタのゲート電極34と発熱抵抗体層6の材料となる多結晶Si薄膜52をCVD(化学的気相成長)法で約0.4μm着膜する(図3(D))。
Subsequently, a polycrystalline Si
続いて多結晶Si膜52にn型不純物であるリンをイオン注入法にて全面に導入する(図3(E))。この段階で導電性の多結晶Si膜53になる。この多結晶Si膜53は後に高抵抗多結晶Si膜32となるものである。
Subsequently, phosphorus, which is an n-type impurity, is introduced into the entire surface of the
続いて後に高抵抗多結晶Si膜32となる領域をホトリソグラフィー法で形成したレジストで覆い、n型不純物であるリンをイオン注入しこの領域をさらに抵抗の低い多結晶Si膜33にする(図3(F))。この領域の多結晶Siは後に発熱抵抗体層6の低抵抗多結晶Si膜33あるいはMOSトランジスタのゲート電極34となるものである。
Subsequently, a region that will later become a high-resistance
続いてホトリソグラフィー法とフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いて発熱抵抗体層6とMOSトランジスタのゲート電極34をパターニング(加工)する(図4(G))。
Subsequently, the
その後MOSトランジスタのソース/ドレイン拡散層35を砒素のイオン注入法とその後の熱処理にて形成する(図4(H))。
Thereafter, a source /
続いて第1の絶縁膜36a(第1絶縁層)を形成する(図4(I))。ここでは膜としてCVD法で約100nm着膜したNSG(Non doped silicate glass)膜を用いる。
Subsequently, a first
続いて発熱抵抗体層6上に形成された第1の絶縁膜36a上に、高抵抗多結晶Si膜32を覆うようにエッチングストッパ層7を形成する(図4(J))。ここでは膜として多結晶Si薄膜をCVD(化学的気相成長)法で約0.1μm着膜したものである。
Subsequently, an
続いて第2の絶縁膜36b(第2絶縁層)としてBPSG(Borophosphosilicate glass:Si酸化膜)膜を形成する(図5(K))。この膜は、SiH4系ガスを用いたプラズマCVD法で約700nmのSi酸化膜を着膜したものである。
Subsequently, a BPSG (borophosphosilicate glass: Si oxide film) film is formed as the second
続いてホトリソグラフィー法とフッ素系のガスを用いたドライエッチング法にて各素子の電気的接続口となるコンタクトホール37を開口する(図5(L))。
Subsequently, a
続いて第1の金属配線層38を形成する(図5(M))。ここでは金属配線の材料としてスパッタ法で約1μm着膜したAl―1%Si膜を用い、パターニングはホトリソグラフィー法と塩素系ガスを用いたドライエッチング法で実施した。
Subsequently, a first
続いて表面保護層41としてSiH4系ガスを用いたプラズマCVD法で約500nmのSi酸化膜を着膜する(図6(N))。
Subsequently, a Si oxide film having a thickness of about 500 nm is deposited as the surface
続いて絶縁膜ピット8を形成するため、まず、ドライエッチング法で発熱抵抗体層6における高抵抗多結晶Si膜32周辺上の表面保護層41(Si酸化膜)及び第2の絶縁膜36b(Si酸化膜)をエッチング除去する(図6(O))。なお、ここで、Bonding Pad 39も同時に形成する。
Subsequently, in order to form the insulating film pits 8, first, the surface protection layer 41 (Si oxide film) on the periphery of the high resistance
続いて、ドライエッチング法で発熱抵抗体層6における高抵抗多結晶Si膜32周辺上のエッチングストッパ層7をエッチング除去する(図6(P))。
Subsequently, the
続いてドライエッチング法で発熱抵抗体層6における高抵抗多結晶Si膜32周辺上の第1の絶縁膜36a(Si酸化膜)をエッチング除去する(図7(Q))。
Subsequently, the first insulating
このようにして、発熱抵抗体層6上に絶縁膜ピット8としての開口を設ける。この絶縁膜ピット8は異種の3層構造の膜(第1の絶縁膜36a(NSG膜からなるSi酸化膜)と、エッチングストッパ層7(多結晶Si膜)と、第2の絶縁膜36b及び表面保護層41から構成されるプラズマCVDによるSi酸化膜と、の3層構造の膜)を除去するため、従来例の加工に用いていたWetエッチング法ではいわゆるアンダーカットが発生するため両者のエッチングレートを高精度であわせない限り形状の制御が難しい。その点ドライエッチング法による加工では膜種によらずほぼ垂直に加工できるため3層構造の膜でも形状制御性よく加工できるという利点がある。
In this manner, an opening as the insulating
最後に、耐インク層40としてSi窒化膜とTa膜を形成する(図7(R))。ここではSi窒化膜はアンモニア系ガスを用いたプラズマCVD法で着膜し、その上にTa膜をスパッタ法で着膜した。これら2層膜をホトリソグラフィー法とフッ素系ガスを用いたプラズマエッチング法でパターニングする。 Finally, a Si nitride film and a Ta film are formed as the ink resistant layer 40 (FIG. 7R). Here, the Si nitride film was deposited by a plasma CVD method using ammonia-based gas, and a Ta film was deposited thereon by a sputtering method. These two-layer films are patterned by a photolithography method and a plasma etching method using a fluorine-based gas.
最後に流路を形成するためのポリイミド樹脂層42を形成してヒーター基板の作製を完了する(図7(S))。
Finally, a
ここで、図8に、上記図6(N)〜図7(Q)におけるヒーター基板3の発熱抵抗体層6の部分拡大図を示す。同図中、75は第1の絶縁膜36aであるSi酸化膜(第1絶縁層)であり、74はエッチングストッパ層7としての多結晶Si膜であり、73は、第2の絶縁膜36b、表面保護層41をひとまとめにしたSi酸化膜(第2絶縁層)であり、72は、絶縁膜のピット8を開口するためのエッチングマスク(ホトレジスト)である。また、Si酸化膜73、多結晶Si膜74、Si酸化膜75の膜の各膜厚をそれぞれd1、d2、d3とする。
Here, FIG. 8 shows a partially enlarged view of the
上記図6(N)〜図7(Q)において具体的には、まず、Si酸化膜73を例えば、CHF3/CF4ガスを用いたRIE法でエッチングする(図8(O))。この時のSi酸化膜73のエッチングレートをE1とし、下地の多結晶Si膜74とのエッチング選択比をS1とし、オーバーエッチング率をA1%とする。この時、エッチング領域の多結晶Si膜74はオーバーエッチング時に多少エッチングされる。この時の残存膜厚d2’は下記(3)式で記述できる。
式(3):d2’=d2−d1×A1/100/S1
Specifically, in FIGS. 6N to 7Q, first, the
Formula (3): d2 ′ = d2−d1 × A1 / 100 / S1
次に、多結晶Si膜74をCF4ガスを用いたRIE法でエッチングする(図8(P))。この時の多結晶Si膜74のエッチングレートをE2とし、下地のSi酸化膜75とのエッチング選択比をS2、オーバーエッチング率をA2とする。この時、エッチング領域のSi酸化膜73はオーバーエッチング時に多少エッチングされる。この時の残存膜厚d3’は下記の(4)式で記述できる。
式(4):d3’=d3−d2’×A2/100/S2
Next, the
Formula (4): d3 ′ = d3−d2 ′ × A2 / 100 / S2
次に、Si酸化膜75をCHF3/CF4ガスを用いたRIE法でエッチングする(図8(Q))。
Next, the
ここでは、上記図8(Q)、図8(P)それぞれの工程においてエッチング完了時点で被エッチング材料の直下の膜(前者では多結晶Si膜74、後者ではSi酸化膜75)が残っていることが重要となる。もし、これら被エッチング材料直下の膜がこの段階でエッチング除去されると、さらにその下の膜が露出しその膜のエッチングが急激に進む(エッチングレートが高いため)。そうなると工程途中で発熱抵抗体層6である多結晶Si膜32が露出し、多結晶Si膜74のエッチング工程(図8(Q))においてこの発熱抵抗体層6である多結晶Si膜32がエッチングされることになる。
Here, in each of the steps shown in FIGS. 8Q and 8P, a film immediately under the material to be etched (
これは多結晶Si膜の薄膜化しいては抵抗値の変動をもたらすことになる。これを避けるためには、エッチング工程において下記式(5)〜(6)で示される条件を満たすことがよい。
式(5):d2’>0
式(6):d3’>0
This leads to fluctuations in the resistance value when the polycrystalline Si film is thinned. In order to avoid this, it is preferable that the conditions shown by the following formulas (5) to (6) are satisfied in the etching process.
Formula (5): d2 ′> 0
Formula (6): d3 ′> 0
上記式(5)、(6)にそれぞれ式(3)、式(4)をそれぞれ代入してまとめると、下記(1)、(2)となる。
式(1):d2>d1×A1/100/S1
式(2):d3>A2/100/S2×(d2−d1×A1/100/S1)
The following formulas (1) and (2) are obtained by substituting the formulas (3) and (4) into the formulas (5) and (6), respectively.
Formula (1): d2> d1 × A1 / 100 / S1
Formula (2): d3> A2 / 100 / S2 × (d2−d1 × A1 / 100 / S1)
また、オーバーエッチング時間つまり発熱抵抗体層6である多結晶Si膜32がプラズマにさらされる時間Tは下記(7)式で表される。
式(7):T=d3’/E3×A1/100
Further, the overetching time, that is, the time T during which the
Formula (7): T = d3 ′ / E3 × A1 / 100
ここで、下記表1に示す代表的なパラメータを用いて、オーバーエッチング時間つまり発熱抵抗体層6である多結晶Si膜32がプラズマにさらされる時間を算出すると、RIE時のオーバーエッチング率(プロセスマージン)を従来例と同じ30%に設定しているにもかかわらず、オーバーエッチング時間Tは0.15minとなり従来例(4.5min)に比べて約1/30に短縮される。この時の抵抗上昇率と抵抗値ウエハ内均一性は、図13、図14からそれぞれ0.9%、1.7%となり、上記式(1)及び(2)を満たすことで、発熱抵抗体層6の抵抗値増加の抑制と抵抗値分布を十分改善される。
Here, using the typical parameters shown in Table 1 below, the overetching time, that is, the time during which the
一方、流路基板1については、従来と同様であり、例えば、Si基板に、発熱抵抗体部31に対応した液体流路2となる溝と、ノズル9後方に延長されバイパス流路部43と、リザーバー47及び液体供給口46となる貫通孔とを形成する。
On the other hand, the
そして、上述のようにして作製されたヒーター基板3と位置合わせを行った後、接合する。これにより、上記インクジェット記録ヘッドが作製される。
And after aligning with the
このように、本実施形態では、発熱抵抗体層6上にSi酸化膜73、エッチングストッパ層7としての多結晶Si膜74、Si酸化膜75を、順次形成し、これらを、個々のエッチング条件でプラズマエッチング除去すると、過剰なオーバーエッチング分(ダメージ)がエッチングストッパ層7としての多結晶Si膜74に吸収されて、発熱抵抗体層6がプラズマに曝される時間を短縮し、発熱抵抗体層6の抵抗値増加の抑制と抵抗値分布が改善される。
As described above, in this embodiment, the
特に、上記式(1)及び(2)を満たすことで、効果的に発熱抵抗体層がプラズマに曝される時間を短縮し、発熱抵抗体層6の抵抗値増加の抑制と抵抗値分布が改善される。
In particular, satisfying the above formulas (1) and (2) effectively shortens the time during which the heating resistor layer is exposed to plasma, and suppresses the increase in resistance value of the
また、本実施形態では、ポリイミド樹脂層のピットが前記絶縁膜のピット8の外側に形成されてると共に、耐インク層40が第1の金属配線層38を覆うように配設されている(図3参照)。これは、第1の金属配線層38と耐インク層40の間に挿入された表面保護層41がこれら層間の絶縁性を確保できるようにしたために実現できるものである。本実施形態では繰り返し印字動作中にたとえポリイミド樹脂層42が剥離しその界面からインクが侵入しても、表面保護層41と第1の金属配線層38はインク耐性が強い耐インク層(TaとSi窒化膜の2層膜)に保護され溶解およびそれによる断線不良を引き起こすことはない。
In this embodiment, the pits of the polyimide resin layer are formed outside the
また、本実施形態では、耐インク層40がノズル9後方に延長されバイパス流路部43の一部(底部)を構成している(図2参照)。
In the present embodiment, the ink-
(第2の実施の形態)
上記第1の実施形態は、1層金属配線プロセスを用いた場合の例について示したものであるが、ヘッドの仕様によっては電流を多く流さなくてはならないものもあり、この場合には配線による電圧降下の問題等を抑制するために電源配線とGND配線を2層目の金属配線で形成するという方法がとられる(例えば、特開2000−108355参照)。本発明は、2層以上の金属配線プロセスにも適用することができる。
(Second Embodiment)
The first embodiment has been described with respect to an example in which a single-layer metal wiring process is used. However, depending on the specifications of the head, there may be a case where a large amount of current needs to flow. In order to suppress the voltage drop problem and the like, a method of forming the power supply wiring and the GND wiring with a second-layer metal wiring is used (for example, see Japanese Patent Laid-Open No. 2000-108355). The present invention can also be applied to a metal wiring process having two or more layers.
そこで、本実施形態では、2層目の金属配線を形成した形態について説明する。 Therefore, in the present embodiment, a mode in which the second-layer metal wiring is formed will be described.
図9は、本発明の第2の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図であり、本実施形態は、1層目の金属配線層62(第1の金属配線層38)と表面保護層41の間に第2層目の層間絶縁膜63が付加されており、第2層目の層間絶縁膜63上に2層目の金属配線層65を設けた構成である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of an ink jet recording head according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the first metal wiring layer 62 (first metal wiring layer 38) and the surface
図10〜図11は、本発明の第2の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおけるヒーター基板の製造工程を示すフロー図である。ここでは1層目金属配線形成工程までは第1の実施形態における図3(A)〜図5(M)までと同じであるため説明は省略し、図10(N)から説明する。 10 to 11 are flowcharts showing the manufacturing process of the heater substrate in the ink jet recording head according to the second embodiment of the present invention. Here, since the process up to the first-layer metal wiring formation is the same as that in FIGS. 3A to 5M in the first embodiment, the description thereof will be omitted, and the process will be described from FIG.
まず、第1の絶縁膜36a及び第2の絶縁膜36bからなる第1層目の層間絶縁膜61上に形成された第1層目の金属配線層62と第2層目の金属配線層65の間を電気的に絶縁するための第2層目の層間絶縁膜63を形成する(図10(N))。ここではシラン系のガスを用いたプラズマCVD法で形成した約700nmのSi酸化膜を用いる。
First, the first
続いて第1層目の金属配線層62と第2層目の金属配線層65の接続口となるいわゆるVIA開口64をホトリソグラフィー法とフッ素系ガスを用いたドライエッチング法にて開口する(図10(O))。
Subsequently, a so-called
次に第2層目の金属配線層65を形成する(図10(P))。ここでは金属配線の材料としてスパッタ法で約1μm着膜したAl―1%Si膜を用い、パターニングはホトリソグラフィー法と塩素系ガスを用いたドライエッチング法で実施した。ここで、図中、66は電源配線層を示し、67は接地配線層を示している。
Next, a second
続いてデバイスの表面保護層41を形成する(図11(Q))。ここではシラン系のガスを用いたプラズマCVD法で形成した約500nmのSi酸化膜を用いる。
Subsequently, a surface
続いて発熱抵抗体層6上部の膜(第1層目の層間絶縁膜61としての第1の絶縁膜36a(NSGからなるSi酸化膜:第1絶縁層)と、エッチングストッパ層7(多結晶Si)と、第1層目の層間絶縁膜61としての第2の絶縁膜36b、第2層目の層間絶縁膜63及び表面保護層41からなるプラズマCVDによるSi酸化膜(第2絶縁層)と、の3層膜構成)を、上記第1の実施の形態同様にホトリソグラフィー法とフッ素系ガスを用いたドライエッチング法にて順次除去して絶縁膜ピット8を形成する(図11(R))。この時同時にBonding Pad 39も開口する。
Subsequently, a film above the heating resistor layer 6 (first insulating
続いて耐インク層40としてSi窒化膜とTa膜の積層膜を形成する(図11(S))。ここではSi窒化膜はアンモニア系ガスを用いたプラズマCVD法で着膜し、その上にTa膜をスパッタ法で着膜した。これら2層膜をホトリソグラフィー法とフッ素系ガスを用いたプラズマエッチング法でパターニングする。 Subsequently, a laminated film of a Si nitride film and a Ta film is formed as the ink resistant layer 40 (FIG. 11S). Here, the Si nitride film was deposited by a plasma CVD method using ammonia-based gas, and a Ta film was deposited thereon by a sputtering method. These two-layer films are patterned by a photolithography method and a plasma etching method using a fluorine-based gas.
最後に流路を形成するためのポリイミド樹脂層42を形成してヒーター基板の作製を完了する(図11(T))。ここでは感光性ポリイミドを用い、露光現像によりポリイミド樹脂層のピットを開口した。同ピットの端部は絶縁膜ピット8の外側に位置するように配置している。
Finally, a
このようにしてヒーター基板3を作製する。
In this way, the
本実施形態では、LSIのゲート電極材料として用いている多結晶Siを発熱抵抗体層6として用いてもLSIデバイス特性を損なうことなく2層金属配線で構成される電源配線と接地電極配線を形成することが可能となり電源配線の電圧降下による印字不均一を抑制できる(高画質化)。
In the present embodiment, the power supply wiring and the ground electrode wiring constituted by the two-layer metal wiring are formed without degrading the LSI device characteristics even when the polycrystalline Si used as the gate electrode material of the LSI is used as the
また、本実施形態は、LSIのゲート電極材料を発熱抵抗体として用いるため(共通化)、低コストで実現できる。また折り返し電極配線とヒーターピットをRIE法で加工しているため微細化にも有利な構成になっている。 In addition, this embodiment can be realized at low cost because the LSI gate electrode material is used as a heating resistor (common). Further, since the folded electrode wiring and the heater pit are processed by the RIE method, the structure is advantageous for miniaturization.
また、本実施形態では、(1)寄生抵抗となる多結晶Si部の長さを短くできる。これにより本寄生抵抗を低減でき、エネルギー効率の改善(とそれに伴う印字速度の改善)が達成できる。(2)金属配線層が耐インク層に保護されるため長寿命化(信頼性の向上)が達成できる。(3)ポリイミド樹脂層を1層にできるため低コスト化が図れる。 In the present embodiment, (1) the length of the polycrystalline Si portion serving as the parasitic resistance can be shortened. As a result, the parasitic resistance can be reduced, and improvement in energy efficiency (and improvement in printing speed associated therewith) can be achieved. (2) Since the metal wiring layer is protected by the ink-resistant layer, it is possible to achieve a long life (improvement of reliability). (3) Since the polyimide resin layer can be made into one layer, the cost can be reduced.
なお、本実施形態は、インクジェット記録ヘッドの製造方法について説明したが、例えば、バイオケミカルチップなどに利用される発熱抵抗体の製造方法にも適用することができる。 In addition, although this embodiment demonstrated the manufacturing method of the inkjet recording head, it can be applied also to the manufacturing method of the heating resistor utilized for a biochemical chip etc., for example.
なお、上記何れの実施形態においても、限定的に解釈されるものではなく、本発明の要件を満足する範囲内で実現可能であることは、言うまでもない。 In any of the above-described embodiments, it is needless to say that the present invention is not construed in a limited manner and can be realized within the range satisfying the requirements of the present invention.
1 流路基板
2 液体流路
3 ヒーター基板
4 独立電極
5 共通電極
6 発熱抵抗体層
7 エッチングストッパ層
8 絶縁膜ピット
9 ノズル
31 発熱抵抗体部
36a 第1の絶縁膜
36b 第2の絶縁膜
37 コンタクトホール
38 第1の金属配線層
40 耐インク層
41 表面保護層
42 ポリイミド樹脂層
43 バイパス流路部
44 フィールド酸化膜
45 ロジック回路部
46 液体供給口
47 リザーバー
61 第1層目の層間絶縁膜(第1の絶縁膜、第2の絶縁膜)
62 第1層目の金属配線層
63 層間絶縁膜
64 開口
65 第2層目の金属配線層
73 Si酸化膜
74 多結晶Si膜
75 Si酸化膜
DESCRIPTION OF
62 First layer
Claims (12)
前記第2絶縁層、エッチングストッパ層、及び第1絶縁層を、各々のエッチング条件で順次プラズマエッチング除去し、前記発熱抵抗体層の一部の領域上に開口を形成する工程と、
を有することを特徴とする発熱抵抗体の製造方法。 Sequentially forming a first insulating layer, an etching stopper layer, and a second insulating layer on the heating resistor layer;
Removing the second insulating layer, the etching stopper layer, and the first insulating layer sequentially by etching under respective etching conditions to form an opening on a partial region of the heating resistor layer;
A method for producing a heating resistor, comprising:
式(1):d2>d1×A1/100/S1
式(2):d3>A2/100/S2×(d2−d1×A1/100/S1) When the first insulating layer, the etching stopper layer, and the second insulating layer have film thicknesses d1, d2, and d3, selection ratios S1, S2, and S3, and overetch rates A1, A2, and A3, respectively. The manufacturing method of the heating resistor according to claim 1, wherein the relational expressions represented by the following formulas (1) and (2) are satisfied.
Formula (1): d2> d1 × A1 / 100 / S1
Formula (2): d3> A2 / 100 / S2 × (d2−d1 × A1 / 100 / S1)
前記発熱抵抗体層上に第1絶縁層、エッチングストッパ層、及び第2絶縁層を順次形成する工程と、
前記第2絶縁層、エッチングストッパ層、及び第1絶縁層を、各々のエッチング条件で順次プラズマエッチング除去し、前記発熱抵抗体層の一部の領域上に開口を形成する工程と、
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。 A method of manufacturing an ink jet recording head having a heating resistor layer for applying thermal energy to ink and ejecting the ink,
Sequentially forming a first insulating layer, an etching stopper layer, and a second insulating layer on the heating resistor layer;
Removing the second insulating layer, the etching stopper layer, and the first insulating layer sequentially by etching under respective etching conditions to form an opening on a partial region of the heating resistor layer;
An ink jet recording head manufacturing method comprising:
式(1):d2>d1×A1/100/S1
式(2):d3>A2/100/S2×(d2−d1×A1/100/S1) When the first insulating layer, the etching stopper layer, and the second insulating layer have film thicknesses d1, d2, and d3, selection ratios S1, S2, and S3, and overetch rates A1, A2, and A3, respectively. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 7, wherein the relational expressions represented by the following formulas (1) and (2) are satisfied.
Formula (1): d2> d1 × A1 / 100 / S1
Formula (2): d3> A2 / 100 / S2 × (d2−d1 × A1 / 100 / S1)
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CN104124134A (en) * | 2013-04-25 | 2014-10-29 | 无锡华润上华半导体有限公司 | Etching method of composite membrane |
JP2018130942A (en) * | 2017-02-17 | 2018-08-23 | キヤノン株式会社 | Manufacturing method of substrate for liquid discharge head |
-
2003
- 2003-07-25 JP JP2003279788A patent/JP2005041177A/en active Pending
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