[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2263998C2 - Method for producing printhead interconnection structure incorporating thin-film resistor - Google Patents

Method for producing printhead interconnection structure incorporating thin-film resistor Download PDF

Info

Publication number
RU2263998C2
RU2263998C2 RU2003116830/28A RU2003116830A RU2263998C2 RU 2263998 C2 RU2263998 C2 RU 2263998C2 RU 2003116830/28 A RU2003116830/28 A RU 2003116830/28A RU 2003116830 A RU2003116830 A RU 2003116830A RU 2263998 C2 RU2263998 C2 RU 2263998C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
insulating barrier
barrier layer
conductor layer
metal layer
Prior art date
Application number
RU2003116830/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003116830A (en
Inventor
А.Н. Еременко (RU)
А.Н. Еременко
М.И. Клычников (RU)
М.И. Клычников
Д.Г. Кравченко (RU)
Д.Г. Кравченко
М.И. Лукасевич (RU)
М.И. Лукасевич
В.А. Хрусталев (RU)
В.А. Хрусталев
С.В. Нефедьев (RU)
С.В. Нефедьев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" filed Critical Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон"
Priority to RU2003116830/28A priority Critical patent/RU2263998C2/en
Publication of RU2003116830A publication Critical patent/RU2003116830A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2263998C2 publication Critical patent/RU2263998C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

FIELD: ink-jet printers and their printheads having small holes for programmable ejection of ink droplets.
SUBSTANCE: proposed method for producing printhead thin-film interconnection structure includes deposition of resistor layer and conductor layer onto insulated substrate, formation of patterns of layers deposited onto insulated structure to form resistive heating element, formation of insulating barrier layer onto pattern of mentioned conductor layer, formation of window in mentioned barrier layer, production of metal layer contacting mentioned conductor layer pattern through mentioned window whose geometry opens up predetermined area of mentioned conductor layer pattern, and metal layer pads on insulating barrier layer above heating layer; prior to arrangement of conductors from metal layer, insulating barrier layer is treated with etching solution for cleaning and recovering surface insulating barrier layer, and along with wiring of metal layer from mentioned conductor layer pattern through mentioned window in insulating barrier layer on adjacent area of mentioned insulated substrate metal layer wiring section is made in the form of pad on insulating barrier layer above heating element used as stabilizing evaporation surface. In this way insulating barrier layer is cleaned and its properties are recovered, metal layer wiring adhesion to insulating barrier layer, and especially adhesion of metal layer pad to insulating barrier layer above heating element, is enhanced.
EFFECT: enhanced quality and reliability of printhead.
3 cl, 11 dwg

Description

Изобретение имеет отношение к производству струйных принтеров, а именно печатающих головок для струйных принтеров, имеющих небольшие отверстия в головке, через которые по программе выбрасываются чернильные капельки.The invention relates to the production of inkjet printers, namely printheads for inkjet printers having small openings in the head through which ink droplets are ejected according to the program.

Выброс чернильной капельки через отверстия (сопла) происходит за счет нагрева и испарения чернил в специальной камере, куда поступают чернила, за счет тепла, выделяемого тонкопленочным резистором при протекании тока.The ejection of an ink droplet through the holes (nozzles) occurs due to heating and evaporation of the ink in a special chamber where the ink enters, due to the heat generated by the thin-film resistor during current flow.

Первые сообщения об устройстве и способах изготовления тонкопленочных резисторных структур фирмы Hewlett-Packard появились в 80 г.г. прошлого столетия [1, 2].The first reports on the device and methods for manufacturing thin-film resistor structures from Hewlett-Packard appeared in 80. last century [1, 2].

Приведенный [2] метод изготовления нагревательного элемента для принтерной головки в виде тонкослойной резисторной структуры включает создание изолированной подложки, формирование на ней слоя из резистивного материала для создания из него нагревательного элемента, осаждение слоев из проводящего адгезионного материала, слоя из материала с высокой проводимости и верхнего металлического слоя для изготовления проводящих электродов.The above [2] method of manufacturing a heating element for a printer head in the form of a thin-layer resistor structure involves creating an insulated substrate, forming a layer of resistive material on it to create a heating element from it, deposition of layers of a conductive adhesive material, a layer of high conductivity material and a top metal layer for the manufacture of conductive electrodes.

Принципиальным недостатком указанного метода явилось отсутствие изолирующего защитного слоя на резисторе, на поверхности которого происходят процессы нагрева и испарения чернил, способные влиять на стабильность теплоотдачи резистора, определяющие качество и надежность принтера.The principal drawback of this method was the absence of an insulating protective layer on the resistor, on the surface of which processes of heating and evaporation of ink occur, which can affect the stability of heat transfer of the resistor, which determine the quality and reliability of the printer.

Данный недостаток устранен в последующих модификациях принтерных головок фирмы Hewlett-Packard [3, 4].This disadvantage was eliminated in subsequent modifications of the Hewlett-Packard printer heads [3, 4].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является [5] «Процесс производства тепловых чернильных принтерных головок и структура интегрального устройства, изготовляемая таким образом», используемый в современных модификациях фирмы, в котором заявляется способ изготовления тонкопленочной резисторной структуры принтерной головки и принтерная головка с тонкопленочным резистором и структурой межсоединений по данному способу.Closest to the proposed invention is [5] the "Process for the production of thermal ink printer heads and the structure of the integrated device manufactured in this way" used in modern versions of the company, which claims a method for manufacturing a thin-film resistor structure of a print head and a printer head with a thin-film resistor and structure interconnects in this way.

В [5] защищается: 1. Способ изготовления тонкопленочной резисторной структуры принтерной головки, включающий формирование на изолированной подложке резистивного слоя и слоя проводника, созданных по рисунку, вскрытие участка в слое проводника над резистивным слоем, образующее резистивный нагревательный элемент в резистивном слое, формирование изолирующего барьерного слоя поверх рисунка упомянутого слоя проводника, формирование окна в упомянутом изолирующем барьерном слое, создание слоя металла, находящегося в электрическом контакте с упомянутым рисунком слоя проводника через упомянутое окно, имеющего геометрию, которая вскрывает заранее определенный участок упомянутого рисунка слоя проводника, выполнение разводки из слоя металла от упомянутого рисунка слоя проводника через упомянутое окно на прилегающий участок упомянутой изолированной подложки, так что разводка из слоя металла на упомянутом прилегающем участке упомянутой изолирующей подложки образует относительно большую и плоскую область, удаленную от упомянутого рисунка слоя проводника для создания смещенного упругого контакта.[5] protects: 1. A method of manufacturing a thin-film resistor structure of the printer head, which includes forming a resistive layer and a conductor layer on an insulated substrate, as shown in the figure, opening a portion in the conductor layer above the resistive layer, forming a resistive heating element in the resistive layer, forming an insulating layer a barrier layer over the pattern of said conductor layer, forming a window in said insulating barrier layer, creating a layer of metal in electrical contact with said conductor layer pattern through said window having a geometry that reveals a predetermined portion of said conductor layer pattern, wiring a metal layer from said conductor layer pattern through said window to an adjacent portion of said insulated substrate, so that wiring of a metal layer on said adjacent a portion of said insulating substrate forms a relatively large and flat region remote from said conductor layer pattern to create biased elastic contact.

2. Принтерная головка тонкопленочного резистора и структура межсоединений, включающие в совокупности резистивный слой и слой проводника, сформированные на предварительно определенной области изолированной подложки, и упомянутый слой проводника, имеющий вскрытие в себе над резистивным слоем, образующее резистивный нагревательный элемент, изолирующий барьерный слой поверх упомянутого слоя проводника, имеющий поверхностную геометрию, которая открывает заранее определенную область упомянутого слоя проводника, слой металла на изолирующем барьерном слое, распространяющийся от упомянутого слоя проводника вниз на смежную область упомянутой изолированной подложки, на которой нет слоя проводника, посредством чего слой металла над упомянутой смежной областью упомянутой изолированной подложки образует относительно большую и плоскую область электрического контакта для создания смещенного упругого контакта.2. The thin-film resistor printer head and the interconnect structure, which together comprise a resistive layer and a conductor layer formed on a predetermined region of the insulated substrate, and said conductor layer having an opening therein above the resistive layer, forming a resistive heating element insulating the barrier layer over said a conductor layer having surface geometry that opens up a predetermined region of said conductor layer, a metal layer on an insulating a barrier layer extending down from said conductor layer down to an adjacent region of said insulated substrate, on which there is no conductor layer, whereby the metal layer above said adjacent region of said insulated substrate forms a relatively large and flat electrical contact region to create a biased elastic contact.

3. Структура по п.2, в которой сделано небольшое отверстие в упомянутом изолирующем барьерном слое, чтобы раскрыть упомянутый слой проводника для связи с упомянутым слоем металла.3. The structure according to claim 2, in which a small hole is made in said insulating barrier layer in order to open said conductor layer for communication with said metal layer.

4. Структура по п.2, в которой упомянутый изолирующий барьерный слой сформирован с меньшим боковым размером, чем у упомянутого слоя проводника, таким образом, чтобы получился вскрытым краевой участок упомянутого слоя проводника для получения вышеупомянутого слоя металла в электрическом контакте с последним.4. The structure according to claim 2, in which said insulating barrier layer is formed with a smaller lateral dimension than that of said conductor layer, so that an edge portion of said conductor layer is exposed to obtain the aforementioned metal layer in electrical contact with the latter.

5. Тонкопленочная структура межсоединений, включающая резистивный слой и слой проводника, сформированный на нем, расположенные на предварительно определенной области изолированной подложки, и упомянутый слой проводника, имеющий вскрытие в себе над резистивным слоем, образующее резистивный нагревательный элемент, изолирующий барьерный слой поверх упомянутого слоя проводника и имеющий поверхностную геометрию, которая открывает предварительно определенную область упомянутого слоя проводника, и слой металла на изолирующем барьерном слое, распространяющийся от вскрытой заранее определенной области упомянутого слоя проводника вниз на смежную область упомянутой изолированной подложки, под которой не появляется никакой слой проводника, посредством чего слой металла над упомянутой смежной областью упомянутой изолированной подложки образует относительно большую и плоскую область, удаленную от упомянутого слоя проводника, для создания смещенного упругого контакта.5. A thin film interconnect structure comprising a resistive layer and a conductor layer formed thereon located on a predetermined region of the insulated substrate, and said conductor layer having an opening therein above the resistive layer, forming a resistive heating element insulating the barrier layer over said conductor layer and having surface geometry that opens up a predetermined region of said conductor layer and a metal layer on an insulating barrier with extending from the exposed predetermined region of said conductor layer down to an adjacent region of said insulated substrate, under which no conductor layer appears, whereby the metal layer above said adjacent region of said insulated substrate forms a relatively large and flat region remote from said conductor layer , to create a biased elastic contact.

На фиг.1.1.-1.5 представлен основной вариант структуры принтерной головки и структуры межсоединений и этапы изготовления данного варианта структуры в соответствии с приведенным в прототипе способом, а на фиг.1.6 - альтернативный вариант структуры принтерной головки и структуры межсоединений согласно п.3. формулы прототипа.On Fig.1.1.-1.5 presents the main version of the structure of the printer head and the structure of the interconnects and the steps of manufacturing this variant of the structure in accordance with the method described in the prototype, and Fig.1.6 is an alternative version of the structure of the printer head and the structure of interconnects according to claim 3. prototype formulas.

На фиг.1.1 представлен разрез структуры после осаждения на поверхности, изолированной диэлектриком 2 подложки 1, резистивного 3 и проводящего 4 слоев.Figure 1.1 presents a section of the structure after deposition on the surface insulated by the dielectric 2 of the substrate 1, resistive 3 and conductive 4 layers.

На фиг.1.2 представлен разрез структуры после формирования в правой части изолированной подложки методом литографии и последующего травления через первую маску фоторезиста резистивного 5 слоя и слоя проводника 6, созданных по рисунку.Figure 1.2 shows a section of the structure after forming an isolated substrate on the right side of the substrate by lithography and subsequent etching through the first photoresist mask of the resistive layer 5 and the conductor layer 6 created according to the figure.

На фиг.1.3 представлен разрез структуры после формирования методом литографии и последующего травления через вторую маску фоторезиста участка с образованием окна 7 в слое проводника над резистивным слоем, образующего резистивный нагревательный элемент 8 в резистивном слое.Figure 1.3 presents a section of the structure after forming by lithography and subsequent etching through the second mask of the photoresist portion with the formation of a window 7 in the conductor layer above the resistive layer, forming a resistive heating element 8 in the resistive layer.

На фиг.1.4 представлен разрез структуры после формирования методом литографии через третью маску фоторезиста и последующего травления двухслойного 9 и 10 изолирующего барьерного слоя поверх упомянутого слоя проводника, и последующей литографии через четвертую маску фоторезиста, вскрытия и травления окна 11 в упомянутом изолирующем барьерном слое.Figure 1.4 shows a section through the structure after lithography through a third photoresist mask and subsequent etching of a two-layer 9 and 10 insulating barrier layer over said conductor layer, and subsequent lithography through a fourth photoresist mask, opening and etching a window 11 in said insulating barrier layer.

На фиг.1.5 представлен разрез структуры после осаждения слоя металла, находящегося в электрическом контакте с упомянутым слоем проводника через упомянутое окно, и выполнения разводки из слоя металла 12 от упомянутого слоя проводника через упомянутое окно на прилегающий слева участок упомянутой изолированной подложки, так что разводка из слоя металла образует относительно большую и плоскую область, удаленную от упомянутого слоя проводника, для создания после покрытия дополнительным слоем металла 13 смещенного упругого контакта 14.Figure 1.5 shows a section through the structure after deposition of a metal layer in electrical contact with said conductor layer through said window and wiring of a metal layer 12 from said conductor layer through said window onto a portion adjacent to the left of said insulated substrate, so that wiring from the metal layer forms a relatively large and flat region remote from the said conductor layer to create, after coating with an additional metal layer 13, an offset elastic contact 14.

В результате в прототипе [5] устраняется недостаток, имеющий место в аналоге [2] и заключающийся в нестабильности и пониженном сроке службы нагревательного элемента, не защищенного изолирующими барьерными слоями, при попадании на него и испарении чернил. Как показано на фиг.1.3, в прототипе формируется изолирующий барьерный слой поверх нагревательного элемента.As a result, the prototype [5] eliminates the disadvantage that occurs in the analogue [2] and consists in the instability and reduced service life of the heating element, which is not protected by insulating barrier layers, when ink gets on it and the ink evaporates. As shown in figure 1.3, in the prototype, an insulating barrier layer is formed over the heating element.

Основной вариант структуры межсоединений прототипа предусматривает общепринятую классическую схему осуществления контакта слоя металла со слоем проводника через окно, вскрываемое в изолирующем барьерном слое. При этом обеспечивается постоянство площади контакта, зачистка контактируемой поверхности, стабильность контакта.The main variant of the interconnect structure of the prototype provides a generally accepted classical scheme for contacting a metal layer with a conductor layer through a window opened in an insulating barrier layer. This ensures the constancy of the contact area, the cleaning of the contacted surface, the stability of the contact.

На фиг.1.6 представлена другая схема контактирования слоя металла к слою проводника (без вскрытия окна в изолирующем барьерном слое), получаемая в результате того, что часть проводника 6 оставляют не закрытой изолирующим барьерным слоем. При этом разводка из слоя металла 12 контактирует с незакрытым участком слоя проводника и далее выполняется на прилегающем слева участке изолированной подложки. Часть разводки из слоя металла размещается на изолирующем слое над нагревательным элементом в виде площадки из слоя металла 15 для концентрации тепла и испарения чернил и существенного увеличения срока службы принтерной головки.Figure 1.6 presents another diagram of the contacting of the metal layer to the conductor layer (without opening the window in the insulating barrier layer), resulting from the fact that part of the conductor 6 is left unclosed by the insulating barrier layer. In this case, the wiring from the metal layer 12 is in contact with an unclosed portion of the conductor layer and then is performed on the adjacent adjacent portion of the insulated substrate. Part of the wiring from the metal layer is placed on the insulating layer above the heating element in the form of a platform of the metal layer 15 for the concentration of heat and ink evaporation and a significant increase in the life of the print head.

Вместе с тем, введение изолирующего барьерного слоя в прототипе предусматривает проведение операций по вскрытию окна в изолирующем барьерном слое для контактирования разводки из слоя металла к слою проводника, таких как формирование маски фоторезиста, плазмохимическое травление изолирующего барьерного слоя через маску до поверхности слоя проводника, снятие фоторезиста, зачистку поверхности слоя проводника.However, the introduction of an insulating barrier layer in the prototype involves opening the window in the insulating barrier layer to contact the wiring from the metal layer to the conductor layer, such as forming a photoresist mask, plasma-chemical etching of the insulating barrier layer through the mask to the surface of the conductor layer, removing the photoresist stripping the surface of a conductor layer.

Изолирующий барьерный слой, состоящий в прототипе из слоя нитрида кремния и карбида кремния, травится с помощью плазмохимического травления. При этом происходит дополнительное задубливание (дополнительная полимеризация) фоторезиста, а при травлении окна в плазме перенос на маску фоторезиста продуктов травления, загрязнеющих фоторезист и в дальнейшем затрудняющих его удаление.An insulating barrier layer, consisting of a prototype of a layer of silicon nitride and silicon carbide, is etched using plasma-chemical etching. In this case, an additional subduing (additional polymerization) of the photoresist occurs, and when a window is etched in a plasma, the etching products that pollute the photoresist and further complicate its removal are transferred to the photoresist mask.

Удаление задубленного фоторезиста после вскрытия окна в изолирующем барьерном слое до слоя металлического проводника осуществляется в кислородной плазме, удаляющей сильно задубленные фоторезисты. При воздействии кислородной плазмы поверхность изолирующего барьерного слоя может модифицироваться с образованием кислородных связей, на поверхности могут оставаться образующиеся углеродистые соединения.The removal of a zagged photoresist after opening a window in the insulating barrier layer to a layer of a metal conductor is carried out in oxygen plasma, which removes the strongly zakupannye photoresists. When exposed to oxygen plasma, the surface of the insulating barrier layer can be modified to form oxygen bonds, and carbonaceous compounds can remain on the surface.

В то же время к поверхности изолирующего барьерного слоя при нанесении разводки металла предъявляются требования по чистоте, структурному совершенству поверхности, обеспечивающие адгезию металла и формирование устойчивой β фазы тантала (Та), используемого в прототипе в качестве нижнего слоя двухслойной разводки металла.At the same time, the requirements for cleanliness, structural perfection of the surface are imposed on the surface of the insulating barrier layer when applying metal wiring, ensuring metal adhesion and the formation of a stable β phase of tantalum (Ta), used in the prototype as the lower layer of a two-layer metal wiring.

Особо высокие требования к поверхности изолирующего барьерного слоя предъявляются при формирование площадки металла над резистивным нагревательным элементом, для концентрации тепла и испарения чернил, в силу термоциклов, которым подвергается структура принтерной головки при нагреве резистора для испарения чернил в процессе работы.Particularly high demands are made on the surface of the insulating barrier layer when forming a metal pad above the resistive heating element, for the concentration of heat and ink evaporation, due to the thermal cycles to which the structure of the print head is exposed when the resistor for ink evaporation is heated during operation.

Вместе с тем способ, заявленный в прототипе, не содержит специальной технологии очистки поверхности изолирующего барьерного слоя перед формированием разводки металла с учетом возможного использования разводки для формирования площадки металла над нагревательным элементом, предъявляющей высокие требования по адгезии металла при термоциклах (быстрых повторяющихся изменений температуры) в широком интервале температур.However, the method claimed in the prototype does not contain a special technology for cleaning the surface of the insulating barrier layer before forming the wiring of the metal, taking into account the possible use of wiring to form a metal area above the heating element, which places high demands on the adhesion of the metal during thermal cycles (rapid repeated temperature changes) in wide temperature range.

Задачей изобретения является достижение технического результата, заключающегося в повышение качества и надежности принтерной головки с тонкопленочным резистором и структурой межсоединений за счет использования в способе изготовления структуры межсоединений технологии обработки изолирующего барьерного слоя в растворе травителя с целью очистки и восстановления свойств изолирующего барьерного слоя для повышения адгезии разводки из слоя металла к изолирующему барьерному слою и, особенно, адгезии площадки из слоя металла к изолирующему барьерному слою над нагревательным элементом, подвергаемой многократному нагреву и охлаждению при испарении чернил.The objective of the invention is to achieve a technical result, which consists in improving the quality and reliability of a print head with a thin-film resistor and interconnect structure by using the technology for processing the insulating barrier layer in the etchant solution in the method of manufacturing the interconnect structure in order to clean and restore the properties of the insulating barrier layer to increase wiring adhesion from the metal layer to the insulating barrier layer and, especially, the adhesion of the site from the metal layer to the insulating th barrier layer above the heating element to be subjected to repeated heating and cooling by evaporation of the ink.

Для достижения названного технического результата в способе изготовления тонкопленочной структуры межсоединений принтерной головки с тонкопленочным резистором, включающем осаждение резистивного слоя и слоя проводника на изолированной подложке, формирование рисунков слоев, осажденных на изолированной подложке, образующих резистивный нагревательный элемент, формирование изолирующего барьерного слоя поверх рисунка упомянутого слоя проводника, формирование окна в упомянутом изолирующем барьерном слое, создание слоя металла, находящегося в электрическом контакте с упомянутым рисунком слоя проводника через упомянутое окно, имеющего геометрию, которая открывает заранее определенный участок упомянутого рисунка слоя проводника, выполнение разводки из слоя металла от упомянутого рисунка слоя проводника через упомянутое окно в изолирующем барьерном слое на прилегающий участок упомянутой изолированной подложки, так что разводка из слоя металла на упомянутом прилегающем участке упомянутой изолирующей подложки образует относительно большую и плоскую область, удаленную от упомянутого рисунка слоя проводника, для создания смещенного упругого контакта перед выполнением разводки из слоя металла обрабатывают поверхность изолирующего барьерного слоя в растворе травителя, обеспечивающего очистку и восстановление поверхности изолирующего барьерного слоя, а разводку из слоя металла от упомянутого рисунка слоя проводника через упомянутое окно в изолирующем барьерном слое выполняют не только на прилегающий участок упомянутой изолированной подложки, но одновременно формируют участок разводки из слоя металла в виде площадки на изолирующем барьерном слое над нагревательным элементом, используемый в качестве стабилизирующей поверхности испарения.In order to achieve the named technical result in a method for manufacturing a thin-film structure of interconnects of a printer head with a thin-film resistor, including deposition of a resistive layer and a conductor layer on an insulated substrate, forming patterns of layers deposited on an insulated substrate, forming a resistive heating element, forming an insulating barrier layer over the pattern of said layer a conductor, forming a window in said insulating barrier layer, creating a metal layer, finding electrical contact with said pattern of a conductor layer through said window having a geometry that opens a predetermined portion of said conductor layer pattern, wiring from a metal layer from said conductor layer pattern through said window in an insulating barrier layer to an adjacent portion of said insulated substrate, so that the wiring from the metal layer in said adjacent portion of said insulating substrate forms a relatively large and flat region, is removed the surface of the insulating barrier layer in the etch solution, which provides cleaning and restoration of the surface of the insulating barrier layer, and the wiring from the metal layer from the said pattern of the conductor layer through the said window in the insulating barrier layer is performed not only on the adjacent portion of the aforementioned insulated substrate, but at the same time, a wiring portion is formed from the layer m metal in the form of a pad on the insulating barrier layer above the heating element, used as a stabilizing evaporation surface.

Таким образом, отличительными признаками изобретения является то, что в способе изготовления тонкопленочной структуры межсоединений принтерной головки с тонкопленочным резистором перед выполнением разводки из слоя металла обрабатывают поверхность изолирующего барьерного слоя в растворе травителя, обеспечивающего очистку и восстановление поверхности изолирующего барьерного слоя, а разводку из слоя металла от упомянутого рисунка слоя проводника через упомянутое окно в изолирующем барьерном слое выполняют не только на прилегающий участок упомянутой изолированной подложки, но одновременно формируют участок разводки из слоя металла в виде площадки на изолирующем барьерном слое над нагревательным элементом, используемый в качестве стабилизирующей поверхности испарения.Thus, the distinguishing features of the invention is that in the method of manufacturing a thin-film structure of the interconnects of the printer head with a thin-film resistor, before processing the wiring from the metal layer, the surface of the insulating barrier layer is treated in the etchant solution, which provides cleaning and restoration of the surface of the insulating barrier layer, and wiring from the metal layer from said drawing of the conductor layer through said window in the insulating barrier layer is performed not only on the adjacent chastok said insulated substrate, but also form a portion of a metal wiring layer in the form of pads on the insulating barrier layer over the heating element used as a stabilizing surface evaporation.

Проведенные патентные исследования показали, что совокупность признаков изобретения является новой, что доказывает новизну заявляемого способа. Кроме того, патентные исследования показали, что в литературе отсутствуют данные, показывающие влияние отличительных признаков изобретения на достижение технического результата, что подтверждает изобретательский уровень предлагаемого способа.Patent studies have shown that the totality of the features of the invention is new, which proves the novelty of the proposed method. In addition, patent studies have shown that in the literature there are no data showing the influence of the distinguishing features of the invention on the achievement of a technical result, which confirms the inventive step of the proposed method.

В предлагаемом изобретении после формирования на изолированной подложке резистивного слоя из TaAl и слоя проводника из AlCu на изолилированной подложке, осаждения изолирующих барьерных слоев, вначале Si3N4, а затем SiC, через общую маску фоторезиста формируют рисунок слоев изолирующего барьерного слоя и переходные контактные окна к слою проводника. Слои Si3N4 и SiC травятся с помощью плазмохимического травления. При этом обеспечивается клин травления от 30 до 60° в зависимости от режима дубления маски фоторезиста. Учитывая дополнительное дубление фоторезиста при травлении в плазме, наличие в окне открытого участка проводника, процесс удаления маски фоторезиста выполняют в кислородной плазме.In the present invention, after the formation of an TaAl resistive layer on an insulated substrate and an AlCu conductor layer on an insulated substrate, deposition of insulating barrier layers, first Si 3 N 4 and then SiC, a layer pattern of the insulating barrier layer and transition contact windows are formed through a common photoresist mask to the conductor layer. The Si 3 N 4 and SiC layers are etched using plasma chemical etching. This provides an etching wedge from 30 to 60 ° depending on the tanning regime of the photoresist mask. Given the additional tanning of the photoresist during etching in the plasma, the presence of an open portion of the conductor in the window, the process of removing the photoresist mask is performed in oxygen plasma.

При этом поверхность SiC может модифицироваться, загрязняться особо сильно задубленными частичками фоторезиста и образующимися при обработке в кислородной плазме углеродистыми соединениями и кислородными связями.In this case, the surface of SiC can be modified, contaminated with especially heavily sunken particles of the photoresist and formed during treatment in oxygen plasma with carbon compounds and oxygen bonds.

В то же время к поверхности SiC при осаждении Та предъявляются высокие требования по чистоте.At the same time, high purity requirements are imposed on the SiC surface during the deposition of Ta.

Пленка Та после нанесения должна находиться в состоянии β фазы, имеющая хорошую адгезию к SiC. Любые изменения поверхности SiC могут приводить к переходу Та в другую фазу, что неизбежно приводит к ухудшению адгезии Та и шелушению нанесенного слоя металла.After application, the Ta film must be in the β phase state, having good adhesion to SiC. Any changes in the surface of SiC can lead to the transition of Ta into another phase, which inevitably leads to a deterioration in the adhesion of Ta and peeling of the deposited metal layer.

Особенно это может проявляться для площадки испарения над нагревательным элементом, подвергаемой термоциклам.This can be especially true for the evaporation area above the heating element subjected to thermal cycles.

С целью восстановления поверхности SiC после плазмохимических обратоток, связанных со вскрытием окна, были исследованы и выбраны травители состава HF-NH4 в смеси с глицерином в отношении 104:514:336.In order to restore the surface of SiC after plasma-chemical flow associated with opening the window, etchants of the composition HF-NH 4 mixed with glycerin were investigated and selected in a ratio of 104: 514: 336.

Обработка в указанном травителе обеспечивает восстановление и очистку поверхности верхнего изолирующего барьерного слоя SiC, нарушенную после после жестких плазменных обратоток.Processing in the specified etchant provides restoration and cleaning of the surface of the upper insulating barrier layer of SiC, broken after after hard plasma turnovers.

На фиг.2.1.-2.5 представлены основные этапы изготовления структуры межсоединений по предлагаемому изобретению.Figure 2.1.-2.5 presents the main stages of the manufacture of the structure of the interconnects according to the invention.

На фиг.2.1 представлен разрез структуры после осаждения на поверхности изолированной диэлектриком 2 подложки 1 резистивного 3 и проводящего 4 слоев.Figure 2.1 presents a section of the structure after deposition on the surface of the insulated substrate 2 of the substrate 1 resistive 3 and conductive 4 layers.

На фиг.2.2 представлен разрез структуры после формирования в правой части изолированной подложки методом литографии и последующего травления через первую маску фоторезиста резистивного 5 слоя и слоя проводника 6, созданных по рисунку.Figure 2.2 shows a section of the structure after forming an isolated substrate on the right side of the substrate by lithography and subsequent etching through the first photoresist mask of the resistive 5 layer and the conductor layer 6 created according to the figure.

На фиг.2.3 представлен разрез структуры после формирования методом литографии и последующего травления через вторую маску фоторезиста участка с образованием окна 7 в слое проводника над резистивным слоем, образующего резистивный нагревательный элемент 8 в резистивном слое.On Fig presents a section of the structure after forming by lithography and subsequent etching through the second mask of the photoresist of the plot with the formation of the window 7 in the conductor layer above the resistive layer, forming a resistive heating element 8 in the resistive layer.

На фиг.2.4 представлен разрез структуры после формирования двухслойного 9 и 10 изолирующего барьерного слоя поверх упомянутого слоя проводника и одновременного вскрытия методом литографии и последующего травления через третью маску фоторезиста рисунка слоев 9, 10 изолирующего барьерного слоя и окна 11 в упомянутом изолирующем барьерном слое.Figure 2.4 shows a section through the structure after the formation of a two-layer 9 and 10 insulating barrier layer on top of the conductor layer and simultaneously opening it with lithography and subsequent etching through the third photoresist mask of the pattern of layers 9, 10 of the insulating barrier layer and window 11 in the said insulating barrier layer.

На фиг.2.5 представлен разрез структуры после удаления маски фоторезиста и обработки поверхности изолирующего барьерного слоя в специальном растворе травителя и осаждения слоя металла на предварительно обработанную поверхность изолирующего барьерного слоя с образованием через окно в изолирующем барьерном слое электрического контакта с упомянутым слоем проводника через упомянутое окно и выполнения разводки из слоя металла 12 от упомянутого слоя проводника через упомянутое окно на прилегающий слева участок упомянутой изолированной подложки, так что разводка из слоя металла образует относительно большую и плоскую область, удаленную от упомянутого слоя проводника, для создания, после покрытия дополнительным слоем металла 13, смещенного пружинного контакта 14, и одновременно из слоя металла справа формируются площадки 15 над нагревательным элементом, используемые в качестве стабильной поверхности испарения.Figure 2.5 shows a section through the structure after removing the photoresist mask and treating the surface of the insulating barrier layer in a special etching solution and depositing the metal layer on the pre-treated surface of the insulating barrier layer to form electrical contact through the window in the insulating barrier layer with said conductor layer through said window and performing wiring from a metal layer 12 from said conductor layer through said window onto a left adjacent portion of said insulated overlays, so that the wiring from the metal layer forms a relatively large and flat region, remote from the said conductor layer, to create, after coating with an additional layer of metal 13, an offset spring contact 14, and at the same time, pads 15 above the heating element are formed from the metal layer on the right, used as a stable evaporation surface.

Пример: На подложке кремния марки КЭФ или КДБ толщиной 525±25 мкм (сопротивлением более 1 Ом·см) термическим окислением формируют слой двуокиси кремния толщиной 1.7±0.1 мкм. На окисленную поверхность пластины напыляют слои ТаА1 и AlCu в одном процессе. Слой TaAl толщиной 0.11-0.12 мкм используется в качестве резистивного слоя, содержит 50±10 атом.% Al и имеет поверхностное сопротивление 27±3 Ом/ см2, удельное сопротивление слоя проводника AlCu толщиной 0.5-0.6 мкм составляет 3.5±0.5 мкОм·см.Example: On a KEF or KDB grade silicon substrate with a thickness of 525 ± 25 μm (resistance greater than 1 Ω · cm) by thermal oxidation, a layer of silicon dioxide with a thickness of 1.7 ± 0.1 μm is formed. The TaA1 and AlCu layers are sprayed onto the oxidized surface of the wafer in the same process. A TaAl layer with a thickness of 0.11-0.12 μm is used as a resistive layer, contains 50 ± 10 atom.% Al and has a surface resistance of 27 ± 3 Ω / cm 2 , the specific resistance of an AlCu conductor layer with a thickness of 0.5-0.6 μm is 3.5 ± 0.5 μΩ · cm .

Первой и втором масками на литографии формируют разводку к резисторам из слоя проводника и определяют длину резистора.The first and second masks on lithography form the wiring to the resistors from the conductor layer and determine the length of the resistor.

AlCu травится с клином в жидкостном травителе. Травление TaAl также проводится в жидкостном травителе. Далее на плазмохимической установке в одном процессе осаждается изолирующий диэлектрик, состоящий из Si3N4 и SiC, соответственно толщиной 4400 и 2600 мкм с точностью 15%. С помощью третьей маски формируется рисунок изолирующего барьерного слоя и контактное окно в нем к слою проводника. Травление окна в двухлойной композии изолирующего слоя производится в плазме с клином слоев диэлектрика от 30 до 60°.AlCu is etched with a wedge in a liquid etchant. TaAl etching is also carried out in a liquid etchant. Then, on a plasma-chemical installation, in one process, an insulating dielectric consisting of Si 3 N 4 and SiC is deposited, respectively, with a thickness of 4400 and 2600 μm with an accuracy of 15%. Using the third mask, a pattern of an insulating barrier layer and a contact window in it to the conductor layer are formed. Window etching in a two-layer composition of an insulating layer is performed in a plasma with a wedge of dielectric layers from 30 to 60 °.

Далее структура обрабатывается в растворе травителя, имеющего состав, включающий плавиковую кислоту 45-50%, водный раствор фтористого аммония 40% в смеси с глицерином в отношении 104:514:336 объемных частей, с добавкой на 1 литр вышеуказанного раствора 20 мл концентрированной серной кислоты.Next, the structure is processed in an etchant solution having a composition comprising hydrofluoric acid 45-50%, an aqueous solution of ammonium fluoride 40% mixed with glycerol in a ratio of 104: 514: 336 volume parts, with the addition of 20 ml of concentrated sulfuric acid per 1 liter of the above solution .

После чего напыляются слои вначале Та и Ni толщиной 5500+550 А и 4500+500 А сответственно с обязательной ионной очисткой поверхности предшествующих слоев. Четвертая маска формирует области Ni вокруг контактных окон. Пятая маска формирует площадку Та над нагревательным элементов резистора. Никель и тантал травятся в жидкостном растворе. В заключении слой никеля золотится гальваническим методом толщиной 300-700 А.After that, initially Ta and Ni layers are sprayed with a thickness of 5500 + 550 A and 4500 + 500 A, respectively, with obligatory ion cleaning of the surface of the previous layers. A fourth mask forms Ni regions around the contact windows. The fifth mask forms the Ta plate above the heating elements of the resistor. Nickel and tantalum are etched in a liquid solution. In conclusion, the nickel layer is gold plated by a galvanic method 300-700 A.

Пример, описанные выше, является частным случаем, в котором используется предлагаемое изобретение.The example described above is a special case in which the invention is used.

Предлагаемое изобретение может использоваться для альтернативного типа структур, не выходя за пределы патентных притязаний.The present invention can be used for an alternative type of structure, without going beyond the scope of patent claims.

ЛитератураLiterature

1. Патент США №4535343.1. US patent No. 4535343.

2. Патент США №5636441.2. US Patent No. 5636441.

3. Патент США №6139131.3. US Patent No. 6,139,131.

4. Патент США №6280019.4. US Patent No. 6280019.

5. Патент США №4862197.5. US patent No. 4862197.

Claims (3)

1. Способ изготовления структуры межсоединений принтерной головки с тонкопленочным резистором, включающий осаждение резистивного слоя и слоя проводника на изолированной подложке, формирование рисунков слоев, осажденных на изолированной подложке, образующих резистивный нагревательный элемент, формирование изолирующего барьерного слоя поверх рисунка упомянутого слоя проводника, формирование окна в упомянутом изолирующем барьерном слое, создание слоя металла, находящегося в электрическом контакте с упомянутым рисунком слоя проводника через упомянутое окно, имеющего геометрию, которая открывает заранее определенный участок упомянутого рисунка слоя проводника, выполнение разводки из слоя металла от упомянутого рисунка слоя проводника через упомянутое окно в изолирующем барьерном слое на прилегающий участок упомянутой изолированной подложки, так что разводка из слоя металла на упомянутом прилегающем участке упомянутой изолированной подложки образует относительно большую и плоскую область, удаленную от упомянутого рисунка слоя проводника, для создания смещенного упругого контакта, отличающийся тем, что перед выполнением разводки из слоя металла обрабатывают поверхность изолирующего барьерного слоя в растворе травителя, обеспечивающего очистку и восстановление поверхности изолирующего барьерного слоя, а разводку из слоя металла от упомянутого рисунка слоя проводника через упомянутое окно в изолирующем барьерном слое выполняют не только на прилегающий участок упомянутой изолированной подложки, но одновременно формируют участок разводки из слоя металла в виде площадки на изолирующем барьерном слое над нагревательным элементом, используемый в качестве стабилизирующей поверхности испарения.1. A method of manufacturing an interconnect structure of a printer head with a thin film resistor, including deposition of a resistive layer and a conductor layer on an insulated substrate, forming patterns of layers deposited on an insulated substrate forming a resistive heating element, forming an insulating barrier layer over the pattern of said conductor layer, forming a window in said insulating barrier layer, creating a layer of metal in electrical contact with said pattern of a conductive layer through said window having a geometry that opens a predetermined portion of said conductor layer pattern, wiring from a metal layer from said conductor layer pattern through said window in an insulating barrier layer to an adjacent portion of said insulated substrate, so that wiring from a metal layer on said an adjacent portion of said insulated substrate forms a relatively large and flat region remote from said conductor layer pattern to create an offset about elastic contact, characterized in that before performing the wiring from the metal layer, the surface of the insulating barrier layer is treated in the etchant solution, which provides cleaning and restoration of the surface of the insulating barrier layer, and the wiring from the metal layer from the mentioned pattern of the conductor layer through the said window in the insulating barrier layer is performed not only on the adjacent section of the aforementioned insulated substrate, but at the same time a wiring section is formed from a metal layer in the form of a platform on an insulating barrier SG layer above the heating element used as a stabilizing surface evaporation. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор травителя, обеспечивающего очистку и восстановление поверхности изолирующего барьерного слоя, имеет состав, включающий плавиковую кислоту 45-50%, водный раствор фтористого аммония 40% в смеси с глицерином в отношении: 104:514:336 объемных частей с добавкой на 1 литр вышеуказанного раствора 20 мл концентрированной серной кислоты 94%.2. The method according to claim 1, characterized in that the solution of the etchant that provides cleaning and restoration of the surface of the insulating barrier layer has a composition comprising hydrofluoric acid 45-50%, an aqueous solution of ammonium fluoride 40% in a mixture with glycerin in relation to: 104: 514: 336 volume parts with the addition of 20 ml of concentrated sulfuric acid 94% per 1 liter of the above solution. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что время обработки в растворе травителя составляет 15±5 сек.3. The method according to claim 1, characterized in that the processing time in the solution of the etchant is 15 ± 5 seconds.
RU2003116830/28A 2003-06-05 2003-06-05 Method for producing printhead interconnection structure incorporating thin-film resistor RU2263998C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003116830/28A RU2263998C2 (en) 2003-06-05 2003-06-05 Method for producing printhead interconnection structure incorporating thin-film resistor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003116830/28A RU2263998C2 (en) 2003-06-05 2003-06-05 Method for producing printhead interconnection structure incorporating thin-film resistor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003116830A RU2003116830A (en) 2004-12-10
RU2263998C2 true RU2263998C2 (en) 2005-11-10

Family

ID=35865578

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003116830/28A RU2263998C2 (en) 2003-06-05 2003-06-05 Method for producing printhead interconnection structure incorporating thin-film resistor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2263998C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2551841C2 (en) * 2009-05-07 2015-05-27 Басф Се Composites for resist removal and methods of electric devices manufacturing
WO2016049727A1 (en) * 2014-09-30 2016-04-07 Владимир Яковлевич ШИРИПОВ Precision chip resistor and preparation method thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2551841C2 (en) * 2009-05-07 2015-05-27 Басф Се Composites for resist removal and methods of electric devices manufacturing
WO2016049727A1 (en) * 2014-09-30 2016-04-07 Владимир Яковлевич ШИРИПОВ Precision chip resistor and preparation method thereof
EA032068B1 (en) * 2014-09-30 2019-04-30 Общество С Ограниченной Ответственностью "Изовак Технологии" Precision chip resistor and method for manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1302158C (en) Thin film device for an ink jet printhead and process for manufacturing same
JP2960065B2 (en) Inkjet print head
US6153114A (en) Thin-film printhead device for an ink-jet printer
EP0764533B1 (en) Fabrication of ink feed slots in a silicon substrate of a thermal ink jet printer
US20030234833A1 (en) Ink-jet printhead and method of manufacturing the same
EP1463067B1 (en) Method of forming an integrated circuit thin film resistor
JP3967303B2 (en) Inkjet printhead manufacturing method
JP2005035281A (en) Manufacturing method of liquid ejection head
RU2263998C2 (en) Method for producing printhead interconnection structure incorporating thin-film resistor
US6450622B1 (en) Fluid ejection device
JP4797368B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
RU2261498C2 (en) Method for making a printer head with thin-film resistor and printer head device
US7836598B2 (en) Method of manufacturing a thermal liquid jet head using an etching process
TW200831298A (en) Thermal ink jet chip and the manufacture method thereof
US8733871B2 (en) AlCu hard mask process
JP2004181964A (en) Heater of ink jet print head and its manufacturing method
US20240375411A1 (en) Thermal print head
US20070222824A1 (en) Substantially Planar Fluid Ejection Actuators and Methods Related Thereto
KR100186576B1 (en) Method of manufacturing ink-jet print head
JP3614771B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
KR910007324B1 (en) Thin film device for an ink jet printhead and process for the manufacturing same
JP4694036B2 (en) Etching method, heater device and manufacturing method thereof
US8846162B2 (en) Manufacturing method for liquid-discharge head substrate
KR100484202B1 (en) Inkjet printhead with reverse heater and method of manufacturing thereof
KR100555739B1 (en) heater apparatus of ink jet print head and fabrication method therefor

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20130801