JP2008179045A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法、半導体デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクによる腐食やショートを効果的に防止する。
【解決手段】第１の基板の第２の基板側と反対側の第１の面上に設けられた第１保護層であって、第１保護層の側面はインク供給口の側面内壁と同一面を構成する第１保護層と、インク供給口の側面内壁の全面及び第１保護層の側面の少なくとも一部を覆うように設けられた第２保護層と、を備えていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴を吐出するインクジェット記録ヘッドとその製造方法、及び半導体デバイスとその製造方法に関する。

近年、半導体デバイスの分野では、携帯電子機器の小型化のニーズに応えるため、デバイスの実装密度を上げる３次元実装技術が提案されている。この３次元実装技術は、従来の半導体デバイスを平面的に並べて、例えば実装されるプリント基板の配線により信号の授受を行う技術とは大きく異なり、３次元的に配線を形成するという特徴を有する。すなわち、この３次元実装技術では、半導体素子が形成される基体を貫通するように電極（貫通電極）や開口を形成することにより、信号の受け渡しや流体の移送を行うものである。これによって、デバイスの実装密度を高め搭載する装置の小型化を図ることが可能となる。

一方、このような３次元実装技術を利用した半導体デバイスの一つとしてインクジェット記録ヘッドがある。このインクジェット記録ヘッドにおいても、貫通電極を形成することにより、基体の裏面（ノズルが形成されてない面；記録媒体と向き合わない面）に搭載される記録装置との信号の授受を行うことができるようになっている。このような配線構成とすると、配線が基体と記録媒体との間に存在しなくなるため吐出口から記録媒体までの距離を短くすることができ、インクの着弾精度が向上して、より高品質な画質を出力することができるようになる。更に、このインクジェット記録ヘッドにおいては、基体を貫通する供給口を有する構造が提案されている。

ところで、上記半導体デバイスにおいて装置機能上の理由や安定した動作性を確保する等の理由から、開口内に薄膜を形成する技術が要望されている。例えば、インクジェット記録ヘッドの基体の材料として例えば、シリコンを用いた場合、これがインク中に溶出しないように保護膜を形成することが必要となる。そこで、特許文献１（特開平９−１１４７８号公報）には、このような保護膜を形成したインクジェット記録ヘッドが提案されている。
特開平９−１１４７８号公報

従来から半導体デバイスにおいて装置機能上の理由や安定した動作性を確保する等の理由から、開口内に薄膜を形成する技術が要望されている。
例えば、装置機能上の理由から、半導体デバイス中に貫通電極を形成するには、基体と貫通電極との間に、貫通電極を絶縁する絶縁層を形成する必要があった。

この絶縁層の形成方法としては、下記（ａ）〜（ｅ）で表される方法が好適である。
（ａ）先ず、基体の表面（一方の面）に汎用の半導体工程により電子回路を形成する。
（ｂ）基体内を貫通する貫通孔を形成する。
（ｃ）基体の裏面（電子回路を形成した面と反対側の面）及び貫通孔の内壁面（貫通孔の側面と底面）上に絶縁層を形成する。
（ｄ）基体の表面側の電子回路と電気接続されるよう、貫通孔底部の絶縁層のみを除去する（例えば、ＲＩＥなどの垂直性のある加工方法で貫通孔底部の絶縁層を除去する）。
（ｅ）内壁面（側面）に絶縁層が残留した貫通孔内に導電層（貫通電極）を形成する。

ここで、上記（ａ）〜（ｅ）の工程で表されるような従来の製造方法では、工程（ｄ）の際に、基体の裏面、特に、貫通孔の基体の裏面側の開口部分（開口端部）が損傷を受け易く、この部分の絶縁膜が除去されて基体が露出する場合があった。このように開口端部の基体が露出すると、基体と貫通電極の間でショートが起こってしまいデバイス特性を著しく劣化させてしまう場合があった。

この状況は、半導体デバイスの一つであるインクジェット記録ヘッドでも同様であった。例えば、インクジェット記録ヘッドにインク供給口（インク供給口）を設けた場合、基体（第１の基板）の裏面や、基体の裏面側のインク供給口の開口端部を完全に保護することが困難であった。この結果、この部分の基体が露出してしまい、この部分からインクが侵入して基体が劣化したり、基体材料がインク中に溶出してインク特性が劣化する場合があった。また、これに加えてインクジェット記録ヘッド内に貫通電極を設けた場合、上記のように、基体の裏面側の開口部分の基体が露出して、基体と貫通電極の間でショートが起こる場合があった。この結果、インクジェット記録ヘッドの特性を著しく劣化させてしまう場合があった。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、基体（第１の基板）側の開口（インク供給口、貫通孔）端部が特定の膜（第１保護層、第１絶縁層、第２保護層、第２絶縁層）によって保護されていることを特徴とする。本発明では、開口端部を特定の膜により完全に保護することによって、インクによる腐食やショートを効果的に防止することを目的とする。また、デバイスの設計に依存せず、歩留まりも良好に開口（インク供給口、貫通電極用貫通孔）底部の膜を除去することを目的とする。そして、上記の課題を解決することにより、安価で高密度実装、高品質の半導体デバイス、及びインクジェット記録ヘッドを提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有することを特徴とする。
１．第１の基板と、
第１の基板上に設けられた第２の基板と、
第２の基板内に形成された、インクを吐出するための吐出口と、
前記吐出口に連通し、第１の基板と第２の基板とで構成された液流路と、
前記液流路を構成する第１の基板上に、前記吐出口に対応するように設けられた吐出圧力発生素子と、
第１の基板の前記吐出圧力発生素子を設けた面上に設けられた、前記吐出圧力発生素子を駆動するための駆動回路と、
第１の基板をその厚み方向に貫通して、前記液流路に連通するように設けられたインク供給口と、
第１の基板の第２の基板側と反対側の第１の面上に設けられた第１保護層であって、第１保護層の側面は前記インク供給口の側面内壁と同一面を構成する第１保護層と、
前記インク供給口の側面内壁の全面及び第１保護層の側面の少なくとも一部を覆うように設けられた第２保護層と、
を備えていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。

２．前記第１保護層は、前記第２保護層よりも厚いことを特徴とする上記１に記載のインクジェット記録ヘッド。
３．前記第１保護層及び前記第２保護層は、それぞれ酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、ＳｉＮＣ、ＳｉＯＣ、チタン、タンタル、金、白金、エポキシ樹脂、アルミナ、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ尿素樹脂、又はポリパラキシリレンからなることを特徴とする上記１又は２に記載のインクジェット記録ヘッド。

４．更に、第１の基板をその厚み方向に貫通するように設けられた貫通孔と、
前記貫通孔の側面内壁と同一面を構成する第１保護層の側面から構成され、かつ前記貫通孔に連通する開口と、
前記貫通孔の側面内壁の全面及び前記開口を構成する第１保護層の側面の少なくとも一部を覆うように設けられた第３保護層と、
第３保護層を設けた前記貫通孔及び開口内に埋め込まれた貫通電極と、
を備えたことを特徴とする上記１から３の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。

５．上記１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
（１）第１の基板を用意する工程
（２）第１の基板上に前記吐出圧力発生素子及び駆動回路を形成する工程
（３）第１の基板の前記吐出圧力発生素子を設けた面上の、吐出圧力発生素子に対応する位置に液流路用型材を形成する工程
（４）第１の基板の前記吐出圧力発生素子を設けた面上に第２の基板を形成し、第２の基板の前記吐出圧力発生素子及び液流路用型材に対応する位置にインクを吐出するための吐出口を形成する工程
（５）第１の基板の前記第１の面上に第１保護層を形成する工程
（６）第１保護層及び第１の基板の前記液流路用型材に対応する部分をその厚み方向に前記液流路用型材まで貫通するようにエッチングを行って、第１の基板及び第１保護層内にそれぞれインク供給口及び前記インク供給口の側面内壁と同一面を構成する第１保護層の側面を形成する工程
（７）第１の面側から第１の基板の全面に第２保護層を形成する工程
（８）前記インク供給口の側面内壁の全面及び第１保護層の側面の少なくとも一部に第２保護層が残留するように、エッチングにより第２保護層を除去する工程
（９）前記液流路用型材を除去する工程
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。

６．前記工程（２）の吐出圧力発生素子及び駆動回路の少なくとも一部の形成と前記工程（５）の第１保護層の形成を、ＣＶＤ法、熱酸化法又はディップにより同時に行うことを特徴とする上記５に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
７．前記工程（４）と工程（５）の間に、更に第１の基板の第１の面側を研削して第１の基板を薄くする工程を有することを特徴とする上記５に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。

８．一方の面Ａ上に電子回路が形成された基体と、
前記基体を、その厚み方向に貫通するように設けられた貫通孔と、
前記基体の一方の面Ａと反対側の他方の面Ｂ上に形成された第１絶縁層と、
前記貫通孔の側面内壁と同一面を構成する第１絶縁層の側面から構成され、かつ前記貫通孔と連通する開口と、
前記貫通孔の側面内壁の全面及び第１絶縁層の側面の少なくとも一部を覆うように設けられた第２絶縁層と、
第２絶縁層を設けた前記貫通孔及び開口内に埋め込まれた貫通電極と、
前記一方の面Ａ上に設けられ、前記貫通電極と電子回路を電気接続する配線層と、
を備えたことを特徴とする半導体デバイス。

９．前記第１絶縁層は、前記第２絶縁層よりも厚いことを特徴とする上記８に記載の半導体デバイス。
１０．前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層は、それぞれ酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、ＳｉＮＣ、ＳｉＯＣ、エポキシ樹脂、アルミナ、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ尿素樹脂、又はポリパラキシリレンからなることを特徴とする上記８又は９に記載の半導体デバイス。

１１．上記８に記載の半導体デバイスの製造方法であって、
（Ａ）前記基体を用意する工程
（Ｂ）前記基体の一方の面Ａ上に電子回路及び配線層を形成する工程
（Ｃ）前記基体の一方の面Ａと反対側の他方の面Ｂ上に第１絶縁層を形成する工程
（Ｄ）第１絶縁層及び基体の前記電子回路及び配線層に対応する部分を、第１絶縁層側からその厚み方向に一方の面Ａまで貫通するようにエッチングを行って、前記第１絶縁層及び基体内にそれぞれ開口及び貫通孔を形成する工程
（Ｅ）前記他方の面Ｂ側から全面に第２絶縁層を形成する工程
（Ｆ）前記貫通孔の側面内壁の全面及び第１絶縁層の側面の少なくとも一部に第２絶縁層が残留するように、エッチングにより第２絶縁層を除去する工程
（Ｇ）第２絶縁層を設けた前記貫通孔及び開口内に貫通電極を埋め込む工程
を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

１２．前記工程（Ｂ）の電子回路の少なくとも一部の形成と前記工程（Ｃ）の第１絶縁層の形成を、ＣＶＤ法又は熱酸化法により同時に行うことを特徴とする上記１１に記載の半導体デバイスの製造方法。
１３．前記工程（Ｂ）と工程（Ｃ）の間に、更に前記基体の他方の面Ｂを研削して基体を薄くする工程を有することを特徴とする上記１１に記載の半導体デバイスの製造方法。

ここで、上記「１」、「４」及び「８」等に記載の「同一面」とは、インク供給口の側面内壁と第１保護層の側面、又は貫通孔の内壁側面と第１絶縁層若しくは第１保護層の側面が滑らかで段差のない共通の平面又は曲面を構成することを表す。

本発明の半導体デバイス及びその製造方法では、基体の裏面（他方の面Ｂ）上に第１絶縁層が形成されている。このため、この第１絶縁層により半導体デバイスの製造工程及び完成後の使用時に基体の裏面を保護することができる。更に、貫通孔の側面内壁及びこの側面内壁と同一面を構成する第１絶縁層の側面の少なくとも一部を覆うように第２絶縁層が形成されている。このため、この貫通孔の他方の面Ｂ側の端部に破損が生じて、この部分からショートすることを効果的に防止できる。

本発明のインクジェット記録ヘッド及びその製造方法では、第１の基板の裏面（第１の面）上に第１保護層が形成されている。このため、この第１保護層によりインクジェット記録ヘッドの製造工程及び完成後の使用時に第１の面を保護することができる。また、インク供給口の側面内壁及びこの側面内壁と同一面を構成する第１保護層の側面の少なくとも一部を覆うように第２保護層が形成されている。このため、このインク供給口の第１の面側の端部の保護層が除去されて、この部分からインクが侵入して第１の基板が劣化したり、インク特性が劣化することを防止することができる。

（インクジェット記録ヘッド）
本発明のインクジェット記録ヘッドは、第１保護層、第１の基板、第２の基板を有し、これらの層及び基板はこの順に設けられている。典型的には、この第１の基板と第２の基板の間には吐出圧力発生素子を保護等するための素子絶縁膜や素子保護膜が設けられている。この第１の基板と第２の基板間には一つの膜を設けても複数の膜を設けても良い。

第２の基板内にはインクを吐出するための吐出口（インク吐出口）が設けられている。第１と２の基板には空洞部分が設けられており、この第１と第２の基板の空洞部分から液流路が構成されるようになっている。また、この液流路は吐出口に連通している。更に、液流路を構成する第１の基板の部分には吐出圧力発生素子と、各吐出圧力発生素子に対応するように吐出圧力発生素子を駆動するための駆動装置が設けられている。この吐出圧力発生素子は、典型的には、複数の保護層を介して第１の基板上に設けられており、例えば、第１の基板、素子絶縁膜、吐出圧力発生素子、素子保護膜の順に積層されていても良い。

また、第１の基板内には液流路に連通するようにインク供給口が設けられている。更に、第１保護層内には第１保護層の側面から構成される開孔が設けられており、この開孔はインク供給口と同一の断面形状を有し、インク供給口に対して位置合わせされている。従って、この開孔を構成する第１保護層の側面はインク供給口の側面内壁と同一面を構成するようになっている。

すなわち、インク供給口は第１の基板、開孔は第１保護膜をそれぞれその厚み方向に貫通している。第１と第２の基板間に１つ又は複数の膜が存在する場合、このインク供給口は第１と第２の基板間の膜も貫通して液流路に連通している。

本発明のインクジェット記録ヘッドは以下の特徴を有する。
（１）インク供給口の側面内壁の全面、及びこの側面内壁と同一面を構成する第１保護層の側面の少なくとも一部を覆うように第２保護層が形成されている。
（２）第１の基板の第１の面上に第１保護層が形成されている。

本発明では、上記のように（１）インク供給口の側面内壁の全面が第２保護層で覆われていることによって、インクにより第１の基板材料が侵食されて基板材料がインク中に溶出することを効果的に防止できる。また、インク中に溶出した基板材料による吐出口の吐出不良を効果的に防止できる。一方、インク供給口の側面内壁の全面と同一面状に形成された第１保護層の側面は、第１保護層と第１の基板の構成材料が異なること、第１の面近傍には使用時に大きな負荷がかかること、等の理由から剥離しやすいものとなっている。そこで、本発明では上記（１）のように、第１保護層の側面の少なくとも一部を覆うように第２保護層が形成されていることによって、第１の面側の端部に破損が生じることを効果的に防止できる。この結果、この部分からインクが侵入して第１の基板やインクが劣化することを未然に防止することができる。

また、第１の基板の第１の面は他の部材と接合されることでインクジェット記録ヘッドを構成しているが、従来では、この第１の基板と他の部材との間で使用時に剥離が生じてこの剥離部分にインクが侵入する場合があった。そこで、本発明では、上記のように（２）第１の基板の第１の面が第１保護層で覆われていることによって、第１の面全体を第１保護層で保護することができる。この結果、第１の面と他の部材との剥離部分や、第１保護層の側面端部の剥離部分にインクが侵入することを効果的に防止できる。

ここで、「第１の面」とは、第１の基板の第２の基板が設けられている側と反対側の面のことを表す。なお、第１の基板の第２の基板が設けられている側と反対側の面であっても、開口及び開孔が設けられている部分はこの第１の面には含まれない。第１の基板としては、シリコン基板、ガラス基板、プラスチック基板などを用いることができる。所望の強度があればどの基板を用いても構わないが、微細加工技術による高集積・高密度な駆動回路を形成しやすい点や酸化して良質な絶縁膜を形成しやすい点からシリコン基板を用いることが好ましい。

第１保護層は、第２保護層よりも厚いことが好ましい。第１保護層は、第２保護層よりも厚いことによって第１の基板の第１の面を確実に保護すると共に、所定の大きな径を有するインク供給口を設けて、安定したインク供給を行うことができる。

また、第１保護層及び第２保護層は、それぞれ酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、ＳｉＮＣ、ＳｉＯＣ、チタン、タンタル、金、白金、ポリイミド、ポリアミド、エポキシ、アルミナ、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ尿素樹脂、又はポリパラキシリレンからなることが好ましい。第１及び第２保護層をこれらの材料から構成することによって、優れたインクに対する高い耐侵食性を有することができる。また、これらの材料は、シリコン等からなる第１の基板に対して優れた成膜性を有する。なお、第１保護層と第２保護層は、同じ材料のものであっても異なる材料のものであっても良い。

更に、本発明のインクジェット記録ヘッドは、第１の基板をその厚み方向に貫通するように設けられた貫通孔を有することが好ましい。この貫通孔の側面内壁は第１保護層の側面と同一面を構成している。すなわち、第１保護層内には第１保護層の側面から構成される開口が設けられており、この開口は貫通孔と同一の断面形状を有し、貫通孔に対して位置合わせされている。従って、第１保護層の側面は貫通孔の側面内壁と同一面を構成するようになっている。そして、この貫通孔の側面内壁の全面及び第１保護層の側面の少なくとも一部を覆うように第３保護層が設けられている。また、この第３保護層を設けた貫通孔及び第１保護層の側面から構成される開口内には貫通電極が埋め込まれている。この貫通電極は配線層を介して駆動回路、吐出圧力発生素子に電気接続されており、本体からの電気信号を吐出圧力発生素子まで伝達できるようになっている。

第３保護層としては、第１保護層及び第２保護層と同じ材料のものであっても、異なる材料のものであっても良いが、絶縁性の材料である必要がある。第３保護層は、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、ＳｉＮＣ、ＳｉＯＣ、エポキシ樹脂、アルミナ、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ尿素樹脂、又はポリパラキシリレンからなることが好ましい。

図１は本発明の半導体デバイスの一つであるインクジェット記録ヘッドの一例を示したものである。また、図２及び３は、それぞれこのインクジェット記録ヘッドの貫通孔、インク供給口の第１の面側の端部（図１中の点線で囲まれた部分）を拡大したものである。

図１に示されるように、本発明のインクジェット記録ヘッドは第１の基板を有する。この第１の基板はその厚み方向に垂直な２つの面を有し、の２つの面のうち一方の面上に吐出圧力発生素子、吐出圧力発生素子の駆動回路と、この吐出圧力発生素子及び駆動回路に電気接続された配線層（図示していない）が設けられている。また、第１の基板をその厚み方向に貫通するように貫通孔とインク供給口が設けられている。
ここで、「貫通孔」とは、第１の基板を貫通する貫通孔のことを表し、本明細書では第１保護層の側面で構成されて貫通孔に連通する部分は開口を構成し、貫通孔には該当しない。

この第１の基板の第１の面上には第１保護層が設けられている。図２に示されるように、この第１保護層の側面はこの貫通孔の側面内壁と同一面を構成している。また、この第１保護層の側面の少なくとも一部と貫通孔の側面内壁上には第３保護層が設けられている。更に、この第３保護層を形成した貫通孔の側面及び底面上には下敷層が設けられており、この貫通孔の内部には貫通電極が設けられている。この貫通電極は、貫通孔及び第１保護層の側面から構成される開口内から第１保護層上まで延在するように（溢れるように）設けられており、更にこの貫通電極と第１保護層間には更に、下敷層が設けられている。

そして、この貫通電極は貫通孔底部の下敷層を介して配線層に電気接続されている。この配線層は更に電気接続されており、インクジェット記録ヘッド本体からの電気信号は、貫通電極、下敷層、配線層を通って駆動回路に伝えられるようになっている。

なお、上記説明では下敷層を設けた場合を示したが、本発明の半導体デバイスでは、場合によっては下敷層を設けなくても良い。
また、図３に示されるように、この第１保護層の側面はこのインク供給口の側面内壁と同一面を構成している。また、この第１保護層の側面の少なくとも一部とインク供給口の側面内壁上には第２保護層が設けられている。
ここで、「インク供給口」とは、第１の基板を貫通するインク供給口のことを表し、本明細書では第１保護層の側面で構成されインク供給口に連通する部分は開孔を構成し、インク供給口には該当しない。

更に、図１のインクジェット記録ヘッドは、第１の基板の第１の面に一つの面が対向するようにチッププレートが設けられている。この貫通電極は貫通孔内から第１保護層上まで延在するように設けられており、チッププレートの一つの面上に設けられた配線層とコンタクトを介して電気接続されている。また、チッププレートには開口が設けられており、基体のインク供給口と位置合わせされている。そして、本体から供給されたインクは、チッププレートの開口、インク供給口、流路、吐出口を介して吐き出されるようになっている。また、基体とチッププレート間には封止剤が設けられており、これらの部材の間を封止している。

このチッププレートは更に、ホルダーに接着されている。このホルダーには、インクを貯蔵するためのインクタンクが取り付けられている。そして、このインクタンク、チッププレートの開口、インク供給口、液流路、吐出口を経てインクが吐出されるようになっている。

（インクジェット記録ヘッドの製造方法）
本発明のインクジェット記録ヘッドは、以下の製造工程を有する。
（１）第１の基板を用意する工程。
（２）第１の基板上に吐出圧力発生素子及び駆動回路を形成する工程。
（３）第１の基板の吐出圧力発生素子を設けた面上の、吐出圧力発生素子に対応する位置に液流路用型材を形成する工程。
（４）第１の基板の吐出圧力発生素子を設けた面上に第２の基板を形成し、第２の基板の吐出圧力発生素子及び液流路用型材に対応する位置にインクを吐出するための吐出口を形成する工程。
（５）第１の基板の第１の面上に第１保護層を形成する工程。
（６）第１保護層及び第１の基板の液流路用型材に対応する部分をその厚み方向に液流路用型材まで貫通するようにエッチングを行って、第１の基板及び第１保護層内にそれぞれインク供給口及びインク供給口の側面内壁と同一面を構成する第１保護層の側面を形成する工程。
（７）第１の面側から第１の基板の全面に第２保護層を形成する工程。
（８）インク供給口の側面内壁の全面及び第１保護層の側面の少なくとも一部に第２保護層が残留するように、エッチングにより第２保護層を除去する工程。
（９）液流路用型材を除去する工程。

本発明のインクジェット記録ヘッドの製造工程では、上記工程（８）において、第１保護層の側面の少なくとも一部に第２保護層を残留させる。このため、この部分において、効果的にインクによる第１の基板の腐食を防止することができる。更に、簡易な工程で他の部位を劣化させることなく目的のインクジェット記録ヘッドを製造することができる。

また、工程（４）と工程（５）の間に、更に基体の第１の面を研削する工程を有することが好ましい。予め基体の第１の面を研削することによって、第１の面上に成膜性に優れた形で第１保護層を形成することができる。

上記工程（２）の吐出圧力発生素子及び駆動回路の少なくとも一部の形成と工程（５）の第１保護層の形成を、ＣＶＤ法、熱酸化法又はディップにより同時に行うことが好ましい。このように同時に処理を行うことによって工程の簡素化を図ることができる。

上記製造方法について以下に詳細に説明する。図４〜１２は、本発明の製造方法の一実施形態を示す模式図である。
まず、単結晶のシリコン基板上に、吐出圧力発生素子としての電気熱変換素子（材質ＴａＮなる発熱抵抗体）とその駆動回路を半導体工程により形成する。すなわち、単結晶のシリコン基板（第１の基板）を準備し（工程（１））、このシリコン基板上に素子絶縁膜（酸化シリコン）を形成する。この後、この素子絶縁膜上に吐出圧力発生素子とその駆動回路を所望の個数、形成し、更にこの上に素子保護膜及び耐キャビテーション膜を形成する（図４；工程（２））。

次に、密着層としてポリアミド樹脂（図示していない）を塗布、ベークした後、ノボラック系フォトレジスト（図示していない）を塗布する。この後、フォトリソグラフィ技術によりフォトレジストをパターニングする。更に、ＣＦ₄とＯ₂によるケミカルドライエッチングにより、少なくとも吐出圧力発生素子上と、外部電極接続用パッド上と、インク供給口を形成する位置のポリアミド樹脂を除去した後、レジストをモノアミン系剥離液により除去する。

次いで、シリコン基板上に、溶解可能な樹脂層としてポリメチルイソプロペニルケトンをスピンコート法により成膜する。１２０℃にて２０分間プリベークした後、ＵＶ光により露光を行う。次いで、メチルイソブチルケトン／キシレン＝２／１を用いて現像を行い、キシレンにてリンス処理を行い、吐出圧力発生素子に対応する位置に、液流路形成用のパターン（液流路用型材）を形成する（工程（３））。

この液流路用型材の材質としては、除去可能な樹脂材料であってポジ型フォトレジストを使用する。このポジ型レジストとしては、例えば、Ｄｅｅｐ−ＵＶレジスト、ＯＤＵＲ−１０１０（東京応化工業社製）、ＡＺ−４９０３（ヘキスト社製）、ＰＭＥＲ−ＰＧ７９００（東京応化工業社製）などから適宜、選択して用いることができる。

次いで、被服樹脂であるカチオン重合型エポキシ樹脂（第２の基板）を塗布し、さらに感光性を有する撥水剤を重ねて塗布する。そして、これにフォトリソグラフィ技術を用いることにより、吐出圧力発生素子及び液流路用型材に対応する位置に吐出口を形成する（工程（４））。

なお、この第２の基板の材料としては、第１の基板との接着性、機械的強度、寸法安定性、耐蝕性の面で優れたものを選択し用いることが好ましい。具体的には、熱硬化、紫外線硬化及び電子ビーム硬化が可能な液状の硬化性材料が好ましい。中でもエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ジグリコールジアルキルカーボネート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ネガ型フォトレジスト樹脂等が好ましく使用される。

第２の基板材料として、液状の硬化性材料を用いる場合には、例えば、カーテンコート、ロールコート、スプレーコート等の公知の手段を用い、これを第１の基板の一方の面上に塗布することによって、所望の厚さに積層することができる。

また、ここで、吐出口を形成する方法は、使用する第２の基板材料によって適宜、選択すればよい。例えば、フォトリソグラフィーの後、溶剤による除去を行ったり、ドライエッチング、ウエットエッチング、ドリル加工、サンドブラスト、レーザ加工、イオンミーリングを含む物理的加工法などを使用することができる。

次に、被服樹脂層を保護するためのサポート基板（図示していない）をロウにより貼り付け、シリコン基板の吐出圧力発生素子を設けた側と反対側の面（第１の面）を研磨して薄くする。次いで、希フッ酸により破砕層除去を行い、テープを剥離する（図５）。次に、シリコン基板の第１の面上にスパッタ法により酸化シリコン膜（第１保護層）を形成する（図６；工程（５））。

次に、酸化シリコン膜上にノボラック系レジスト（図示していない）を塗布し、フォトリソグラフィ工程により、シリコン基板内に貫通孔とインク供給口を形成する位置にそれぞれ開口及び開孔が生じるようにパターニングする。そして、パターン開口下部の酸化シリコン膜をＢＨＦ（フッ化水素とフッ化アンモニウムの１：１０混合液）に浸漬して除去する。その後、シリコン基板の裏面（第１の面）側からＩＣＰ−ＲＩＥエッチャーによりエッチングを行う。この際、シリコン基板をその厚み方向に第１の面と反対側の酸化シリコン膜まで貫通させて貫通孔を形成すると同時に、シリコン基板内を液流路用型材まで貫通するようにインク供給口を形成する（工程（６））。次に、貫通孔及びインク供給口の底部に露出した絶縁層である酸化シリコン膜をＲＩＥにより除去する（図７）。

次に、シリコン基板の裏面（第１の面）側（図８中の矢印の方向）から、ＣＶＤ法により第２保護層となるポリパラキシリレンを成膜する（図８；工程（７））。この後、ＲＩＥにより、貫通孔及びインク供給口底部のポリパラキシリレン並びにシリコン基板裏面のポリパラキシリレンを除去する（図９）。この工程の際、エッチング条件を調節することによって、インク供給口の側面内壁の全面と開孔を構成する第１保護層の側面の少なくとも一部に第２保護層が残留することとなる（工程（８））。また、貫通孔の側面内壁の全面と開口を構成する第１保護層の側面の少なくとも一部に第３保護層が残留することとなる。このエッチング方法には比較的高い真空度の中で行うことのできるＲＩＥを用いるのが好適である。例えば、日立製作所製Ｍ３１８にて、酸素５０ｓｃｃｍ、チャンバー圧力０．５Ｐａ、マイクロ波電流３００ｍＡ、ＲＦ出力８０Ｗの条件で行うことができる。

次いで、シリコン基板（第１の基板）の裏面全面に、スパッタリングによりめっきの下敷層となる金を形成する。この後、感光性ドライフィルムをシリコン基板の裏面に貼り付け、貫通電極を形成しない領域をマスクするようにフォトリソグラフィ技術によりパターニングする。次に、下敷層に電位を印加して、貫通電極となる金をめっきにより成膜する（図１０）。

次に、感光性ドライフィルムを剥離して、貫通電極が存在しない領域の下敷層を除去する（図１１）。次に、平行平板のＲＩＥによりインク供給口底部のパッシベイション層である窒化シリコン膜を除去した後、この構造体を乳酸メチル溶液内に浸漬して溶出可能な樹脂層（液流路用型材）を除去する（図１２；工程（９））。

この後、ロウが溶融する温度までシリコン基板を加熱し、このシリコン基板のサポート基板を剥離した後、ダイサーによりシリコン基板を切断してチップ状態にする。このようして、貫通孔及びインク供給口が形成されチップ状態となったシリコン基板を例えば、図１で表されるようにチッププレートに貼り付ける。これと同時に、外部電極と貫通電極を電気接続するなどしてカートリッジ形態に組み立てて、最終的に本発明のインクジェット記録ヘッドを得ることができる。

（半導体デバイス）
本発明の半導体デバイスは基体を有する。この基体はその厚み方向に垂直な２つの面を有し、の２つの面のうち一方の面Ａ上に電子回路と、この電子回路に電気接続された配線層が設けられている。また、基体をその厚み方向に（一方の面Ａから他方の面Ｂまで）貫通するように貫通孔が設けられている。

また、基体の他方の面Ｂ上には第１絶縁層が設けられている。図２に示されるように、この第１絶縁層の側面はこの貫通孔の側面内壁と同一面を構成している。すなわち、第１絶縁層内には第１絶縁層の側面から構成される開口が設けられており、この開口は貫通孔と同一の断面形状を有し、貫通孔に対して位置合わせされている。従って、第１絶縁層の側面は貫通孔の側面内壁と同一面を構成するようになっている。また、この第１絶縁層の側面の少なくとも一部と貫通孔の側面内壁上には第２絶縁層が設けられている。

更に、この第２絶縁層を形成した貫通孔の側面及び底面上には下敷層が設けられており、この貫通孔及び第１絶縁層の側面から構成される開口内には貫通電極が設けられている。そして、この貫通電極は下敷層を介して配線層に電気接続されている。この配線層は更に電子回路に電気接続されており、電気信号は、貫通電極、下敷層、配線層を通って電子回路に伝えられるようになっている。

なお、本発明の半導体デバイスでは、場合によっては下敷層を設けなくても良い。

この半導体デバイス（インクジェット記録ヘッド）は、以下の点に特徴を有する。
（１）他方の面Ｂ上に第１絶縁層が形成されている。
（２）貫通孔の側面内壁及びこの側面内壁と同一面を構成する第１絶縁層の側面の少なくとも一部を覆うように第２絶縁層が形成されている。

本発明では、上記（１）の特徴を有することによって、この第１絶縁層によりインクジェット記録ヘッドの製造工程及び完成後の使用時に面Ｂを保護することができる。また、上記（２）の特徴を有することによって、この貫通孔の面Ｂ側の端部に破損が生じて、この部分において貫通電極と基体とがショートすることを効果的に防止できる。
なお、本発明では、貫通孔の第１絶縁層上に下敷層を設けた場合であっても、この下敷層と基体とのショートを防ぐために、上記のような構造を設ける必要がある。

本発明の半導体デバイスは、上記のような特定の構造を有するものであれば特に限定されないが、例えば、インクジェット記録ヘッドを挙げることができる。
このように本発明の半導体デバイスがインクジェット記録ヘッドの場合、上記説明中の「基体」は「第１の基板」、「第１絶縁層」は「第１保護層」、「第２絶縁層」は「第３保護層」、「他方の面Ｂ」は「第１の面」、「電子回路」は「駆動回路」に相当することとなる。

ここで基体としては、シリコン基板、ガラス基板、プラスチック基板などを用いることができる。所望の強度があればどの基板を用いても構わないが、微細加工技術による高集積・高密度な駆動回路を形成しやすい点や酸化して良質な絶縁膜を形成しやすい点からシリコン基板を用いることが好ましい。

第１絶縁層は、第２絶縁層よりも厚いことが好ましい。第１絶縁層は、第２絶縁層よりも厚いことによって基体の面Ｂを確実に保護すると共に、所定の大きな径を有する貫通電極を設けることができる。

また、第１絶縁層及び第２絶縁層は、それぞれ酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、ＳｉＮＣ、ＳｉＯＣ、エポキシ樹脂、アルミナ、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ尿素樹脂、又はポリパラキシリレンからなることが好ましい。第１及び第２絶縁層をこれらの材料から構成することによって、優れた絶縁性を有することができる。また、これらの材料は、シリコン等からなる基体に対して優れた成膜性を有する。なお、第１絶縁層と第２絶縁層は、同じ材料のものであっても異なる材料のものであっても良い。

（半導体デバイスの製造方法）
本発明の半導体デバイスは、以下の製造工程を有する。
（Ａ）基体を用意する工程。
（Ｂ）基体の一方の面Ａ上に電子回路及び配線層を形成する工程。
（Ｃ）基体の一方の面Ａと反対側の他方の面Ｂ上に第１絶縁層を形成する工程。
（Ｄ）第１絶縁層及び基体の電子回路及び配線層に対応する部分を、第１絶縁層側からその厚み方向に一方の面Ａまで貫通するようにエッチングを行って、第１絶縁層及び基体内にそれぞれ開口及び貫通孔を形成する工程。
（Ｅ）他方の面Ｂ側から全面に第２絶縁層を形成する工程。
（Ｆ）貫通孔の側面内壁の全面及び第１絶縁層の側面の少なくとも一部に第２絶縁層が残留するように、エッチングにより第２絶縁層を除去する工程。
（Ｇ）第２絶縁層を設けた貫通孔及び開口内に貫通電極を埋め込む工程。

本発明の半導体デバイスの製造工程では、上記工程（Ｆ）において、第１絶縁層の側面の少なくとも一部に第２絶縁層を残留させるため、この部分において、効果的に貫通電極と基体とのショートを防止することができる。更に、簡易な工程で他の部位を劣化させることなく目的の半導体デバイスを製造することができる。

また、工程（Ｂ）と工程（Ｃ）の間に、更に基体の他方の面Ｂを研削する工程を有することが好ましい。予め基体の他方の面Ｂを研削することによって、面Ｂ上に成膜性に優れた形で第１絶縁層を形成することができる。

上記工程（Ｂ）の電子回路の少なくとも一部の形成と工程（Ｃ）の第１絶縁層の形成を、ＣＶＤ法又は熱酸化法により同時に行うことが好ましい。このように同時に処理を行うことによって工程の簡素化を図ることができる。

また、工程（Ｆ）のエッチング方法には比較的高い真空度の中で行うことのできるＲＩＥを用いるのが好適である。第２絶縁層として例えば、ポリパラキシリレン膜を用いた場合、日立製作所製Ｍ３１８にて酸素５０ｓｃｃｍ、チャンバー圧力０．５Ｐａ、マイクロ波電流３００ｍＡ、ＲＦ出力８０Ｗの条件でエッチングを行うと良い。

まず、厚さ６２５μｍのシリコン基板を準備し（工程（１））、このシリコン基板の一方の面上に汎用の半導体プロセス技術により吐出圧力発生素子及び駆動回路を形成した。この後、シリコン基板の一方の面上にプラズマＣＶＤ法により厚さ０．３μｍのＳｉＮからなる素子保護膜を形成した。（工程（２））。

この後、シリコン基板１の一方の面上にポリメチルイソプロペニルケトンを主材料とするポジ型フォトレジスト樹脂を厚さ１２μｍで塗布した後、ＵＶ光を用いたフォトリソグラフィーを行うことによってパターニングし、吐出圧力発生素子に対応する位置に液流路用型材を形成した（工程（３））。

次に、シリコン基板の一方の面上に、第２の基板材料であるカチオン重合型エポキシ樹脂をスピンコートにより厚さ１２μｍで塗布し、第１の基板の一方の面上に第２の基板を形成した。この後、露光装置（ＭＰＡ６００-ＦＡ（商品名）、キヤノン社製）を使用して約１Ｊ/ｃｍ²の条件で露光を行った。この後、未露光部分をキシレンと、メチルイソブチルケトンの混合液（現像液）で除去することで、第２の基板内の吐出圧力発生素子及び液流路用型材に対応する位置にインクを吐出するための吐出口を形成した（工程（４））。

この後、シリコン基板の吐出圧力発生素子及び液流路用型材等を設けた面と反対側の面（第１の面）についてバックグラインドによりシリコン基板１を３００μｍまで薄くした。さらに、フッ酸、硝酸、燐酸の混合液によりシリコン基板の裏面（第１の面）をスピンエッチングして破砕層を除去した。（工程（５））
この後、プラズマＣＶＤ法により、第１の基板の第１の面上に厚さ２μｍのＳｉＯ₂（第１保護層）を設けた（工程（６））。次に、レジストマスクを形成した後、ＣＦ₄のガスを用い、ＲＩＥ装置によるエッチング行うことによって、第１保護層の液流路用型材に対応する部分をその厚み方向にエッチングして開孔を形成した。次に、レジストマスクを除去した後、この第１保護層をマスクに用いて、ＩＣＰ-ＲＩＥ装置によって、ＳＦ₆とＣ₄Ｆ₈のガスを用いたボッシュプロセスによりエッチングを行うことによって、第１の基板をその厚み方向にエッチングしてインク供給口を形成した（工程（６））。この際、形成したインク供給口の間隔は吐出口の列方向におよそ８ｍｍ、それと直行する幅方向に８０μｍとなった。

次に、第１保護層をマスク、液流路用型材５をエッチングストッパ層に用いて、エッチングを行うことにより素子絶縁膜と素子保護膜を除去した。この後、ＣＶＤ法により、第１の面側から第１の基板の全面に厚さ１μｍのポリパラキシリレン（第２保護層）を形成した（工程（７））。

次に、エッチングを行うことにより、インク供給口の側面内壁の全面及び開孔を構成する第１保護層の側面の少なくとも一部に第２保護層が残留するように、第２保護層を除去した（工程（８））。

この後、ＵＶランプ照射装置を使用して第１の基板側から露光した後、乳酸メチルに浸漬し、超音波を付与することにより流路用型材を除去した（工程（９））。上記方法によって最終的に本発明のインクジェット記録ヘッドを製造することができた。

本発明のインクジェット記録ヘッドの一例を示す断面図である。 図１のインクジェット記録ヘッドの一部を示す断面図である。 図１のインクジェット記録ヘッドの一部を示す断面図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す図である。

Claims (13)

1. 第１の基板と、
   第１の基板上に設けられた第２の基板と、
   第２の基板内に形成された、インクを吐出するための吐出口と、
   前記吐出口に連通し、第１の基板と第２の基板とで構成された液流路と、
   前記液流路を構成する第１の基板上に、前記吐出口に対応するように設けられた吐出圧力発生素子と、
   第１の基板の前記吐出圧力発生素子を設けた面上に設けられた、前記吐出圧力発生素子を駆動するための駆動回路と、
   第１の基板をその厚み方向に貫通して、前記液流路に連通するように設けられたインク供給口と、
   第１の基板の第２の基板側と反対側の第１の面上に設けられた第１保護層であって、第１保護層の側面は前記インク供給口の側面内壁と同一面を構成する第１保護層と、
   前記インク供給口の側面内壁の全面及び第１保護層の側面の少なくとも一部を覆うように設けられた第２保護層と、
   を備えていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記第１保護層は、前記第２保護層よりも厚いことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記第１保護層及び前記第２保護層は、それぞれ酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、ＳｉＮＣ、ＳｉＯＣ、チタン、タンタル、金、白金、エポキシ樹脂、アルミナ、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ尿素樹脂、又はポリパラキシリレンからなることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 更に、第１の基板をその厚み方向に貫通するように設けられた貫通孔と、
   前記貫通孔の側面内壁と同一面を構成する第１保護層の側面から構成され、かつ前記貫通孔に連通する開口と、
   前記貫通孔の側面内壁の全面及び前記開口を構成する第１保護層の側面の少なくとも一部を覆うように設けられた第３保護層と、
   第３保護層を設けた前記貫通孔及び開口内に埋め込まれた貫通電極と、
   を備えたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
   （１）第１の基板を用意する工程
   （２）第１の基板上に前記吐出圧力発生素子及び駆動回路を形成する工程
   （３）第１の基板の前記吐出圧力発生素子を設けた面上の、吐出圧力発生素子に対応する位置に液流路用型材を形成する工程
   （４）第１の基板の前記吐出圧力発生素子を設けた面上に第２の基板を形成し、第２の基板の前記吐出圧力発生素子及び液流路用型材に対応する位置にインクを吐出するための吐出口を形成する工程
   （５）第１の基板の前記第１の面上に第１保護層を形成する工程
   （６）第１保護層及び第１の基板の前記液流路用型材に対応する部分をその厚み方向に前記液流路用型材まで貫通するようにエッチングを行って、第１の基板及び第１保護層内にそれぞれインク供給口及び前記インク供給口の側面内壁と同一面を構成する第１保護層の側面を形成する工程
   （７）第１の面側から第１の基板の全面に第２保護層を形成する工程
   （８）前記インク供給口の側面内壁の全面及び第１保護層の側面の少なくとも一部に第２保護層が残留するように、エッチングにより第２保護層を除去する工程
   （９）前記液流路用型材を除去する工程
   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。
6. 前記工程（２）の吐出圧力発生素子及び駆動回路の少なくとも一部の形成と前記工程（５）の第１保護層の形成を、ＣＶＤ法、熱酸化法又はディップにより同時に行うことを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
7. 前記工程（４）と工程（５）の間に、更に第１の基板の第１の面側を研削して第１の基板を薄くする工程を有することを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
8. 一方の面Ａ上に電子回路が形成された基体と、
   前記基体を、その厚み方向に貫通するように設けられた貫通孔と、
   前記基体の一方の面Ａと反対側の他方の面Ｂ上に形成された第１絶縁層と、
   前記貫通孔の側面内壁と同一面を構成する第１絶縁層の側面から構成され、かつ前記貫通孔と連通する開口と、
   前記貫通孔の側面内壁の全面及び第１絶縁層の側面の少なくとも一部を覆うように設けられた第２絶縁層と、
   第２絶縁層を設けた前記貫通孔及び開口内に埋め込まれた貫通電極と、
   前記一方の面Ａ上に設けられ、前記貫通電極と電子回路を電気接続する配線層と、
   を備えたことを特徴とする半導体デバイス。
9. 前記第１絶縁層は、前記第２絶縁層よりも厚いことを特徴とする請求項８に記載の半導体デバイス。
10. 前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層は、それぞれ酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、ＳｉＮＣ、ＳｉＯＣ、エポキシ樹脂、アルミナ、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ尿素樹脂、又はポリパラキシリレンからなることを特徴とする請求項８又は９に記載の半導体デバイス。
11. 請求項８に記載の半導体デバイスの製造方法であって、
    （Ａ）前記基体を用意する工程
    （Ｂ）前記基体の一方の面Ａ上に電子回路及び配線層を形成する工程
    （Ｃ）前記基体の一方の面Ａと反対側の他方の面Ｂ上に第１絶縁層を形成する工程
    （Ｄ）第１絶縁層及び基体の前記電子回路及び配線層に対応する部分を、第１絶縁層側からその厚み方向に一方の面Ａまで貫通するようにエッチングを行って、前記第１絶縁層及び基体内にそれぞれ開口及び貫通孔を形成する工程
    （Ｅ）前記他方の面Ｂ側から全面に第２絶縁層を形成する工程
    （Ｆ）前記貫通孔の側面内壁の全面及び第１絶縁層の側面の少なくとも一部に第２絶縁層が残留するように、エッチングにより第２絶縁層を除去する工程
    （Ｇ）第２絶縁層を設けた前記貫通孔及び開口内に貫通電極を埋め込む工程
    を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
12. 前記工程（Ｂ）の電子回路の少なくとも一部の形成と前記工程（Ｃ）の第１絶縁層の形成を、ＣＶＤ法又は熱酸化法により同時に行うことを特徴とする請求項１１に記載の半導体デバイスの製造方法。
13. 前記工程（Ｂ）と工程（Ｃ）の間に、更に前記基体の他方の面Ｂを研削して基体を薄くする工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の半導体デバイスの製造方法。

Images