JP2006327180A - インクジェット記録ヘッド用基板、インクジェット記録ヘッド、インクジェット記録装置、およびインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒューズ素子を適確に溶断させることができて信頼性の高いインクジェット記録ヘッド用基板、インクジェット記録ヘッド、およびインクジェット記録装置を提供すること。
【解決手段】ヒューズ素子１０３の上に位置する層間絶縁膜は、ヒューズ素子１０３の材料よりも融点が低く、ヒューズ素子１０３の溶断時の熱によって空間を形成する材料によって形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、多層構造のインクジェット記録ヘッド用基板、それを用いたインクジェット記録ヘッド、インクジェット記録装置、およびインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法に関するものである。

インクジェット記録ヘッドは、例えば、ヘッド基体とノズル部材とを組み合わせた構成となっている。ヘッド基体においては、１つのベース基板の表面に、各種の層膜によってインク吐出構造などが形成されている。このインク吐出構造は、電気熱変換方式の場合にはヒータ素子（電気熱変換素子）を備え、また電気機械変換方式の場合にはピエゾ素子を備えることになる。一般に、このようなヘッド基体の表面には、インク吐出構造を駆動するドライバ回路や、このドライバ回路に記録データを供給するためのデータ入力部も、各種の層膜によって形成されている。

さらに現在では、インクジェット記録ヘッドのヘッド基体にＲＯＭ（Read Only Memory）を搭載して、そのＲＯＭに、種々のデータを読出可能に保持させる構成が提案されている。そのデータは、例えば、インクジェット記録ヘッド自身のＩＤ（Identity）コードやインク吐出構造の駆動特性などに関するデータである。例えば、特許文献１には、インクジェット記録ヘッドにＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）を搭載する構成が記載されている。

しかし、この特許文献１に記載されているインクジェット記録ヘッドは、ヘッド基体とは別個に、ＥＥＰＲＯＭを搭載しているため、構成が複雑となり、記録ヘッドおよび装置全体の小型軽量化が阻害されてしまう。特に、記録データが多量の場合は、既存の大容量のＲＯＭチップは有用であるものの、記録データが少量の場合は、既存の大容量のＲＯＭチップを用いることはコスト的に不利となる。

特許文献２，３には、インクジェット記録ヘッドのヘッド基体におけるベース基板に、インク吐出構造などの層膜と共に、ヒューズアレイからなるＲＯＭを形成する構成が開示されている。このような構成においては、ヘッド基体を製造するためにベース基板にインク吐出構造などの層膜を形成するとき、ＲＯＭとなるヒューズアレイを同時に形成することができる。このヒューズアレイを選択的に溶断することにより、その溶断の有無に応じて２値のデータを保持させることができる。このようなヘッド基体を利用したインクジェット記録ヘッドは、ヘッド基体とは別個にＲＯＭチップを用意する必要がない。そのため、各種データを読出可能に保持する構造を簡略化して、記録ヘッドの生産性を向上させることができ、その小型軽量化を実現することができる。

特開平３−１２６５６０号公報 米国特許第５，５０４，５０７号 米国特許第５，３６３，１３４号

ヒューズ素子の溶断方法としては、例えば、レーザー光を用いてヒューズ部を溶断、蒸発させて、それを電気的にオープンの状態にする方法である。しかし、この溶断方法は、溶出物が基板上に付着したり、溶断工程にコストがかかるため、記録ヘッドの大量生産には適さない。一方、電気的に大電流を流してヒューズ部を溶断させる方法は、基板上への溶出物の付着が少なく、コストもかからないため、記録ヘッドの大量生産には適している。ただし、このように大電流を流して溶断させる方法は、ヒューズ素子の抵抗値によって、その溶断のためのワッテージ（大容量定格熱損失）が制限されてしまうため、発生する熱エネルギーが小さい。そのため、確実にヒューズ部を溶断させて電気的にオープンの状態とするには、ヒューズ部の構造を特別に工夫する必要がある。

また、インクジェット記録ヘッドにおいては基板上にインクが存在するため、ヒューズ部の溶断によって過大なクラックが生じた場合には、そのクラックを通して基板上にインクが侵入するおそれがある。溶断後のヒューズ部や基板上に形成された電極などにインクが侵入した場合には、それらの部分が腐食して、インクジェット記録ヘッドの信頼性が損なわれるおそれがある。

本発明の目的は、ヒューズ素子を適確に溶断させることができて信頼性の高いインクジェット記録ヘッド用基板、インクジェット記録ヘッド、インクジェット記録装置、およびインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法を提供することにある。

本発明のインクジェット記録ヘッド用基板は、インクの吐出エネルギーを発生するための吐出エネルギー発生手段と、電流を流すことにより溶断可能なヒューズ素子と、を備えるインクジェット記録ヘッド用基板であって、前記ヒューズ素子の上下に位置する第１および第２の層を含み、前記第１または第２の層の少なくとも一方の形成材料は、前記ヒューズ素子の材料よりも融点が低く、前記ヒューズ素子の溶断時の熱によって空間を形成する第１の低融点材料であることを特徴とする。

本発明のインクジェット記録ヘッドは、上記のインクジェット記録ヘッド用基板を含み、前記吐出エネルギー発生手段の駆動によってインクを吐出し、かつ前記ヒューズ素子の溶断の有無に応じてデータを記憶可能であることを特徴とする。

本発明のインクジェット記録装置は、インクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドを用いて、記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置において、上記のインクジェット記録ヘッドの装着が可能な装着部と、前記インクジェット記録ヘッドにおける前記吐出エネルギー発生手段の制御手段と、前記インクジェット記録ヘッドにおける前記ヒューズ素子に記憶されるデータの読み出し手段と、を備えることを特徴とする。

本発明のインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法は、インクの吐出に利用される熱エネルギーを発生するための発熱抵抗体と、電流を流すことにより溶断可能なヒューズ素子と、前記ヒューズ素子の上下に位置する第１および第２の層と、を含み、前記第１または第２の層の少なくとも一方の形成材料は、前記ヒューズ素子の材料よりも融点が低く、前記ヒューズ素子の溶断時の熱によって空間を形成する第１の低融点材料であるインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法であって、前記発熱抵抗体の上方に耐キャビテーション膜を形成し、前記耐キャビテーションの形成時に、当該耐キャビテーション膜と同一材料によって前記ヒューズ素子を形成することを特徴とする。

本発明におけるインクジェット記録用基板は、例えば、ヒューズ素子の形成材料としてポリシリコン層、その上層にポリシリコンが溶ける寸前においてガス化して、ポリシリコンの溶断時に基板内部に大きな空洞を発生させるリンを含んだプラズマＣＶＤ−ＳｉＯ層、さらにその上層に空洞の大きさを制御し、内部クラックによる破壊を生じさせることなく、かつ、溶けたポリシリコンを外部に噴出する開口を発生させるリンを含まないＣＶＤ−ＳｉＯ層、さらにその上層に溶けたポリシリコンを受容して止める有機樹脂層からなる。

本発明のインクジェット記録ヘッド用基板によれば、クラック内にインクが侵入するおそれをなくして、高い信頼性を確保することができる。また、クラックによる破壊を生じさせることなく、ヒューズ素子の溶断時に発生する空洞の大きさを規制することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図８は、本発明を適用可能なインクジェット記録装置の構成例の説明図である。本例のインクジェット記録装置３００はシリアルスキャンタイプであり、ヘッド移動機構３０２のキャリッジ３０３に、後述するインクジェット記録ヘッド４００が着脱自在に搭載される。キャリッジ３０３は、ガイドシャフト３０４等により矢印Ｘの主走査方向に移動自在にガイドされており、インクジェット記録ヘッド４００と共に往復移動される。記録ヘッド４００と対向する位置には、記録媒体である記録用紙Ｐを保持して搬送するためのプラテンローラ３０５が配置されている。このプラテンローラ３０５等により、記録用紙Ｐを矢印Ｙの副走査方向に順次搬送するための用紙搬送機構３０６が構成されている。

本例のインクジェット記録ヘッド４００には、図９に示すようなインクジェット記録ヘッド用基板１００が組み込まれている。その基板１００上には、ヒータ素子１２０、ヒューズ素子アレイ１３０、電極パッド１４０、および配線が形成されている。ヒータ素子１２は、インクの吐出エネルギーとしての熱エネルギーを発生するものであり、インクを過熱して発泡させることにより、不図示の吐出口からインク滴を吐出させる。電極パッド１４０は、基板１００に形成された配線を外部端子と電気的に接続されるための電極を構成する。ヒューズアレイ１３０は、電流によって溶断可能な複数のヒューズ素子が後述するように形成されており、それぞれのヒューズ素子を選択的に溶断することにより、種々のデータを記憶させることができる。

ヒューズアレイ１３０には、例えば、インクジェット記録ヘッド４００を最適な条件で駆動させるための電気的特性に関するデータとして、インクジェット記録ヘッド４００のＩＤコードやヒータ素子１２０の抵抗値などを記憶させることができる。これらのデータは、インクジェット記録ヘッド４００の出荷時にヒューズアレイ１３０に記憶される。インクジェット記録ヘッド４００を記録装置３００に装着して使用する際に、その記録装置３００がヒューズアレイ１３０に記憶されているデータを読み取ることにより、インクジェット記録ヘッド４００を最適な条件で駆動することができる。

図１０は、記録装置３００の制御系の概略構成図である。ヘッド移動機構３０２と用紙搬送機構３０６は移動制御回路３１１に接続されており、その移動制御回路３１１はマイクロコンピュータ３１２に接続されている。このマイクロコンピュータ３１２がヘッド移動機構３０２と用紙搬送機構３０６とを統合的に制御することにより、記録ヘッド４００と記録用紙Ｐとを相対移動させる相対移動手段が実現される。画像を記録する際には、記録ヘッド４００を主走査方向に移動させつつ、その記録ヘッド４００からインク滴を吐出させる動作と、記録用紙Ｐを副走査方向に所定量搬送する動作と、を繰り返す。

記録装置３００と、中央制御装置であるホスト装置（ホストコンピュータ）２１０と、によって画像処理システム２００が形成されている。それらの記録装置３００とホスト装置２１０は通信ケーブル２２０によって接続されている。マイクロコンピュータ３１２には、データ入力手段としてのデータ入力回路３１３、データ読出手段としてのデータ読出回路３１４、および通信Ｉ／Ｆ３１５等が接続されている。通信Ｉ／Ｆ３１５は、通信ケーブル２２０によってホスト装置２１０に接続されている。

データ入力回路３１３は、キャリッジ３０３側の接続コネクタを介して、インクジェット記録ヘッド４００の基板１００に形成された印刷ロジック回路に接続されている。データ読出回路３１５には、インクジェット記録ヘッド４００の基板１００に形成されたヒューズロジック回路に、キャリッジ３０３側の接続コネクタを介して接続されている。そのヒューズロジック回路には、ヒューズアレイ１３０が接続されている。データ入力回路３１３は、記録データをインクジェット記録ヘッド４００の印刷ロジック回路に供給する。データ読出回路３１４は、インクジェット記録ヘッド４００のヒューズロジック回路からヒューズアレイ１３０の記憶データを読み出す。

マイクロコンピュータ３１２は、それらの回路３１１，３１３，３１４を統合的に制御する。例えば、ホスト装置２１０から通信Ｉ／Ｆ３１５に入力される記録データは、データ入力回路３１３に供給される。また、データ読出回路３１４によって、インクジェット記録ヘッド４００からヒューズアレイ１３０の記憶データを読み出し、そのデータを通信Ｉ／Ｆ３１５からホスト装置２１０に出力する。

また、インクジェット記録装置３００は、インク供給手段としてのインクタンク（図示せず）が備えられている。このインクタンクは、インクジェット記録ヘッド４００と同様にキャリッジ３０３に着脱可能に搭載されており、ソケット部材（図示せず）を介してインクジェット記録ヘッド４００のインク保持部に配管される。インクタンクには、インク液が充填されており、そのインク液をインクジェット記録ヘッド４００に供給する。

図１０の画像処理システム２００においては、ホスト装置２１０がインクジェット記録装置３００に記録データを供給し、この記録データに基づいて、インクジェット記録装置３００が記録用紙Ｐに画像を記録する。その際、マイクロコンピュータ３１２の統合的な制御により、ヘッド移動機構３０２がインクジェット記録ヘッド４００を主走査方向に移動させ、また用紙搬送機構３０６が記録用紙Ｐを副走査方向に搬送させる。インクジェット記録ヘッド４００は、このような動作に同期して、データ入力回路３１３から記録データを入力する。インクジェット記録ヘッド４００は、インクタンクから常時供給されるインク液を保持しており、記録データに基づいて、印刷ロジック回路に接続されている多数のヒータ素子１２０を選択的に発熱駆動する。ヒータ素子１２０を発熱させることによりインクが発泡し、その発泡エネルギーにより、対応するインク吐出口からインク滴が吐出される。このインク滴が記録用紙Ｐの表面に付着することにより、記録用紙Ｐ上にドットマトリクスの画像が記録される。

前述したように、インクジェット記録ヘッド４００の基板１００にはヒューズアレイ１３０が形成されている。そのため、例えば、製造したインクジェット記録ヘッド４００を出荷する以前の時点において、ＩＤコードやヒータ素子１２０の動作特性などのデータをヒューズアレイ１３０に記憶させることができる。そして、このようなデータの記憶が完了してから出荷されたインクジェット記録ヘッド４００は、インクジェット記録装置３００に装着される。これにより、そのインクジェット記録装置３００は、データ読出回路３１４を通して、インクジェット記録ヘッド４００のヒューズアレイ１３０から記憶データを読み出すことができる。インクジェット記録装置３００は、例えば、インクジェット記録ヘッド４００のヒューズアレイ１３０から読み出したヒータ素子１２０の動作特性に応じてヒータ素子４３０の駆動電力を調整する。また、インクジェット記録装置３００は、インクジェット記録ヘッド４００のＩＤコードをホスト装置２１０に通知したりすることができる。

次に、本実施形態におけるインクジェット記録ヘッド用基板１００の構成について説明する。

ヒューズアレイ１３０を成すヒューズ素子は、半導体製造工程により駆動素子やロジック回路等の半導体素子が予め作り込まれた基板に、形成することができる。また、基板上に半導体素子を形成するときに用いられるゲート部のポリシリコンを使用して、その半導体素子の形成と同時に、ヒューズ素子を形成してもよい。以下においては、後者のようにヒューズ素子を形成する場合について説明する。

図１は、図９のヒューズアレイ１３０を成すヒューズ素子１０３の拡大平面図であり、この上層には、吐出すべきインク液の流路が有機樹脂層により形成される。図２は、ヒューズ素子１０３が形成された基板１００の図１中ＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。本例のヒューズ素子１０３はポリシリコンによって形成されており、その中央の溶断部分（ヒューズ溶断部分）１０３Ａは、溶断しやすいように細く形成されている。ここで、従来のへッド基板と同じ材料で構成した比較例というべきインクジェット記録基板では、ヒューズ溶断部分を溶断する際に、図１１に示すようなクラックＣを発生することがあった。このクラックＣは、ヒューズ素子１０３の溶断に伴なって層間絶縁膜１０４および保護膜（絶縁膜）１０６に生じ、インクの侵入路となることもあった。

本例のインクジェット記録ヘッド用基板１００において、ベース基板１２１の表面には、熱酸化膜１２２、ヒューズ素子１０３、層間絶縁膜１２３、ヒューズ電極１０５、保護膜（絶縁膜）１２４が所定の形状に適宜積層されている。保護膜（絶縁膜）１２４の表面には、有機樹脂を用いてノズル材１０７が形成されている。ヒューズ素子１０３の両端は、スルーホール部１０８を介してアルミニウム（Ａｌ）のヒューズ電極１０５に接続される。

ベース基板１２１に形成された熱酸化膜１２２の上には、約４０００Åのポリシリコンの膜を積層することによって、ヒューズ素子１０３が形成される。そのヒューズ素子１０３の上層には、プラズマＣＶＤ法によって、リンを含んだＳｉＯ膜が約８０００Åの層間絶縁膜１２３として形成される。このリンを含んだ層間絶縁膜（ＳｉＯ膜）１２３は、ポリシリコンのヒューズ素子１０３を溶断するための電流をヒューズ素子１０３に流した際に、後述するように、そのヒューズ素子１０３の熱によって容易にガス化して空洞を形成する。層間絶縁膜（ＳｉＯ膜）１２３の上層に大きなクラックを生じさせないためには、その層間絶縁膜（ＳｉＯ膜）１２３の厚さは０．５〜１μｍの範囲が望ましい。

層間絶縁膜（ＳｉＯ膜）１２３に形成される空洞を制御するために、その上に、プラズマＣＶＤ法によって、リンを含まないプラズマＣＶＤ−ＳｉＯ膜（保護膜（絶縁膜））１２４を６０００Åの厚さに形成する。この膜１２４はヒューズ素子１０３の熱によって容易に溶解せず、これにより、リンを含んだ層間絶縁膜（ＳｉＯ膜）１２３の空洞の膨張を抑えて、それを所定の大きさに制御する。膜１２４は熱による溶解のスピードが遅く、熱によって一部が溶けて穴を形成する。これにより後述するように、ヒューズ素子１０３から噴出物を放出させることができ、空洞の膨張を完全に押さえ込んだ場合に生じる内部圧力によって、クラックが発生することを防止できる。この膜１２４、つまりリンをドーピングしないＳｉＯ膜の厚さは、リンを含んだ層間絶縁膜（ＳｉＯ膜）１２３の空洞の膨張を抑えつつも部分的に穴が生じるように、０．３〜０．８μｍの厚さとすることが望ましい。

ヒューズ素子１０３の形成後は、ヒータ素子１２０の形成材料としてのＴａＳｉＮをスパッタリング法によって約５００Åの厚さに形成し、その後連続して、配線層を成すＡｌを約５０００Åの厚さに形成する。その後、それらをフォトリソグラフィ法によって所定の形状にパターニングし、ＢＣｌ３ガスを用いた同時のドライエッチングにより、ＡｌとＴａＳｉＮを所定の形状にする。さらに、ヒータ素子１２０をフォトリソグラフィ法によって所定の形状にパターニングし、リン酸を主成分とするウエットエッチングによってヒータ素子１２０を形成する。

その後、それらの上層に、保護膜としてのＳｉＮ膜をプラズマＣＶＤ法によって約３０００Åの厚さに形成し、さらにスパッタリング法によって、耐キャビテーション膜としてのＴａ膜を約２０００Åの厚さに形成する。そして、それらのＳｉＮ膜およびＴａ膜をフォトリソグラフィ法によりドライエッチングして、所定の形状とする。その際、ヒューズ素子１０３上のＴａ膜およびＳｉＮ膜は除去する。

その後、有機樹脂層を用いて、インクを吐出するためのインク流路をフォトリソグラフィ法により３次元的に形成する。その有機樹脂層によりノズル材１０７が形成される。これにより基板１００を完成させる。

図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、このように構成された基板１００のヒューズ素子１０３に電流を流して、それを溶断させたときに生じる現象の説明図である。

まず、ポリシリコンのヒューズ素子１０３の発熱によって、リンを含んだ層間絶縁膜（ＳｉＯ膜）１２３、つまりポリシリコンよりもはるかに融点が低く容易にガス化しやすいプラズマＣＶＤ−ＳｉＯ層が融解およびガス化する。これにより、図３（ａ）のように、層間絶縁膜（ＳｉＯ膜）１２３に空洞１２３Ａが形成される。その空洞１２３Ａは図３（ｂ）のように膨張し、その膨張は、保護膜（絶縁膜）１２４、つまりリンを含まないプラズマＣＶＤ−ＳｉＯ層によって止められる。そして、リンを含まないプラズマＣＶＤ−ＳｉＯ層つまり保護膜（絶縁膜）１２４の一部には、図３（ｃ）のように、熱と圧力によって貫通穴１２４Ａが形成される。ポリシリコンのヒューズ素子１０３の溶融物１０３Ａは、その穴１２４Ａ内に飛び出す。その穴１２４Ａ内に飛び出したポリシリコンの溶融物１０３Ａは、図３（ｄ）のように、有機層のノズル材１０７の一部を溶解および炭化させて熱エネルギーを失うことにより、冷えて固まる。

このように、リンを含んだ層間絶縁膜（ＳｉＯ膜）１２３は、空洞１２３Ａを形成することにより、ヒューズ素子１０３の溶解によって生じる内部圧力を逃がす。また、リンを含まない保護膜（絶縁膜）１２４は、一部に穴１２４Ａを形成することにより、内部圧力を逃がしつつ空洞１２３Ａの膨張を抑える。この結果、基板１００にクラックを極力発生させないようにすることができる。また、ポリシリコンのヒューズ素子１０３の溶融物１０３Ａは、ヒューズ素子１０３の溶断部分からほぼ一定の距離離れた位置において捕捉される。例えば、有機樹脂層のノズル材１０７内の約２μｍの範囲内において、溶融物１０３Ａが受容される。これにより、ヒューズ素子１０３を確実に溶断することができて、その信頼性を確保することができる。仮に、ヒューズ素子１０３の溶断部分に溶融物１０３Ａが残留した場合には、ヒューズ素子１０３の溶断の確実性が損なわれるおそれがある。

（第２の実施形態）
図４および図５は、本発明の第２の実施形態におけるインクジェット記録ヘッド用基板１００の説明図である。

図４に示すように、基板１００のベース基板１０２の表面には、リンを含んだプラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ膜が層間絶縁膜１１１として約４０００Åの厚さに形成されている。その上層には、ヒューズ素子１０３となるポリシリコンが約４０００Å積層され、そしてパターニングによってヒューズ素子１０３が形成される。さらに、その上層には、リンを含んだプラズマＣＶＤ法によって、ＳｉＯ膜が層間絶縁膜１１４として約６０００Å積層されている。これによりヒューズ素子１０３は、リンを含んだＳｉＯ膜としての層間絶縁膜１１１，１１４によって上下から挟まれる。

リンを含んだＳｉＯ膜としての層間絶縁膜１１１，１１４は、ヒューズ素子１０３となるポリシリコンよりも融点が低い。そのため、ヒューズ素子１０３に電流を流して、それを溶断した際に、その熱によって層間絶縁膜１１１，１１４が容易にガス化して、図５のような空洞Ｓを形成する。このように、ヒューズ素子１０３の上層および下層に、ヒューズ素子１０３よりも融点の低い層間絶縁膜１１１，１１４、つまりリンを含んだＳｉＯ膜を形成しているため、それらの層間絶縁膜１１１，１１４のそれぞれに空洞Ｓが形成されることになる。このように、空洞Ｓの形成方向を上方のみならず下方にも分散させることにより、上方向への空洞Ｓの発生を抑えて、それよりも上層の膜におけるクラック発生を抑制することができる。

また、ヒューズ素子１０３の溶断による破壊力が大きければ大きいほど、空洞Ｓの形成領域は大きくなる。ヒューズ素子１０３の形成材料のポリシリコンを大きく破壊させないためには、層間絶縁膜１１１，１１４の厚さとして０．５〜１μｍの範囲が望ましい。

層間絶縁膜１１４の上には、空洞Ｓを制御するために、プラズマＣＶＤ法によって、リンをドーピングしないＳｉＯ膜を保護膜（絶縁膜）１０６として形成する。その保護膜（絶縁膜）１０６は、６０００Åの厚さに形成する。この保護膜（絶縁膜）１０６は、熱により容易に溶解しないことにより、リンを含んだＳｉＯ層つまり層間絶縁膜１１１，１１４の空洞Ｓの膨張を押さえて、それを所定の大きさに制御する。保護膜（絶縁膜）１０６は、前述した実施形態の保護膜（絶縁膜）１２４と同様に、溶解のスピードが遅く、かつ熱によって一部が溶けて穴を発生させるものであってもよい。この場合には、その穴を通して、ヒューズ素子１０３から噴出物を放出させることにより、内部の空洞Ｓの膨張を完全に押さえ込んだ場合の問題、つまり内部圧力によるクラックの発生を防止することができる。

また層間絶縁膜１１４の表面の一部には、Ａｌを主成分とする電極材料により、ヒューズ電極１０５が積層されている。このヒューズ電極１０５は、層間絶縁膜１１４のスルーホールを介してヒューズ素子１０３に接続されている。そして、このヒューズ電極１０５の上層に、保護膜（絶縁膜）１０６としてのＳｉＯ膜が積層されている。さらに、この保護膜（絶縁膜）１０６の上に、ノズル部材１０７が積層される。

このように、本実施形態においては、ヒューズ素子１０３の溶断により空洞Ｓが形成されるため、クラックは保護膜１０６の表面にまでは到らない。そのため、ヒューズ素子１０３の信頼性が損なわれるおそれがない。

また、ヒューズアレイ１３０に対するヒータ素子１２０の動作特性などに関するデータの記憶は、必然的に、インクジェット記録ヘッド４００が完成した後に実行されることになる。本例においては、ヒューズ素子１０３の上層および下層に、ヒューズ素子１０３よりも低融点となるリンを含んだＳｉＯ膜、つまり層間絶縁膜１１１，１１４が形成されている。そのため、ヒューズ素子１０３の溶断時に、リンを含んだ層間絶縁膜１１１，１１４内に収まるように空洞Ｓが形成される。したがって、ヒューズ素子１０３の上層の膜への影響が少なくなり、その上層の膜に至るような大きなクラックの発生が抑えられる。

また、インクジェット記録ヘッド４００におけるロジック回路の配線は、ポリシリコンの層膜によって形成され、ヒューズアレイ１３０のヒューズ素子１０３も同一のポリシリコンの層膜によって形成されている。これにより、従来から必須要件である記録制御用のロジック回路（図示せず）を形成するときに、ヒューズロジック回路とヒューズアレイ１３０をも同時に形成して、インクジェット記録ヘッド４００の生産性を向上させることができる。

また、インク吐出構造のヒータ素子１２０とヒューズアレイ１３０とを同一の材料によって形成することもできる。これにより、ヒューズアレイ１３０を形成するために新規の材料を追加する必要がなくなり、基板１００およびインクジェット記録ヘッド４００の生産性を向上させることができる。

また、ヒューズアレイ１３０の記憶データをＩＤコードや動作特性などとした場合には、ヒューズアレイ１３０の記憶容量は１００ビット以下となる。そのため、大容量のＲＯＭチップなどを特別に搭載する必要がなく、ＲＯＭチップを搭載する場合よりもインクジェット記録ヘッドの小型軽量化を図ることができ、しかも生産性を向上させることもできる。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態におけるインクジェット記録ヘッド用基板１００の説明図である。本例においては、ヒューズ素子１０３の上部に、インクが侵入しない空間ＳＡが形成されている。

仮に、ヒューズ素子１０３の溶断時に生じたクラックが保護膜１０６の表面に到達した場合には、ノズル材１０７と保護膜１０６との間の密着性が低下し、それらのノズル材１０７と保護膜１０６との界面にインクが浸透するおそれがある。そのインクがクラックを通してヒューズ素子１０３に浸透した場合には、ヒューズ素子１０３の電気的な短絡等の故障が発生するおそれがある。

本実施形態においても上述した実施形態と同様に、ヒューズ素子１０３の溶断により空洞Ｓ（図５参照）が形成されるため、クラックは保護膜１０６の表面にまでは到らない。したがって、本例のようにノズル材１０７に空間ＳＡを形成しても問題はない。

（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態におけるインクジェット記録ヘッド用基板１００の説明図である。本例においては、保護膜（絶縁膜）１０６の上層に、ＳｉＮの保護膜１１２と耐キャビテーション層１１３が積層され、その耐キャビテーション層１１３の上層にノズル部材１０７が積層されている。

（第５の実施形態）
図１２から図１８は、本発明の第５の実施形態を説明するための図である。
図１２は、本例におけるヒューズ素子１１１０の形成領域１４００部分の平面図、図１３は、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う断面図である。ヒューズ素子１１１０は、ヒータ素子（発熱部）１１０２（図１７参照）と同時にインクジェット記録用基板に作り込まれる。図１４（ａ）から（ｄ）は、ヒータ素子１１０２の形成手順の説明、図１５（ａ）から（ｅ）は、ヒューズ素子１１１０の形成手順の説明図である。以下、これらのヒータ素子１１０２とヒューズ素子１１１０の形成手順を関連付けて説明する。

まず図１４（ａ）および図１５（ａ）のように、Ｓｉによってなる基板１１５０上に、熱酸化によって蓄熱層１１２０を形成し、更に図示しないロジック回路と保護膜１１２０を形成する。ロジック回路は、ヒータ素子１１０２を選択的に駆動する機能と、ヒューズ素子１１１０を選択的に通電する機能をもつ。

次に、ロジック回路接続用のＡｌ等の不図示の電極配線をスパッタリング、フォトリソグラフィ法によって形成し、その上に、層間絶縁膜となる酸化ケイ素膜１０６をプラズマＣＶＤ法によって≒1μmの厚さに形成する。さらに、フォトリソグラフィ法を用いて、ロジック回路と電極配線部とを接続するためのコンタクトホールを形成する。図１５（ａ）のように、ヒューズ素子１１１０の形成領域１４００にもコンタクトホールと同様に開口を形成する。

図１４（ｂ）のように、スパッタリングによって、発熱抵抗体層１１０７を約３０ｎｍの厚さに形成し、さらにＡｌ等の電極配線層１１０３を約３００ｎｍの厚さに形成する。そして、フォトリソグラフィ法を用いて電極配線層１１０３を部分的に除去し、その部分の発熱抵抗体層１０７を露出させることによって、インクを吐出させるための熱エネルギーを発生するヒータ素子１１０２を形成する。また、ヒューズ素子１１１０の形成領域１４００においては、図１５（ｂ）のように、フォトリソグラフィ法を用いて、Ａｌ等の電極配線層１１０３と発熱抵抗体層１１０７を除去する。

次に、図１４（ｃ）のように、露出された発熱抵抗体層１１０７（ヒータ素子１１０２）を含む電極配線層１１０３の上方に、プラズマＣＶＤ法によって、保護絶縁膜１１０８となるＳｉＮ膜を約３００ｎｍの厚さに形成する。また、ヒューズ素子１１１０の形成領域１４００においては、図１５（ｃ）のように、電極配線１１０３の上方にも保護絶縁膜１１０８となるＳｉＮ膜が形成する。

次に、フォトリソグラフィ法を用いて、電極配線１１０３と図示しない電源線および信号線との接続用のコンタクトホールを形成する。ヒューズ素子１１１０の形成領域１４００においては、図１５（ｄ）のように、電力供給用コンタクトホール１４０１とヒューズ形成窓１４０２を同時に形成する。

次に、図１４（ｄ）および図１５（ｅ）のように、スパッタリング法によって、Ｔａ層１１１０を約２００ｎｍの厚さに形成する。そのＴａ層１１１０は、図１４（ｄ）のヒータ素子１１０２においては耐キャビテーションとして機能する。また、図１５（ｅ）のヒューズ素子１１１０の形成領域１４００において、そのＴａ層１１１０は、フォトリソグラフィ法を用いて所望の形状に形成されて、ヒューズ素子１１１０として機能する。

このようにヒータ素子１１０２とヒューズ素子１１０２が形成されたＳｉ基板１１５０を用いて、例えば、図１６のようなインクジェット記録ヘッドを構成することができる。本例の記録ヘッドにおいては、インクの吐出エネルギー発生手段としてのヒータ素子１１０２が所定のピッチで２列（Ｌ１，Ｌ２）に形成されている。基板１１５０には、後述するように、ヒータ素子１１０２の２つの列の間に、Ｓｉの異方性エッチングによってインク供給口５０９が形成される。さらに基板１１５０上には、オリフィスプレート材５０４によって、各ヒータ素子１１０２の上方に位置するインク吐出口５０５と、各インク吐出口５０５とインク供給口５０９とを連通するインク流路が形成される。列Ｌ１上のインク吐出口５０５およびヒータ素子１１０２と、列Ｌ２上のインク吐出口５０５およびヒータ素子１１０２は、ノズルピッチ（インク吐出口５０５およびヒータ素子１１０２の配列ピッチ）の半分（半ピッチ）ずれて、千鳥状に配置されている。

本例においては、基板１１５０として、ヒータ素子１１０２が形成される面のＳｉ結晶方位が＜１００＞のものを用いた。図１７（ａ）から（ｄ）は、このような基板１１５０を用いた場合におけるインク吐出５０５およびインク供給口５０９の形成方法の説明図である。また、ヒューズ素子１１１０の形成領域に関しては、図１８（ａ），（ｂ）を用いて説明する。

図１７（ａ）において、８０７は基板１５０の裏面に形成されるＳｉＯ_２膜であり、このＳｉＯ_２膜８０７上に、耐アルカリ性を有するマスク材であるＳｉＯ_２膜パターニングマスク８０８を形成する。このマスク８０８は、インク供給口５０９を形成するためのマスクである。

次に、基板１１５０の上面に、密着向上層となる不図示のポリエーテルアミド樹脂を形成する。例えば、ＨＩＭＡＬなどをスピンコートにより形成して、それをフォトリソグラフィ法によりドライエッチングして所望の形状とする。

ヒューズ素子１１１０の形成領域１４００においては、図１８（ａ）のように、その形成領域１４００に埋め込まれるように密着向上層２００が形成される。これにより、外部からのインクの進入を防ぐことができ、また、ヒューズ素子１１１０の溶断時に生じる溶融物を受容するための受容領域が形成される。

次に、図１７（ａ）のように型材８０３を形成する。この型材８０３は、後の工程で溶解されることによってインク流路を形成するものであり、所望の高さの平面パターンのインク流路を形成するために、それに相応する高さの平面パターンに形成される。

次に図１７（ｂ）のように、スピンコートなどによって、基板１１５０上にオリフィスプレート材８０４を塗布して型材８０３を被覆し、それをフォトリソグラフィー技術によって所望の形状にパターニングする。そして、ヒータ素子１１０２の上方位置に、フォトリソグラフィー技術によってインク吐出口５０５を形成する。また、インク吐出口５０５が開口するオリフィスプレート材８０４の面には、ドライフィルムのラミネートなどによって撥水層８０６を形成する。

ヒューズ素子１１１０の形成領域１４００においては、図１８（ｂ）のように、密着向上層１２００の上にオリフィスプレート材８０４が積層されるため、更に外部からのインクの進入が防できる。

次に、図１７（ｃ）のように、記録ヘッドの機能素子が形成された面や基板１１５０の側面を覆うように、樹脂からなる保護材８１１をスピンコートなどによって塗布する。これは、後にインク供給口５０９を形成する際に、記録ヘッドの機能素子が形成された面や基板１１５０の側面にエッチング液が触れないようにするためである。保護材８１１としては、異方性エッチングを行う際に用いる強アルカリ溶液に対して充分な耐性を有する材料を用いる。このような保護材８１１によってオリフィスプレート材８０４も覆うことにより、撥水層８０６の劣化も防ぐことができる。

次に、予め形成しておいたＳｉＯ_２膜のパターニングマスク８０８をマスクとして、ＳｉＯ_２膜８０７をウェットエッチングなどによってパターニングし、エッチング開始用の開口部８０９を基板１１５０の裏面に露出させる。

次に、図１７（ｅ）のように、ＳｉＯ_２膜８０７をマスクとして用いる異方性エッチングによって、インク供給口５０９を形成する。この異方性エッチングに用いるエッチング液としては、例えば、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニュウムハイドロオキサイド）溶液などの強アルカリ溶液を用いる。その場合には、ＴＭＡＨの２２ｗｔ％溶液の温度を８０℃にして、それを所定の時間（十数時間）、エッチング開始用の開口部８０９から基板１１５０に付与することによって、インク供給口５０９を形成する。

次に、ＳｉＯ_２膜のパターニングマスク８０８と保護材８１１を除去する。更に、型材８０３を溶解させ、それをインク吐出口５０５とインク供給口５０９から溶出させて除去し、その後に乾燥させる。型材８０３の溶出は、Ｄｅｅｐ ＵＶ光によって全面露光を行った後に、現像を行うことによって実施できる。その現像の際には、必要に応じて超音波浸漬することにより、型材８０３を実質的に完全に除去することができる。

以上のようにして、インクジェット記録ヘッドの主要なヘッドチップの製造工程が完了する。このようにして形成されたヘッドチップには、ヒータ素子１１０２やヒューズ素子１１１０に対する電気的な接続部、およびインクを供給するためのタンクなどが必要に応じて取り付けられる。また、ヒューズ素子１１１０の上方および下方に位置する層に関しては、前述した第１の実施形態と同様の材質および形状とすることができる。

本実施形態の記録ヘッド用基板を用いてインクジェット記録ヘッドを構成することにより、ヒューズアレイを確実に溶断して、それを電気的にオープンの状態とすることが可能となり、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することができる。また、耐キャビテーション膜とヒューズ素子１１１０とを同一の材料によって形成するため、ヒューズ素子１１１０を形成するために新規の材料を追加する必要がなく、記録ヘッド用基板の生産性を向上させることができる。

図１９および図２０は、本実施形態の記録ヘッド用基板に対する比較例を説明するための図である。この比較例としての記録ヘッド用基板において、ヒューズ素子３は、基板８上にロジック回路を形成するＭＯＳ（Metal-Oxide Semiconductor）のゲート配線などを用いて形成される。そのヒューズ素子３の上層には、複数の層間絶縁膜４、および保護膜１となる無機膜が形成され、さらに、ヒューズ素子３の溶断部分の上方には開口５が形成されている。この開口５を形成せずに、ヒューズ素子３の溶断部分を機械的強度が比較的高い層間絶縁膜４や保護膜１によって覆った場合には、ヒューズ素子３の溶断時に溶融物が十分に飛び散らずに、溶断後、再接続が生じるおそれがある。しかし、開口５を形成するためには、ヒューズ素子３をエッチングストップ層としなくてはならない。その結果、ヒューズ素子３は、エッチング時に膜厚が減る等のダメージを受けて抵抗値が変化し、溶断に必要な電流が変動して溶断が困難となるおそれがある。

このような比較例に対して、本発明の実施形態においては、ヒューズ素子を耐キャビテーション膜と同一の材料によって形成することにより、無機膜をエッチング除去する必要がない。そのため、ヒューズ素子にダメージを与えることがなく、またヒューズ素子上に有機材を塗布することにより、外部からのインクの進入を防ぐことができる。また、その有機材として、低温で熱硬化する有機材を用いることにより、ヒューズ素子の溶断時に発生する熱によって空洞領域を大きく形成することができる。その空洞領域により、ヒューズ素子の溶断時に発生する飛散物を受容することにより、ヒューズ素子を溶断することができる。

（他の実施形態）
本発明は、上述した形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において各種の変形を許容する。例えば、インクの吐出方式として、上述したようなヒータ素子１２０を用いる電気熱変換方式の他、ピエゾ素子を用いる電気機械変換方式を採用してもよい。

また本発明は、上述したようなシリアルスキャンタイプのインクジェット記録装置に対してのみならず、いわゆるフルラインタイプのインクジェット記録装置に対しても適用することができる。フルラインタイプのインクジェット記録装置においては、記録媒体の幅方向に渡って延在する長尺なインクジェット記録ヘッドが用いられる。

本発明の第１の実施形態における基板上のヒューズ素子の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、図２の基板におけるヒューズ素子の溶断時の状況を説明するための断面図である。 本発明の第２の実施形態における基板の断面図である。 図４の基板におけるヒューズ素子の溶断時の状況を説明するための断面図である。 本発明の第３の実施形態における基板の断面図である。 本発明の第４の実施形態における基板の断面図である。 本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録装置の概略斜視図である。 図８のインクジェット記録ヘッドにおける基板の斜視図である。 図８におけるインクジェット記録装置の制御系のブロック構成図である。 ヒューズ素子溶断時にクラックが生じた様子を模式的に示す断面図である。 本発明の第５の実施形態における基板上のヒューズ素子の平面図である。 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う断面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、図１３の基板上におけるヒータ素子の形成工程を説明するための断面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、図１３の基板上におけるヒューズ素子の形成工程を説明するための断面図である。 図１２の基板を用いて構成したヘッドチップの一部切欠き斜視図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、図１２のヘッドチップの製造工程を説明するための断面図である。 （ａ），（ｂ）は、図１２のヘッドチップの製造工程におけるヒューズ素子部分の断面図である。 本発明の比較例としての基板上におけるヒューズ素子の平面図である。 図１９のＸＸ−ＸＸ線に沿う断面図である。

符号の説明

１００ 基板
１０２ ベース基板
１０５ ヒューズ電極
１０６ 保護膜
１０３ ヒューズ素子
１０３Ａ 溶融物
１０７ ノズル材
１１１，１１４ 層間絶縁膜
１２１ ベース基板
１２２ 熱酸化膜
１２３ 層間絶縁膜
１２３Ａ 空洞
１２４ 保護膜（絶縁膜）
１２４Ａ 穴

Claims (18)

1. インクの吐出エネルギーを発生するための吐出エネルギー発生手段と、電流を流すことにより溶断可能なヒューズ素子と、を備えるインクジェット記録ヘッド用基板であって、
   前記ヒューズ素子の上下に位置する第１および第２の層を含み、
   前記第１または第２の層の少なくとも一方の形成材料は、前記ヒューズ素子の材料よりも融点が低く、前記ヒューズ素子の溶断時の熱によって空間を形成する第１の低融点材料である
   ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板。
2. 前記第１の低融点材料は、リンを含むＳｉＯ膜である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用基板。
3. 前記第１の低融点材料によって形成される前記第１または第２の層の少なくとも一方は、プラズマＣＶＤ法によって形成することを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
4. 前記第１の低融点材料によって形成される前記第１または第２の層の少なくとも一方に、第３の層を積層し、
   前記第３の層の形成材料は、前記低融点材料よりも融点が高く、前記ヒューズ素子の溶断時の熱によって空間を形成する第２の低融点材料である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
5. 前記第２の低融点材料は、リンを含まないＳｉＯ膜であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
6. 前記第３の層は、プラズマＣＶＤ法によって形成することを特徴とする請求項４または５に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
7. 前記第３の膜の上に、前記ヒューズ素子の溶断時に生じる溶融物により溶解される有機樹脂層を形成することを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
8. 前記有機樹脂層は、インク路を形成することを特徴とする請求項７に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
9. 前記ヒューズ素子は、複数形成されてヒューズアレイを構成することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
10. 前記ヒューズアレイを構成する前記複数のヒューズ素子に接続されるヒューズロジック回路を含み、
    前記ヒューズロジック回路は、前記複数のヒューズ素子を選択的に溶断してデータを記憶させるための制御、および前記複数のヒューズ素子から前記データを読み出すための制御が可能である
    ことを特徴とする請求項９に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
11. 前記吐出エネルギー発生手段は、インクの吐出に利用される熱エネルギーを発生する発熱抵抗体を含み、かつ前記発熱抵抗体の上方に耐キャビテーション膜が形成されることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
12. 前記発熱抵抗体と前記耐キャビテーション膜との間に保護膜が形成されることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
13. 前記ヒューズ素子は、前記耐キャビテーション膜と同一材料によって形成されることを特徴とする請求項１１または１２に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
14. 前記ヒューズ素子の少なくとも溶断部は、前記発熱抵抗体の上の耐キャビテーション膜よりも下層側に位置することを特徴とする請求項１１から１３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
15. 前記ヒューズ素子の上方に、インクの流路を形成するための有機層が位置することを特徴とする請求項１１から１４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
16. 請求項１から１５のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド用基板を含み、
    前記吐出エネルギー発生手段の駆動によってインクを吐出し、かつ前記ヒューズ素子の溶断の有無に応じてデータを記憶可能である
    ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
17. インクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドを用いて、記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置において、
    請求項１６に記載のインクジェット記録ヘッドの装着が可能な装着部と、
    前記インクジェット記録ヘッドにおける前記吐出エネルギー発生手段の制御手段と、
    前記インクジェット記録ヘッドにおける前記ヒューズ素子に記憶されるデータの読み出し手段と、
    を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
18. インクの吐出に利用される熱エネルギーを発生するための発熱抵抗体と、電流を流すことにより溶断可能なヒューズ素子と、前記ヒューズ素子の上下に位置する第１および第２の層と、を含み、前記第１または第２の層の少なくとも一方の形成材料は、前記ヒューズ素子の材料よりも融点が低く、前記ヒューズ素子の溶断時の熱によって空間を形成する第１の低融点材料であるインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法であって、
    前記発熱抵抗体の上方に耐キャビテーション膜を形成し、
    前記耐キャビテーションの形成時に、当該耐キャビテーション膜と同一材料によって前記ヒューズ素子を形成する
    ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板の製造方法。
    

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