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JP2006168169A - Heating resistor film and its production process, ink jet head employing it and its manufacturing process - Google Patents

Heating resistor film and its production process, ink jet head employing it and its manufacturing process Download PDF

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JP2006168169A
JP2006168169A JP2004363196A JP2004363196A JP2006168169A JP 2006168169 A JP2006168169 A JP 2006168169A JP 2004363196 A JP2004363196 A JP 2004363196A JP 2004363196 A JP2004363196 A JP 2004363196A JP 2006168169 A JP2006168169 A JP 2006168169A
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JP
Japan
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heating resistor
ink
film
ink jet
substrate
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Withdrawn
Application number
JP2004363196A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Suzuki
博幸 鈴木
Tatsumi Shoji
辰美 庄司
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JP2006168169A publication Critical patent/JP2006168169A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet head having a heating resistor capable of attaining a high quality recording image over a long term by solving the problems of the heating resistor in an ink jet recording head, and to provide its manufacturing process. <P>SOLUTION: The ink jet device employs a heating resistor film composed of a material represented by RuSiON in a heating resistor generating thermal energy being utilized for ejecting ink. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、紙、プラスチックシート、布、物品等を包含する記録保持体に対して、例えばインク等の機能性液体等を吐出することにより文字、記号、画像等の記録、印刷等を行うインクジェットヘッドを構成する発熱抵抗体膜、その製造方法、それを用いたインクジェットヘッドおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to an ink jet recording and printing of characters, symbols, images, etc. by ejecting a functional liquid such as ink onto a recording carrier including paper, plastic sheets, cloth, articles, etc. The present invention relates to a heating resistor film constituting a head, a manufacturing method thereof, an inkjet head using the same, and a manufacturing method thereof.

紙、プラスチックシート、布、物品等を包含する記録保持体に対して、例えばインク等の機能性液体等を吐出することにより文字、記号、画像等の記録、印刷等を行うインクジェット記録装置は、インクを微小な液滴として吐出口から高速で吐出することにより、高精細な画像の高速記録を行うことができるという特徴を有している。特に、インクを吐出するために利用されるエネルギー発生手段として電気熱変換体を用い、この電気熱変換体が発生する熱エネルギーによって生ずるインクの発泡を利用してインクを吐出する方式のインクジェット記録装置は、画像の高精細化、高速記録化、記録ヘッド及び装置の小型化やカラー化に適していることから近年注目されている。(例えば米国特許第4723129号及び米国特許第4740796号参照)。   An ink jet recording apparatus that records, prints, etc. characters, symbols, images, etc., by ejecting a functional liquid such as ink, etc., to a recording holder including paper, plastic sheets, cloth, articles, etc. It has a feature that high-definition images can be recorded at high speed by ejecting ink as fine droplets at high speed from an ejection port. In particular, an ink jet recording apparatus using an electrothermal converter as an energy generating means used for ejecting ink and ejecting ink by utilizing foaming of ink generated by the thermal energy generated by the electrothermal converter. Has attracted attention in recent years because it is suitable for high-definition images, high-speed recording, miniaturization and colorization of recording heads and apparatuses. (See, eg, US Pat. No. 4,723,129 and US Pat. No. 4,740,796).

図1は、インクジェット記録に使用されるヘッドの基板要部の一般的な構成を示し、図2は、図1のインク流路に相当する部分のX−X’線で切断したインクジェット記録ヘッド用基体2000の模式的断面図である。   FIG. 1 shows a general configuration of a main part of a substrate of a head used for ink jet recording, and FIG. 2 is for an ink jet recording head cut along a line XX ′ in a portion corresponding to the ink flow path of FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a substrate 2000. FIG.

図1に示すインクジェット記録ヘッドは、基板1004上に複数の吐出口1001が設けられ、各々の吐出口1001は、基板1004に形成された、インクを吐出するための熱エネルギーを発生する電気熱変換素子1002がインク流路1003に設けられている。電気熱変換素子1002は、主に発熱抵抗体1005及びこれに電力を供給するための電極配線1006並びにこれらを保護する絶縁膜1007により構成される。   The ink jet recording head shown in FIG. 1 is provided with a plurality of discharge ports 1001 on a substrate 1004, and each discharge port 1001 is formed on the substrate 1004 and generates electrothermal energy for discharging ink. An element 1002 is provided in the ink flow path 1003. The electrothermal conversion element 1002 mainly includes a heating resistor 1005, an electrode wiring 1006 for supplying power to the heating resistor 1005, and an insulating film 1007 for protecting them.

各インク流路1003は複数の流路壁1008が一体的に形成された天板を、基板1004上の電気熱変換素子等との相対位置を画像処理等の手段により位置合わせしながら接合することで形成される。各インク流路1003は、その吐出口1001と反対側の端部が共通液室1009と連通しており、この共通液室1009にはインクタンク(図示せず)から供給されるインクが貯留される。   Each ink channel 1003 is formed by joining a top plate integrally formed with a plurality of channel walls 1008 while aligning the relative position with an electrothermal conversion element on the substrate 1004 by means of image processing or the like. Formed with. Each ink flow path 1003 has an end opposite to the ejection port 1001 communicating with a common liquid chamber 1009, and ink supplied from an ink tank (not shown) is stored in the common liquid chamber 1009. The

共通液室1009に供給されたインクは、ここから各インク流路1003に導かれ、吐出口1001近傍でメニスカスを形成して保持される。この時、電気熱変換素子1002を選択的に駆動させることにより、その発生する熱エネルギーを利用して熱作用面上のインクを急激に加熱沸騰させ、この時の衝撃力によってインクを吐出させる。   The ink supplied to the common liquid chamber 1009 is guided from here to each ink flow path 1003 and is formed and held in the vicinity of the ejection port 1001. At this time, by selectively driving the electrothermal transducer 1002, the ink on the heat acting surface is rapidly heated and boiled using the generated heat energy, and the ink is ejected by the impact force at this time.

図2は、図1のX−X’断面図で、シリコン基板2001、熱酸化膜2002からなる蓄熱層を示すものであり、蓄熱機能2003を兼ねるSiO膜、SiN膜等からなる層間膜、発熱抵抗層2004、Al、Al−Si、Al−Cu等の金属配線2005、SiO膜、SiN膜等からなる保護層2006、発熱抵抗層2004の発熱に伴う化学的、物理的衝撃から保護膜2006を守るための耐キャビテーション膜2007、発熱抵抗層2004の熱作用部2008から形成されている。   FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line XX ′ of FIG. 1 and shows a heat storage layer composed of a silicon substrate 2001 and a thermal oxide film 2002, and an interlayer film composed of a SiO film, a SiN film, etc., which also serves as a heat storage function 2003, and heat generation. Resistive layer 2004, metal wiring 2005 such as Al, Al-Si, Al-Cu, protective layer 2006 made of SiO film, SiN film, etc., and protective film 2006 from chemical and physical impact caused by heat generation of heat generating resistive layer 2004 A cavitation-resistant film 2007 for protection and a heat acting portion 2008 of a heating resistance layer 2004 are formed.

これらのインクジェット記録装置の記録ヘッドに用いられる発熱抵抗体としては、以下のような特性が要求される。
1.発熱抵抗体として熱応答性に優れ、瞬時にインクの吐出を可能とする。
2.高速及び連続の駆動に対して、抵抗値変化が少なく、インクの発泡状態が安定している。
3.耐熱性、熱応力性に優れ、寿命が長く信頼性が高い。
The following characteristics are required for the heating resistor used in the recording head of these ink jet recording apparatuses.
1. As a heating resistor, it has excellent thermal response and enables ink to be ejected instantly.
2. The resistance value change is small with respect to high-speed and continuous driving, and the ink bubbling state is stable.
3. Excellent heat resistance and thermal stress, long life and high reliability.

これらの要求を満たすインクジェットヘッドに使用される発熱抵抗層として特開平7−125218号公報には、発熱抵抗体材料にTaN膜を用いる構成が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-125218 discloses a structure in which a TaN film is used as a heating resistor material as a heating resistor layer used in an ink jet head that satisfies these requirements.

このTaN膜における特性安定性、特に長期繰り返し記録時の抵抗変化率は、TaN膜の組成と強い相関関係が有り、中でもTaN0.8hexを含む窒化タンタルで構成された発熱抵抗体は、上記長期繰り返し記録時の抵抗変化率が少なく吐出安定性に優れているものである。
米国特許第4723129号 米国特許第4740796号 特開平7−125218号公報
The characteristic stability of this TaN film, particularly the resistance change rate during long-term repeated recording, has a strong correlation with the composition of the TaN film, and in particular, a heating resistor composed of tantalum nitride containing TaN 0.8 hex is the long-term repeatable The resistance change rate during recording is small and the ejection stability is excellent.
U.S. Pat. No. 4,723,129 US Pat. No. 4,740,796 JP 7-125218 A

インクジェット記録装置においては、近年、装置の高画質化、高速記録等の高機能化がますます要求されている。   In recent years, ink jet recording apparatuses are increasingly required to have higher functions such as high image quality and high speed recording.

このうち、高画質化に対しては、ヒーター(発熱抵抗体)のサイズを小さくすることにより、1ドット当りの吐出量を少なくし小ドット化により画質を向上する方法がある。   Among them, there is a method for improving the image quality by reducing the size of the heater (heating resistor) to reduce the discharge amount per dot and reducing the size of the dots.

また、高速記録を行うためには、これまでよりさらにパルスを短くした駆動を行うことにより、駆動周波数を上げる方法がある。   In order to perform high-speed recording, there is a method of increasing the driving frequency by performing driving with shorter pulses than before.

しかしながら、図3(a)のヒーターサイズの差異による各種駆動条件の関係説明図に示されるように、高画質化に対応するためヒーターサイズを小さくした構成で、高周波数でヒーターを駆動させるためには、シート抵抗値を大きくする必要がある。   However, as shown in the relationship explanatory diagram of various driving conditions due to the difference in heater size in FIG. 3A, in order to drive the heater at a high frequency with a configuration in which the heater size is reduced to cope with high image quality. Therefore, it is necessary to increase the sheet resistance value.

図3(a)は、駆動電圧が一定の時にヒーターサイズが大きい(A)と、ヒーターサイズが小さい(B)の駆動パルス幅に対する発熱抵抗体のシート抵抗値および電流値の変化を示す。また、同様にして駆動パルス幅が一定の時のヒーターサイズが大きい(A)と、ヒーターサイズが小さい(B)の駆動電圧に対する発熱抵抗体のシート抵抗値および電流値の関係を図3(b)に示す。   FIG. 3A shows changes in the sheet resistance value and current value of the heating resistor with respect to the driving pulse width when the heater size is large (A) and the heater size is small (B) when the driving voltage is constant. Similarly, FIG. 3B shows the relationship between the sheet resistance value and current value of the heating resistor with respect to the driving voltage when the heater size is large (A) when the driving pulse width is constant and when the heater size is small (B). ).

図3(a)および図3(b)に示されるように、ヒーターサイズを小さくした時に、従来と同一条件で駆動させるためにはシート抵抗値を大きくする必要がある。また、エネルギーの関係から、シート抵抗値を大きくし、駆動電圧を高くして駆動させる方法で電流値が少なくなり、省エネが達成できる。特に、発熱抵抗体を複数配置した構成の場合はその効果は大きくなる。   As shown in FIGS. 3A and 3B, when the heater size is reduced, the sheet resistance value needs to be increased in order to drive the heater under the same conditions as in the prior art. In addition, the energy value can be reduced by increasing the sheet resistance value and increasing the driving voltage to reduce the current value from the energy relationship, thereby achieving energy saving. In particular, in the case of a configuration in which a plurality of heating resistors are arranged, the effect is increased.

ところが、前述したように現在インクジェット記録ヘッドに用いられているHfB2、TaN、TaAlもしくはTaSiN等の発熱抵抗体の比抵抗値は、200〜800μΩcm程度である。発熱抵抗体の製造安定性、吐出の特性安定性等を考慮すると、発熱抵抗体の膜厚は40nm程度が限界と考えられる。この場合、シート抵抗値は200Ω/□が限界となる。従って、それ以上のシート抵抗値を得ようとすると、現在発熱抵抗体に用いられている上述の材料を使用することは難しくなる。 However, as described above, the specific resistance value of the heating resistor such as HfB 2 , TaN, TaAl, or TaSiN currently used in the ink jet recording head is about 200 to 800 μΩcm. Considering the manufacturing stability of the heating resistor, the stability of the discharge characteristics, and the like, the limit of the thickness of the heating resistor is considered to be about 40 nm. In this case, the sheet resistance value is limited to 200Ω / □. Therefore, when trying to obtain a sheet resistance value higher than that, it becomes difficult to use the above-mentioned materials that are currently used for heating resistors.

現在発熱抵抗体に用いられているHfB2、TaN、TaAlもしくはTaSiN等を用いて場合、更なる短パルス駆動による熱応答性に優れ、高いシート抵抗値を持ったインクジェット記録ヘッド用の発熱抵抗体を得るには限界があった。 When using HfB 2 , TaN, TaAl, TaSiN, etc., which are currently used for heat generating resistors, heat generating resistors for ink jet recording heads with excellent thermal response by further short pulse drive and high sheet resistance There was a limit to getting.

このため、記録画像の高精細化に伴い、ヒーターサイズを小さくすることにより小さなインク滴を記録するためには、現在発熱抵抗体に用いられているHfB2、TaN、TaAlもしくはTaSiN等を用いた発熱抵抗体を使用する限りにおいては、電流値が増加し、発熱による問題が発生する場合があり、所望の特性をもったインクジェットヘッドが得られない場合があった。 For this reason, in order to record small ink droplets by reducing the heater size with the increase in definition of the recorded image, HfB 2 , TaN, TaAl, TaSiN or the like currently used for the heating resistor is used. As long as the heat generating resistor is used, the current value increases, and a problem due to heat generation may occur, and an ink jet head having desired characteristics may not be obtained.

本発明の主たる目的は、従来のインクジェット記録ヘッド用の発熱抵抗体について上述した諸問題を解決し、高品位な記録画像を長期にわたって得ることを可能にする発熱抵抗体を有するインクジェットヘッドとその製造方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION The main object of the present invention is to solve the problems described above with respect to conventional heating resistors for inkjet recording heads, and to produce an inkjet head having a heating resistor that makes it possible to obtain high-quality recorded images over a long period of time. It is to provide a method.

本発明の他の目的は、記録画像の高精細化に対応した小ドット化や高速記録に対応した高速駆動においても、吐出が安定した発熱抵抗体を有するインクジェットとその製造方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide an ink jet having a heat generating resistor with stable ejection and a method of manufacturing the same even in a small dot corresponding to high definition of a recorded image and high speed driving corresponding to high speed recording. is there.

本発明において発熱抵抗体は、組成比がRu:15〜30at%、Si:35〜60at%、O:1〜10at%、N:10〜50at%であり、これらで100at%となるか、またはほぼ100at%となることを特徴とする発熱抵抗体膜であり、インクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生する複数の発熱抵抗体を有するインクジェットヘッドにおいて、発熱抵抗体が、上記構成の発熱抵抗体膜であることを特徴とするインクジェット装置である。 In the present invention, the heating resistor has a composition ratio of Ru: 15-30 at%, Si: 35-60 at%, O: 1-10 at%, N: 10-50 at%, and these are 100 at%, or In the ink jet head having a plurality of heating resistors that generate thermal energy used for ejecting ink, the heating resistor has the above-described configuration. An ink jet device characterized by being a heating resistor film.

なお、この発熱抵抗体膜は、その所望とする特性が損なわれない範囲で、上記の原子以外の痕跡程度の他の元素を含有するもの、すなわち、Ru、Si、O及びNの合計量がほぼ100%となるものでもよい。例えば、材料を構成する全原子の数に対するRu、Si、O及びNの合計原子数(Ru+Si+O+N)の割合は、99.5原子%以上が好ましく、99.9原子%以上がより好ましい。   In addition, this heating resistor film contains other elements in the extent of traces other than the above atoms within the range in which the desired characteristics are not impaired, that is, the total amount of Ru, Si, O and N is It may be almost 100%. For example, the ratio of the total number of atoms of Ru, Si, O and N (Ru + Si + O + N) to the total number of atoms constituting the material is preferably 99.5 atomic% or more, and more preferably 99.9 atomic% or more.

すなわち、薄膜の表面や内部は反応領域中のガスを取り込んだりすることがあ るが、このような表面や内部のわずかなArなどガスの取込みによってその効果 が低下するものではない。このような不純物としては、例えばArを始めとして、 C、B、NaおよびClから選択される少なくとも一つの元素を挙げることができる。   That is, the surface and the inside of the thin film may take in the gas in the reaction region, but the effect is not reduced by the ingestion of a small amount of gas such as Ar on the surface or inside. Examples of such impurities include at least one element selected from C, B, Na, and Cl, including Ar.

更に本発明は、インクを吐出するインク吐出口と、インクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生する複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体を内包するとともに前記インク吐出口に連通するインク流路と、を有するインクジェットヘッドの製造方法において、上記構成の発熱抵抗体薄膜が、窒素ガス、酸素ガス、及びアルゴンガスからなる混合ガス雰囲気中で、RuSiをターゲットとした反応性スパッタリング法により形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。   Furthermore, the present invention provides an ink discharge port that discharges ink, a plurality of heating resistors that generate thermal energy used to discharge ink, and includes the heating resistor and communicates with the ink discharge port. In a manufacturing method of an ink jet head having an ink flow path, the heating resistor thin film having the above-described structure is formed by a reactive sputtering method using RuSi as a target in a mixed gas atmosphere composed of nitrogen gas, oxygen gas, and argon gas. It is a manufacturing method of the ink jet head characterized by forming.

本発明では、上記構成の薄膜を発熱抵抗体として用いることでシート抵抗を高くすることができる。この結果、面積を小さくしても高いシート抵抗が得られ、短いパルスで駆動できる。さらに、この材料を用いた発熱抵抗体は、短パルスで駆動した場合にも、所望の耐久性が維持され、高品位の記録画像を長期にわたって提供することが可能となった。これはTCR特性が正でかつ非常に小さい値であることが大きく寄与していると考えられる。そのためインクジェットヘッドだけではなく、他のサーマルヘッド等のヒーター材料として使用することも可能である。   In this invention, sheet resistance can be made high by using the thin film of the said structure as a heating resistor. As a result, even if the area is reduced, a high sheet resistance can be obtained, and it can be driven with a short pulse. Further, the heat generating resistor using this material can maintain desired durability even when driven with a short pulse, and can provide a high-quality recorded image over a long period of time. It can be considered that this is largely due to the positive and very small TCR characteristics. Therefore, it can be used not only as an ink jet head but also as a heater material for other thermal heads and the like.

本発明による発熱抵抗体を用いたインクジェット記録ヘッドは、発熱抵抗体のサイズを小さくすることにより、1ドット当りの吐出量を少なくした小ドット化に対応した高抵抗の発熱抵抗特性を可能とし、短いパルスで連続的に駆動した場合にも、所望の耐久性が得られ、エネルギー効率が高く、発熱を抑制して省エネルギーを可能にするとともに、高品位の記録画像を提供することができる。   The ink jet recording head using the heating resistor according to the present invention enables a high resistance heating resistance characteristic corresponding to a reduction in size by reducing the discharge amount per dot by reducing the size of the heating resistor. Even when continuously driven with a short pulse, desired durability is obtained, energy efficiency is high, heat generation is suppressed, energy can be saved, and high-quality recorded images can be provided.

本発明によるインクジェット記録ヘッドの製造方法によると、上記効果を有する液体吐出ヘッド用基体および液体吐出ヘッドを製造することが可能となった。   According to the ink jet recording head manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a liquid discharge head substrate and a liquid discharge head having the above-described effects.

インクジェットヘッド用のヒーターとして更なる高抵抗化が要求されている。このようなヒーターの高抵抗化のニーズを満足させるためには新規な高抵抗材料を適用すること必要である。   A further increase in resistance is required as a heater for an inkjet head. In order to satisfy the need for increasing the resistance of such a heater, it is necessary to apply a new high resistance material.

これまでのインクジェット用ヒーターに適用した時に優れた材料をまとめてみると、TaSiN、CrSiNに代表されるように金属シリサイドに窒素が結合した材料系に優れたものが多いことがわかる。   When the materials excellent when applied to the conventional ink jet heater are summarized, it can be seen that there are many excellent materials such as TaSiN and CrSiN in which nitrogen is bonded to metal silicide.

これらの観点からさらに金属シリサイドについて、比抵抗等の物性を調査した結果RuSi1.5がインクジェット用のヒーター材料として使えるのではないかと予想した。 From these points of view, as a result of investigating physical properties such as specific resistance of metal silicide, it was predicted that RuSi 1.5 could be used as a heater material for inkjet.

RuSi1.5は結晶構造を調査したがはっきりわからない。また比抵抗は2400μΩcmである。 Although the crystal structure of RuSi 1.5 was investigated, it is not clear. The specific resistance is 2400 μΩcm.

このようにRuSi1.5の比抵抗は、金属シリサイド単体としても大きく、さらにこの材料に窒素を取り込むことにより比抵抗が大きくできる可能性がある。
問題は比抵抗が大きい材料の耐久性がどうなのか確認する必要がある。
Thus, the specific resistance of RuSi 1.5 is large even as a metal silicide alone, and there is a possibility that the specific resistance can be increased by incorporating nitrogen into this material.
The problem is that it is necessary to confirm the durability of the material having a large specific resistance.

そこで実際にRuSiN膜についてRuSiターゲットを用いて反応性スパッタにより成膜してその特性を評価した。   Therefore, a RuSiN film was actually formed by reactive sputtering using a RuSi target and its characteristics were evaluated.

図5にその結果を示す。これはRuSiN膜をスパッタ法で形成した時の、窒素分圧と比抵抗の相関をあらわしている。このグラフからわかるように、RuSiN膜は窒素分圧10%で3000μΩcmあり、さらに窒素分圧を増加させることにより比抵抗を上げることが可能である。また窒素分圧12%で成膜した膜のTCRを評価したところ、−570ppm/℃程度と非常に小さいことがわかった。これらのことから、RuSiN膜は比抵抗が高いものでも、耐久性が非常に優れた膜であることがわかった。   FIG. 5 shows the result. This represents the correlation between the nitrogen partial pressure and the specific resistance when the RuSiN film is formed by sputtering. As can be seen from this graph, the RuSiN film has a nitrogen partial pressure of 10% and is 3000 μΩcm, and the specific resistance can be increased by further increasing the nitrogen partial pressure. Further, when the TCR of the film formed at a nitrogen partial pressure of 12% was evaluated, it was found that it was as small as about -570 ppm / ° C. From these facts, it was found that the RuSiN film is a film having excellent durability even though the specific resistance is high.

ところで、我々はこのRuSiN膜について、窒素分圧が6%の条件で成膜した場合の特性再現性について検討した。その結果同一条件での成膜を30回連続で繰り返した結果、比抵抗値が最大+12%程度ばらつく事を見出した。この現象について原因究明を行ったところ、成膜した膜中から酸素が検出され、この酸素量のばらつきがそのまま比抵抗のばらつきになることが判明した。これは真空に排気した時のバックグランド中に存在しているH2Oが分解して膜中に取り込まれると考えられるが、このバックグランドが変動した場合このH2O量が変動してその結果として酸素量のばらつきとなる。そこで我々はRuSiN膜を成膜する時に1.0〜2.0%程度の酸素を添加することで、膜中の酸素量を制御できることを実験的に検証することが出来た。さらに、酸素を添加した条件で繰り返し成膜した場合の比抵抗値の再現性は、酸素を添加しない場合にくらべ向上して、ばらつきの程度が5%前後に改善することが分かった。   By the way, we investigated the reproducibility of the characteristics when this RuSiN film was formed under the condition that the nitrogen partial pressure was 6%. As a result, the film formation under the same condition was repeated 30 times, and as a result, the specific resistance value was found to vary by about + 12% at the maximum. As a result of investigating the cause of this phenomenon, it was found that oxygen was detected in the deposited film, and that the variation in the oxygen amount directly became the variation in specific resistance. This is considered that H2O existing in the background when evacuated to vacuum is decomposed and taken into the film. When the background fluctuates, the amount of H2O fluctuates and as a result, the amount of oxygen Variation. Therefore, we have experimentally verified that the amount of oxygen in the film can be controlled by adding about 1.0 to 2.0% oxygen when forming the RuSiN film. Further, it was found that the reproducibility of the specific resistance value when the film was repeatedly formed under the condition of adding oxygen was improved as compared with the case where oxygen was not added, and the degree of variation was improved to around 5%.

本発明の発熱抵抗体膜は、RuSiONで表せる材料を発熱抵抗体として用いたものである。本発明のRuSiONは、RuSiターゲットを用いて、アルゴンガス中に窒素ガスと酸素ガスとを添加することで得ることができる。この際酸素ガスは、1.0〜2.0%程度を添加することが好ましい。   The heating resistor film of the present invention uses a material expressed by RuSiON as a heating resistor. The RuSiON of the present invention can be obtained by adding a nitrogen gas and an oxygen gas to an argon gas using a RuSi target. At this time, it is preferable to add about 1.0 to 2.0% of oxygen gas.

反応性スパッタリング法により形成されたRuSiONは、その後熱処理することが好ましい。熱処理することにより、RuSiON膜中にRuSi1.5からなる金属シリサイドが生成され、この金属間化合物が熱的に安定であることや、TCRが小さいことで耐久性が更に向上している。これらの事から、RuとSiの組成比としては、1:1.5〜2に近いことが好ましく、Ru:15〜30at%、Si:35〜60at%、O:1〜10at%、N:10〜50at%であることがより好ましい。 It is preferable that the RuSiON formed by the reactive sputtering method is subsequently heat-treated. By performing the heat treatment, a metal silicide composed of RuSi 1.5 is generated in the RuSiON film, and the durability is further improved because the intermetallic compound is thermally stable and the TCR is small. From these facts, the composition ratio of Ru and Si is preferably close to 1: 1.5 to 2, Ru: 15-30 at%, Si: 35-60 at%, O: 1-10 at%, N: More preferably, it is 10-50 at%.

熱処理は、スパッタ時の基板温度を400℃程度まで昇温し、成膜速度を遅くする、あるいは成膜後400℃程度の高温で温度処理を行うあるいはRuSiN膜を発熱抵抗体として用いたインクジェットヘッドを用いて描画する際に印加するパルスと同等の条件のパルスを発熱抵抗体に印加することで行うこともできる。   Heat treatment is performed by raising the substrate temperature during sputtering to about 400 ° C., slowing the film formation rate, or performing temperature treatment at a high temperature of about 400 ° C. after film formation, or using an RuSiN film as a heating resistor. It is also possible to apply a pulse having the same condition as that of a pulse applied when drawing with using a heating resistor.

RuSiN膜を形成後、例えば、フォトレジストをマスクにエッチングすることで所望の形状にした後、互いに絶縁された1対の電極層端部間にReSiN膜を露出させることで、1対の電極が所定の間隔を持った発熱抵抗体素子が形成される。   After the RuSiN film is formed, for example, the photoresist is used as a mask to form a desired shape, and then the ReSiN film is exposed between the ends of the pair of electrode layers insulated from each other. A heating resistor element having a predetermined interval is formed.

以下に、本発明の実施の形態を、複数の実施例に基づいて詳細に説明する。但し、本発明は、以下に説明する各実施例のみに限定されるものでなく、本発明の目的を達成し得るものであれば他の用途に使用される抵抗体薄膜にも適用できることは勿論である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on a plurality of examples. However, the present invention is not limited only to each example described below, and can be applied to a resistor thin film used for other applications as long as the object of the present invention can be achieved. It is.

次に本発明の詳細について、図面を参照して説明する。   Next, details of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の一実施例に係わるインクジェットヘッドを、図1を用いて説明する。図1は、インクジェットヘッドのインクを発泡させる発熱部の基板要部の概略平面図であり、図2は、図1のX−X’に沿って基板面に垂直に切断した時の模式的な切断面部分図である。   An ink jet head according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic plan view of a main part of a substrate of a heat generating part for foaming ink of an inkjet head, and FIG. 2 is a schematic view when cut perpendicularly to the substrate surface along XX ′ of FIG. FIG.

本発明実施例における発熱抵抗体2004は、各種成膜法で作製可能であるが一般的には電源として高周波(RF)電源、または直流(DC)電源を用いたマグネトロンスパッタリング法により形成される。   The heating resistor 2004 in the embodiment of the present invention can be manufactured by various film forming methods, but is generally formed by a magnetron sputtering method using a radio frequency (RF) power source or a direct current (DC) power source as a power source.

図4は、上記発熱抵抗層2004を成膜するスパッタリング装置の概要を示す。図4に示すスパッタリング装置は、あらかじめ所定の組成に作製されたRu−Siからなるターゲット4001、平板マグネット4002、基板への成膜を制御するシャッター4011、基板ホルダー4003、基板4004およびターゲット4001と基板ホルダー4003に接続された電源4006で構成されている。   FIG. 4 shows an outline of a sputtering apparatus for forming the heating resistor layer 2004. The sputtering apparatus shown in FIG. 4 includes a target 4001 made of Ru—Si, a flat magnet 4002, a shutter 4011 that controls film formation on a substrate, a substrate holder 4003, a substrate 4004, and a target 4001 and a substrate that are made in advance with a predetermined composition. The power source 4006 is connected to the holder 4003.

さらに、図4に示すスパッタリング装置は、成膜室4009の外周壁を囲んで設けられた外部ヒーター4008を有している。該外部ヒーター4008は、成膜室4009の雰囲気温度を調節するのに使用される。基板ホルダー4003の裏面には、基板の温度制御を行う内部ヒーター4005が設けられている。基板4004の温度制御は、外部ヒーター4008を併用して行うことが好ましい。
図4の装置を用いたRuSiON膜の成膜は、以下の様に行われる。
Further, the sputtering apparatus illustrated in FIG. 4 includes an external heater 4008 provided to surround the outer peripheral wall of the film formation chamber 4009. The external heater 4008 is used to adjust the atmospheric temperature of the film formation chamber 4009. On the back surface of the substrate holder 4003, an internal heater 4005 for controlling the temperature of the substrate is provided. The temperature control of the substrate 4004 is preferably performed using an external heater 4008 in combination.
The formation of the RuSiON film using the apparatus of FIG. 4 is performed as follows.

まず、不図示の排気ポンプを用いて排気用バルブ4007を用いて成膜室4009を1×10-5〜1×10-6Paまで排気する。次いで、アルゴンガスと窒素ガス及び酸素ガスからなる混合ガスを、マスフローコントローラー(不図示)を介してガス導入口4010から成膜室4009に導入する。この時、上記基板温度及び雰囲気温度が所定の温度になるように内部ヒーター4005、外部ヒーター4008を調節する。 First, the film formation chamber 4009 is evacuated to 1 × 10 −5 to 1 × 10 −6 Pa using an exhaust valve 4007 using an unillustrated exhaust pump. Next, a mixed gas including argon gas, nitrogen gas, and oxygen gas is introduced into the film formation chamber 4009 from the gas introduction port 4010 via a mass flow controller (not shown). At this time, the internal heater 4005 and the external heater 4008 are adjusted so that the substrate temperature and the ambient temperature become predetermined temperatures.

次に、電源4006からターゲット4001にパワーを印加してスパッタリング放電を行い、シャッター4011を調節して、基板4004の上に薄膜を形成させる。   Next, power is applied from the power source 4006 to the target 4001 to perform sputtering discharge, and the shutter 4011 is adjusted to form a thin film over the substrate 4004.

上記発熱抵抗体の成膜は、RuSiからなる合金ターゲットを用いた反応性スパッタリング法で形成する方法について説明した。   The method of forming the heating resistor by the reactive sputtering method using an alloy target made of RuSi has been described.

本実施例においては、図4に示した装置を使用し、上述した成膜方法により各種の成膜条件で本発明の発熱抵抗体膜を作製した。
<実施例1>
以下、本発明の具体的な第1の実施例について説明する。
In this example, the heating resistor film of the present invention was produced under various film forming conditions by using the apparatus shown in FIG.
<Example 1>
The first specific example of the present invention will be described below.

図2において、一部既述のように、シリコン基板2001上に熱酸化により膜厚1.8μmの蓄熱層2002を形成し、更に蓄熱層を兼ねる層間膜2003として、SiO2膜をプラズマCVD法により膜厚1.2μmに形成した。次に、発熱抵抗層2004としてRuSiON膜を膜厚40nm形成した。   In FIG. 2, a heat storage layer 2002 having a thickness of 1.8 μm is formed on a silicon substrate 2001 by thermal oxidation as described above, and an SiO 2 film is formed by plasma CVD as an interlayer film 2003 that also serves as a heat storage layer. The film thickness was 1.2 μm. Next, a RuSiON film having a thickness of 40 nm was formed as the heating resistor layer 2004.

この時のガス流量は、Arガス72sccm、N2ガス7sccm、酸素ガス1sccmとし、ターゲットRu29Si71に投入するパワーは400Wとし、基板温度200℃で行った。 The gas flow rate at this time was Ar gas 72 sccm, N 2 gas 7 sccm, oxygen gas 1 sccm, the power supplied to the target Ru 29 Si 71 was 400 W, and the substrate temperature was 200 ° C.

更に、熱作用部2008で発熱抵抗層2004を加熱するための金属配線2005として、Al−Cu膜を550nmスパッタリング法により形成した。   Further, an Al—Cu film was formed by a 550 nm sputtering method as the metal wiring 2005 for heating the heat generating resistor layer 2004 by the heat acting portion 2008.

これを、フォトリソ法を用いて感光体によりパターン形成し、Al−Cu層を取り除いた15μm×40μmの熱作用部2008を形成した。保護膜2006としては、プラズマCVD法によりSiN膜を1μmの膜厚に形成した。本実施例ではこの時基板温度400℃で約1時間保持することで熱処理を兼ねた。最後に耐キャビテーション層2007としてスパッタリング法によりTa膜を膜厚200nm形成し、本発明の基体を得た。上記形状の発熱抵抗層のシート抵抗値は、710Ω/□であった。TCR特性は−450ppm/℃程度である。   This was patterned by a photoconductor using a photolithographic method to form a 15 μm × 40 μm thermal action section 2008 from which the Al—Cu layer was removed. As the protective film 2006, a SiN film having a thickness of 1 μm was formed by plasma CVD. In this example, the substrate temperature was kept at 400 ° C. for about 1 hour at this time, which also served as a heat treatment. Finally, a Ta film having a thickness of 200 nm was formed as the anti-cavitation layer 2007 by a sputtering method to obtain a substrate of the present invention. The sheet resistance value of the heating resistor layer having the above shape was 710Ω / □. The TCR characteristic is about -450 ppm / ° C.

またRuSiONの組成比はRu:22at%、Si:42at%、N:32at%、O:4at%であった。
<比較例1>
発熱抵抗層2004を、次のように変更する以外は、実施例1と同様に作製することにより比較例1の基体を得た。すなわち、Taターゲットを用いた反応性スパッタリング法により膜厚100nmのTaN0.8膜を形成した。この時のガス流量は、Arガス64sccm、N2ガス16sccm、窒素ガス分圧20%とし、Taターゲットへの投入パワー350W、基板温度200℃で行った。発熱抵抗層のシート抵抗値は25Ω/□であった。
<評価1>
上記実施例1及び比較例1として作製された基体を用いて、インクを吐出する発泡電圧Vthを求めた。このVthに対して、1.2Vth(発泡電圧の1.2倍)を駆動電圧として、駆動パルス幅2μsec.で駆動させた時の電流値を測定した。
The composition ratio of RuSiON was Ru: 22 at%, Si: 42 at%, N: 32 at%, and O: 4 at%.
<Comparative Example 1>
A substrate of Comparative Example 1 was obtained by manufacturing in the same manner as in Example 1 except that the heating resistance layer 2004 was changed as follows. That is, a TaN0.8 film having a film thickness of 100 nm was formed by a reactive sputtering method using a Ta target. At this time, the gas flow rate was set to Ar gas of 64 sccm, N 2 gas of 16 sccm, nitrogen gas partial pressure of 20%, power to be applied to the Ta target of 350 W, and substrate temperature of 200 ° C. The sheet resistance value of the heating resistance layer was 25Ω / □.
<Evaluation 1>
Using the substrates prepared as Example 1 and Comparative Example 1, the foaming voltage Vth for discharging ink was determined. With respect to this Vth, a driving pulse width of 2 μsec. The current value when driven by was measured.

すなわち、実施例1では、Vth=37V、電流値は28mAであったのに対し、比較例1ではVth=9.9V、電流値は120mAであった。この結果から、本発明の実施例1と比較例1の基体を比較すると、電流値は比較例に比べ約1/4となっている。実際のヘッド形態では、同時に駆動させる発熱抵抗体数は複数あるので、比較例に比べてはるかに消費電力が少なくなり、省エネ効果が得られることが理解されよう。
更に、以下の条件で発熱抵抗体を駆動させ、破断パルスによる熱ストレス耐久評価をおこなった。
That is, in Example 1, Vth = 37V and the current value was 28 mA, while in Comparative Example 1, Vth = 9.9V and the current value was 120 mA. From this result, when the substrate of Example 1 of the present invention and the substrate of Comparative Example 1 are compared, the current value is about ¼ that of the Comparative Example. In the actual head form, since there are a plurality of heating resistors to be driven at the same time, it will be understood that the power consumption is much smaller than that of the comparative example, and an energy saving effect is obtained.
Furthermore, the heat generating resistor was driven under the following conditions, and thermal stress durability evaluation by a break pulse was performed.

発熱抵抗体の駆動条件を下記に示す。   The driving conditions for the heating resistor are shown below.

駆動周波数:15KHz
駆動電圧:発泡電圧×1.2、駆動パルス幅:1μsec.
その結果、比較例では6.0×107パルスで破断したのに対し、実施例1では2.8×109パルスまで破断しなかった。このように、本発明の実施例の基体では短いパルス駆動に対しても十分耐えられることがわかる。
<実施例2>
発熱抵抗層2004を、次のように変更する以外は、前記実施例1と同様に作製することにより、図2で示される基体2000を得た。すなわち、成膜時に導入するガスの分圧を変更した。Arガス70.3sccm、N2ガス8.4sccm、酸素ガス1.3sccmに変えて導入し、反応性スパッタリング法により膜厚40nmのRuSiON膜を形成した。ターゲット投入パワーは、Ru29Si71ターゲットに350Wとし、基板温度200℃で行った。発熱抵抗層のシート抵抗値は1100Ω/□であった。TCR特性は−590ppm/℃である。
Drive frequency: 15KHz
Drive voltage: foaming voltage × 1.2, drive pulse width: 1 μsec.
As a result, in the comparative example, the fracture occurred at 6.0 × 10 7 pulses, whereas in Example 1, the fracture did not occur until 2.8 × 10 9 pulses. Thus, it can be seen that the substrate of the embodiment of the present invention can sufficiently withstand short pulse driving.
<Example 2>
A substrate 2000 shown in FIG. 2 was obtained by producing the heating resistance layer 2004 in the same manner as in Example 1 except that the heating resistance layer 2004 was changed as follows. That is, the partial pressure of the gas introduced during film formation was changed. An Ar gas of 70.3 sccm, N2 gas of 8.4 sccm, and oxygen gas of 1.3 sccm were introduced and a RuSiON film having a thickness of 40 nm was formed by reactive sputtering. The target input power was 350 W for a Ru 29 Si71 target, and the substrate temperature was 200 ° C. The sheet resistance value of the heating resistor layer was 1100 Ω / □. The TCR characteristic is -590 ppm / ° C.

またRuSiONの組成比はRu:19at%、Si:40at%、N:38at%、O:3at%であった。
<評価2>
評価1と同様にして、以上の実施例2で作製された基体の評価を行った。
その結果、実施例2の基体ではVth=39V、電流値は15mAであった。
また、破断パルスによる熱ストレス耐久評価では、1.0×109パルスまで破断しなかった。
The composition ratio of RuSiON was Ru: 19 at%, Si: 40 at%, N: 38 at%, and O: 3 at%.
<Evaluation 2>
In the same manner as in Evaluation 1, the substrate produced in Example 2 was evaluated.
As a result, in the substrate of Example 2, Vth = 39V and the current value was 15 mA.
Further, in the heat stress durability evaluation by the rupture pulse, the rupture was not broken up to 1.0 × 10 9 pulses.

評価1の結果と同じように、実施例2も、電流値が少なく省エネ効果に優れ、短いパルス駆動を行った場合でも耐久性に優れているものである。
<インクジェット用特性評価>
さらに、インクジェット記録ヘッド用基体の発熱抵抗体としての特性を評価するため、上述の実施例と同様にして図4に示した装置を使用し、上述した成膜方法により実施例1.2ともう1つ異なる成膜条件でRuSiON膜を有するインクジェット記録ヘッドを作成し、その特性を評価した。
<実施例3>
本実施例によるインクジェット特性としての評価を行う試料の基板は、Si基板あるいは既に駆動用のICを作り込んだSi基板を用いる。
Similar to the result of Evaluation 1, Example 2 also has a small current value and an excellent energy saving effect, and is excellent in durability even when short pulse driving is performed.
<Characteristic evaluation for inkjet>
Further, in order to evaluate the characteristics of the substrate for an ink jet recording head as a heating resistor, the apparatus shown in FIG. An ink jet recording head having a RuSiON film was prepared under one different film forming condition, and its characteristics were evaluated.
<Example 3>
As a sample substrate to be evaluated as ink jet characteristics according to this embodiment, a Si substrate or a Si substrate in which a driving IC is already formed is used.

Si基板の場合は、熱酸化法、スパッタ法、CVD法などによって膜厚1.8μmのSiO2の蓄熱層2002(図2)を形成し、ICを作り込んだSi基板も同様にその製造プロセス中で、SiO2の蓄熱層を形成しておく。 In the case of a Si substrate, a SiO 2 heat storage layer 2002 (FIG. 2) having a film thickness of 1.8 μm is formed by a thermal oxidation method, a sputtering method, a CVD method, or the like. Then, a heat storage layer of SiO 2 is formed.

次に、スパッタ法、CVD法などによってSiO2からなる膜厚1.2μmの層間絶縁膜2003を形成した。次いで、RuSiターゲットを用いたスパッタリング法により発熱抵抗層2004を形成した。ターゲットに投入するパワーは100Wとし、ガス流量は実施例1の条件で、基板温度400℃で行った。これは、成膜速度を非常に遅くして膜の結晶化を促進するためである。また基板温度もこのため400℃と高く設定した。 Next, an interlayer insulating film 2003 made of SiO 2 and having a thickness of 1.2 μm was formed by sputtering, CVD, or the like. Next, a heating resistance layer 2004 was formed by a sputtering method using a RuSi target. The power supplied to the target was 100 W, and the gas flow rate was the same as in Example 1 and the substrate temperature was 400 ° C. This is to accelerate the crystallization of the film by very slowing the film formation rate. For this reason, the substrate temperature was set as high as 400 ° C.

電極配線2005としてAl膜を550nmスパッタリング法により形成した。次に、フォトリソ法を用いてパターン形成し、Al膜を取り除いた20μm×30μmの熱作用部2008を形成した。次に保護膜2006としてプラズマCVD法によって、SiNから成る膜厚1μmの絶縁体を形成した。次に耐キャビテーション層2007としてスパッタリング法によりTa膜を膜厚230nm形成し、フォトリソ法により図1に示すような本発明のインクジェット用基体を作製した。   An Al film was formed as the electrode wiring 2005 by a 550 nm sputtering method. Next, a photolithography method was used to form a pattern, and a 20 μm × 30 μm thermal action section 2008 was formed from which the Al film was removed. Next, an insulator having a thickness of 1 μm made of SiN was formed as the protective film 2006 by plasma CVD. Next, a Ta film having a thickness of 230 nm was formed as the anti-cavitation layer 2007 by sputtering, and an ink jet substrate of the present invention as shown in FIG. 1 was prepared by photolithography.

このようにして作製された基体を用いてSST試験を行った。このSST試験とは、駆動周波数15KHz、駆動パルス幅1μsec.のパルス信号を与え、吐出を開始する発泡開始電圧Vthを求める。その後、印加電圧をVthから0.05V毎に上げていきながら、駆動周波数15KHzでそれぞれ1×105パルスを断線するまで印加し、この断線した時の破断電圧Vbを求める。この発泡開始電圧Vthと破断電圧Vbとの比を破断電圧比Kb(=Vb/Vth)と呼ぶ。この破断電圧比Kbが大きいほど発熱抵抗体の耐熱性に優れていることを示す。評価の結果、Kb=1.50が得られた。   An SST test was performed using the substrate thus prepared. This SST test includes a drive frequency of 15 KHz and a drive pulse width of 1 μsec. To obtain the foaming start voltage Vth at which ejection is started. Thereafter, while increasing the applied voltage from Vth every 0.05 V, 1 × 105 pulses are applied at a driving frequency of 15 KHz until disconnection, and the break voltage Vb at the time of disconnection is obtained. The ratio between the foaming start voltage Vth and the breaking voltage Vb is referred to as a breaking voltage ratio Kb (= Vb / Vth). It shows that it is excellent in the heat resistance of a heating resistor, so that this rupture voltage ratio Kb is large. As a result of the evaluation, Kb = 1.50 was obtained.

次に、駆動電圧Vop=1.3×Vthにおいて、駆動周波数15KHz、駆動パルス幅1μsec.、1.0×109パルスの連続したパルスを印加し、初期の発熱抵抗体の抵抗値R0、パルス印加後の抵抗値Rとした時、抵抗値変化率(R−R0)/R0を求めた(CST試験)。その結果、抵抗値変化率ΔR/R0=+3.5%(ΔR=R−R0)が得られた。
<実施例4>
本実施例によるインクジェット特性としての評価を行う試料の基板は、実施例3と同様にSi基板あるいは既に駆動用のICを作り込んだSi基板を用いる。
Next, at a drive voltage Vop = 1.3 × Vth, a drive frequency of 15 KHz and a drive pulse width of 1 μsec. When the resistance value R 0 of the initial heating resistor is applied as a resistance value R after the pulse application, a resistance value change rate (R−R 0 ) / R 0 is applied. (CST test). As a result, a resistance value change rate ΔR / R 0 = + 3.5% (ΔR = R−R 0 ) was obtained.
<Example 4>
As the substrate of the sample to be evaluated as the ink jet characteristics according to this embodiment, the Si substrate or the Si substrate in which the driving IC is already formed is used as in the third embodiment.

Si基板の場合は、熱酸化法、スパッタ法、CVD法などによって膜厚1.8μmのSiO2の蓄熱層2002(図2)を形成し、ICを作り込んだSi基板も同様にその製造プロセス中で、SiO2の蓄熱層を形成しておく。 In the case of a Si substrate, a SiO 2 heat storage layer 2002 (FIG. 2) having a film thickness of 1.8 μm is formed by a thermal oxidation method, a sputtering method, a CVD method, or the like. Then, a heat storage layer of SiO 2 is formed.

次に、スパッタ法、CVD法などによってSiO2からなる膜厚1.2μmの層間絶縁膜2003を形成した。次いで、RuSiターゲットを用いたスパッタリング法により発熱抵抗層2004を形成した。ターゲットに投入するパワーは350Wとし、ガス流量は実施例1の条件で、基板温度200℃で行った。 Next, an interlayer insulating film 2003 made of SiO 2 and having a thickness of 1.2 μm was formed by sputtering, CVD, or the like. Next, a heating resistance layer 2004 was formed by a sputtering method using a RuSi target. The power input to the target was 350 W, and the gas flow rate was the same as in Example 1 and the substrate temperature was 200 ° C.

電極配線2005としてAl−Si膜を550nmスパッタリング法により形成した。次に、フォトリソ法を用いて法を用いて感光体からなるパターン形成し、Al−Si膜を取り除いた20μm×30μmの熱作用部2008を形成した。次に保護膜2006としてプラズマCVD法によって、SiNからなる膜厚1μmの絶縁体を形成した。この場合も基板温度を400℃で約1時間保持することで熱処理を兼ねた。次に耐キャビテーション層2007としてスパッタリング法によりTa膜を膜厚230nm形成し、フォトリソ法により図1に示すような本発明のインクジェット用基体を作製した。   An Al—Si film was formed as the electrode wiring 2005 by a 550 nm sputtering method. Next, a photolitho method was used to form a pattern made of a photoconductor, and a 20 μm × 30 μm heat acting portion 2008 was formed by removing the Al—Si film. Next, an insulator having a film thickness of 1 μm made of SiN was formed as the protective film 2006 by plasma CVD. Also in this case, the substrate temperature was kept at 400 ° C. for about 1 hour to double the heat treatment. Next, a Ta film having a thickness of 230 nm was formed as the anti-cavitation layer 2007 by sputtering, and an ink jet substrate of the present invention as shown in FIG. 1 was prepared by photolithography.

このようにして作製された基体を用いてSST試験を行った。このSST試験とは、駆動周波数15KHz、駆動パルス幅1μsec.のパルス信号を与え、吐出を開始する発泡開始電圧Vthを求める。その後、印加電圧をVthから0.05V毎に上げていきながら、駆動周波数15KHzでそれぞれ1×105パルスを断線するまで印加し、この断線した時の破断電圧Vbを求める。この発泡開始電圧Vthと破断電圧Vbとの比を破断電圧比Kb(=Vb/Vth)と呼ぶ。この破断電圧比Kbが大きいほど発熱抵抗体の耐熱性に優れていることを示す。評価の結果、Kb=1.55が得られた。 An SST test was performed using the substrate thus prepared. This SST test includes a drive frequency of 15 KHz and a drive pulse width of 1 μsec. To obtain the foaming start voltage Vth at which ejection is started. Thereafter, while increasing the applied voltage from Vth every 0.05V, 1 × 10 5 pulses are applied at a driving frequency of 15 KHz until disconnection, and the break voltage Vb at the time of disconnection is obtained. The ratio between the foaming start voltage Vth and the breaking voltage Vb is referred to as a breaking voltage ratio Kb (= Vb / Vth). It shows that it is excellent in the heat resistance of a heating resistor, so that this rupture voltage ratio Kb is large. As a result of the evaluation, Kb = 1.55 was obtained.

次に、駆動電圧Vop=1.3×Vthにおいて、駆動周波数15KHz、駆動パルス幅1μsec.、1.0×109パルスの連続したパルスを印加し、初期の発熱抵抗体の抵抗値R0、パルス印加後の抵抗値Rとした時、抵抗値変化率(R−R0)/R0を求めた(CST試験)。その結果、抵抗値変化率ΔR/R0=+4.1%(ΔR=R−R0)が得られた。
<実施例5>
発熱抵抗層2004を実施例2に示すような条件で形成する以外は実施例4と同様にしてインクジェットヘッド用基体を作製した。また、この基体を用いて実施例4と同様にしてSST試験、CST試験を行った。この場合は耐久試験前に熱処理として駆動電圧Vop=1.4×Vth、駆動周波数15KHz、駆動パルス1μsec、1.0×103パルスを印加した。
Next, at a drive voltage Vop = 1.3 × Vth, a drive frequency of 15 KHz and a drive pulse width of 1 μsec. , 1.0 × 10 9 pulses are applied continuously, and the resistance value R 0 of the initial heating resistor is set to the resistance value R after the pulse application, and the resistance value change rate (R−R 0 ) / R 0 was determined (CST test). As a result, a resistance value change rate ΔR / R 0 = + 4.1% (ΔR = R−R 0 ) was obtained.
<Example 5>
A substrate for an ink jet head was produced in the same manner as in Example 4 except that the heating resistance layer 2004 was formed under the conditions as shown in Example 2. Further, using this substrate, an SST test and a CST test were conducted in the same manner as in Example 4. In this case, a driving voltage Vop = 1.4 × Vth, a driving frequency of 15 KHz, a driving pulse of 1 μsec, and a 1.0 × 10 3 pulse were applied as heat treatment before the durability test.

その結果、Kb=1.58が得られた。次に、駆動電圧Vop=1.3×Vthにおいて、駆動周波数15KHz、駆動パルス幅1μsec.、1.0×109パルスの連続したパルスを印加し、初期の発熱抵抗体の抵抗値R0、パルス印加後の抵抗値Rとした時、抵抗値変化率(R−R0)/R0を求めた(CST試験)。その結果、抵抗値変化率ΔR/R0=+4.3%(ΔR=R−R0)が得られた。 As a result, Kb = 1.58 was obtained. Next, at a drive voltage Vop = 1.3 × Vth, a drive frequency of 15 KHz and a drive pulse width of 1 μsec. , 1.0 × 10 9 pulses are applied continuously, and the resistance value R 0 of the initial heating resistor is set to the resistance value R after the pulse application, and the resistance value change rate (R−R 0 ) / R 0 was determined (CST test). As a result, a resistance value change rate ΔR / R 0 = + 4.3% (ΔR = R−R 0 ) was obtained.

本発明のインクジェットヘッドの基板を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the board | substrate of the inkjet head of this invention. 図1をX−X■の一点鎖線で垂直に切断したときの基板の断面図である。It is sectional drawing of a board | substrate when FIG. 1 is cut | disconnected perpendicularly by the dashed-dotted line of XX. ヒーターサイズの違いによる各種駆動条件を説明する図である。It is a figure explaining the various drive conditions by the difference in heater size. 本発明のインクジェット記録ヘッド用基体の各層を成膜する成膜装置である。1 is a film forming apparatus for forming each layer of a substrate for an ink jet recording head of the present invention. RuSiN膜の窒素分圧と比抵抗との相関をしめすグラフである。It is a graph which shows the correlation with the nitrogen partial pressure and specific resistance of a RuSiN film.

符号の説明Explanation of symbols

1001 吐出口
1002 電気熱変換素子
1003 インク流路
1004 基板
1005 発熱抵抗体
1006 電極配線
1007 絶縁膜
1008 流路壁
1009 共通液室
2000 基体
2001 シリコン基板
2002 蓄熱層
2003 層間膜
2004 発熱抵抗層
2005 金属配線
2006 保護層
2007 耐キャビテーション膜
2008 熱作用部
4001 ターゲット
4002 平板マグネット
4003 基板ホルダー
4004 基板
4005 内部ヒーター
4006 電源
4007 排気ポンプ
4008 外部ヒーター
4009 成膜室
4010 ガス導入口
4011 シャッター
1001 Discharge port 1002 Electrothermal conversion element 1003 Ink flow path 1004 Substrate 1005 Heating resistor 1006 Electrode wiring 1007 Insulating film 1008 Channel wall 1009 Common liquid chamber 2000 Base 2001 Silicon substrate 2002 Heat storage layer 2003 Interlayer film 2004 Heating resistance layer 2005 Metal wiring 2006 Protective layer 2007 Anti-cavitation film 2008 Heat acting part 4001 Target 4002 Flat magnet 4003 Substrate holder 4004 Substrate 4005 Internal heater 4006 Power source 4007 Exhaust pump 4008 External heater 4009 Deposition chamber 4010 Gas inlet 4011 Shutter

Claims (5)

組成比がRu:15〜30at%、Si:35〜60at%、O:1〜10at%、N:10〜50at%であり、これらで100at%となるか、またはほぼ100at%となることを特徴とする発熱抵抗体膜。   The composition ratio is Ru: 15-30 at%, Si: 35-60 at%, O: 1-10 at%, N: 10-50 at%, and these are 100 at% or almost 100 at%. Heating resistor film. インクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生する複数の発熱抵抗体を有するインクジェットヘッドにおいて、前記発熱抵抗体が請求項1に記載の発熱抵抗体膜であることを特徴とするインクジェットヘッド。   An inkjet head having a plurality of heating resistors for generating thermal energy used for ejecting ink, wherein the heating resistor is the heating resistor film according to claim 1. インクを吐出するインク吐出口と、インクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生する複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体を内包するとともに前記インク吐出口に連通するインク流路と、を有するインクジェットヘッドの製造方法において、
前記請求項1または2に記載の発熱抵抗体薄膜を、窒素ガス、酸素ガス、及びアルゴンガスからなる混合ガス雰囲気中で、RuSiをターゲットとして反応性スパッタリング法により形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
An ink ejection port for ejecting ink; a plurality of heating resistors for generating thermal energy used for ejecting ink; an ink flow path containing the heating resistor and communicating with the ink ejection port; In the manufacturing method of the inkjet head having
3. An ink jet head, wherein the heating resistor thin film according to claim 1 is formed by a reactive sputtering method using RuSi as a target in a mixed gas atmosphere composed of nitrogen gas, oxygen gas, and argon gas. Manufacturing method.
請求項3に記載の発熱抵抗体膜を形成後、熱処理を行うことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。   A method for manufacturing an ink-jet head, comprising performing heat treatment after forming the heating resistor film according to claim 3. 前記熱処理が、前記発熱抵抗体膜にインクジェットヘッドに実際に使用する電気パルスと同等の電気パルスを印加することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。   The method of manufacturing an ink-jet head, wherein the heat treatment applies an electric pulse equivalent to an electric pulse actually used for the ink-jet head to the heating resistor film.
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