高抵抗ヒータ膜を有するマイクロ流体噴出装置
マイクロ流体噴出ヘッド用半導体基板。この基板は、該基板上に配置された複数の流体噴出アクチュエータを含む。それら流体噴出アクチュエータの各々は、薄膜ヒータと該ヒータと隣接する１つ或はそれ以上の保護層とを含む薄いヒータ・スタックを含む。前記薄膜ヒータが、ＡｌＮ、ＴａＮ、並びに、ＴａＡｌ合金から本質的に成るナノ-結晶世構造を有するタンタル・アルミニウム窒素薄膜材料から構成され、その薄膜材料が約３０から約１００オーム／スクエアまでの範囲のシート抵抗を有する。薄膜材料は、約３０から約７０原子％までのタンタル、約１０から約４０原子％までのアルミニウム、並びに、約５から約３０原子％の窒素を含有することから成る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ流体噴出装置に関し、特に高抵抗ヒータ膜を含む噴出装置に対する噴出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット・プリンタ等のマイクロ流体噴出装置は、レーザプリンタの代わりの経済的な代替として広範な受け入れを経験し続けている。マイクロ流体噴出装置は、医療、化学、並びに、機械の分野等の他の分野でも広範な適用を見出している。マイクロ流体噴出装置の能力はより高い噴出速度を提供すべく増大されているので、マイクロ流体装置の主要構成要素である噴出ヘッドは進化し且つより複雑となってきている。噴出ヘッドの複雑性が増大すればするほど、噴出ヘッドを製造するコストが増大する。それにもかかわらず、増大された品質及びより高いスループット率を含む向上された能力を有するマイクロ流体噴出装置が引き続き必要とされている。印刷品質及び価格に対する競合圧力は、より経済的な方式で向上された能力を伴う噴出ヘッドを作り出す引き続く必要性を促進している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
先行する目的及び長所やその他の目的及び長所等に対して、マイクロ流体噴出ヘッドに対する半導体基板が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この基板は、当該基板上に配置された複数の流体噴出アクチュエータを含む。それら流体噴出アクチュエータの各々は、薄膜ヒータと該ヒータに隣接した１つ或はそれ以上の保護層を有する薄層ヒータ・スタックを含む。その薄膜ヒータは、本質的には、ＡｌＮ、ＴａＮ、並びに、ＴａＡｌ合金から成るナノ結晶構造を有するタンタル・アルミニウム窒素薄膜材料から構成され、約３０から約１００オーム／スクエアまでの範囲のシート抵抗を有する。この薄膜材料は、約３０から約７０原子％のタンタル、約１０から約４０原子％のアルミニウム、並びに、約５から約３０原子％の窒素を含有する。
別の実施例において、マイクロ流体噴出装置に対する流体噴出器ヘッドを作製するプロセス（方法）が提供されている。このプロセスは、半導体基板を提供する段階と、該基板上に薄膜抵抗層を配置して複数の薄膜ヒータを提供する段階とを含む。この薄膜抵抗層は、ＡｌＮ、ＴａＮ、並びに、ＴａＡｌ合金から成るナノ結晶構造を有するタンタル・アルミニウム窒素薄膜材料であり、約３０から約１００オーム／スクエアの範囲のシート抵抗を有する。この抵抗層は、約３０から約７０原子％のタンタル、約１０から約４０原子％のアルミニウム、並びに、約５から約３０原子％の窒素を含有する。導電体層がその薄膜ヒータ上に配置され、その薄膜ヒータとのアノード連結部及びカソード連結部を画成すべくエッチングされる。不動態層、誘電体、接着層、並びに、キャビテーション層から選択された１つ或はそれ以上の層が薄膜ヒータ及び導電体層の上に配置される。ノズル・プレートが半導体基板に結着されて流体噴出器ヘッドを提供する。
【０００５】
更に別の実施例において、薄膜抵抗体を作製する方法が提供される。この方法は、半導体基板を提供することと、該基板を略室温以上から約３５０℃までの範囲の温度まで加熱することとを含む。約５０から約６０原子％タンタルと、約４０から約５０原子％のアルミニウムを含有するタンタル・アルミニウム合金ターゲットは、基板に上に反応性スパッタリングされる。このスパッタリング段階中、窒素ガスの流量とアルゴン・ガスの流量とは、窒素対アルゴンの流量比約０．１：１から約０．４：１までの範囲となるように提供される。このスパッタリング段階は、薄膜抵抗体が約３００から約３０００Å（オングストローム）の範囲の厚みを伴って基板上に配置されると終了される。薄膜抵抗体は、約３０から約７０原子％タンタル、約１０から約４０原子％アルミニウム、並びに、約５から約３０原子％窒素を含有するＴａＡｌＮ合金であり、基板に対して略均一なシート抵抗を有する。
【０００６】
本発明の特定の実施例の長所等は、より低い動作電流を必要とする共に、ヒータ寿命にわたって相対的に一定の抵抗を維持しながら、実質的により高い周波数で動作され得るサーマル噴射ヒータを有する改善されたマイクロ流体噴射ヘッドを提供することを含み得る。またこの噴射ヒータは、より小さな駆動トランジスタで抵抗体を駆動させることができる増大された抵抗をも有し、それによって、ヒータを駆動すべくアクティブな装置に必要とされる基板領域を潜在的に低減する。ヒータを駆動すべくアクティブな装置に必要とされる領域における低減はより小さな基板の使用を可能とでき、それによって装置のコストを潜在的に低減する。ここに記載された薄膜抵抗体を作製する製造方法の長所は、薄膜ヒータが堆積される基板の表面にわたって略均一なシート抵抗を有することを含み得ることである。
【０００７】
本発明の更なる長所等は、同様参照符号が幾つかの図面を通じて類似或は同様な要素を指示している本発明の１つ或はそれ以上の非限定的局面を図示している以下の図面と連携して考慮し、例示的実施例の詳細な記載を参照して明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１を参照すると、マイクロ流体噴出装置に対する流体カートリッジ１０が図示されている。このカートリッジ１０は、流体を流体噴出ヘッド１４に供給するカートリッジ・ボディ１２を含む。流体は、カートリッジ・ボディ１２内の貯蔵領域に含有され得るか、或は、遠隔ソースからカートリッジ・ボディまで供給され得る。
【０００９】
流体噴出ヘッド１４は、半導体基板１６と、ノズル穴２０を含むノズル・プレート１８とを含む。本発明の一実施例において、カートリッジがインクジェット・プリンタ２２（図２）等のマイクロ流体噴出装置に着脱自在に結着されることが好ましい。従って、電気的な接点２４は、マイクロ流体噴出装置への電気的接続部のためにフレキブル回路２６上に設けられる。フレキシブル回路２６は、流体噴出ヘッド１４の基板１６と接続されている電気的トレース２８を含む。
【００１０】
流体噴出ヘッド１４の一部の、実物大ではない、拡大断面図が図３に図示されている。一実施例において、流体噴出ヘッド１４は、基板１６とノズル穴２０との間のノズル・プレート１８に形成された流体チャンバー３２における流体を加熱するための流体噴出アクチュエータとして、サーマル加熱要素３０を好ましくは含有する。サーマル加熱要素３０は薄膜ヒータ抵抗体であり、例示的実施例において、以下により詳細に記載されるように、タンタル、アルミニウム、窒素の合金を構成されている。
【００１１】
流体は基板１６内の開口或はスロット３４を通じて、そして、該スロット３４を流体チャンバー３２と接続する流体チャネル３６を通じて流体チャンバー３２に提供される。ノズル・プレート１８は、接着層３８等によって、基板１６に接着性的に結着され得る。図３に描写されているように、流体チャンバー３２及び流体チャネル３６を含むフロー構成はノズル・プレート１８内に形成され得る。しかしながらこのフロー構成は別体の厚膜層内に設けられ得て、ノズル穴だけを含有するノズル・プレートはその厚膜層に結着され得る。例示的実施例において、流体噴出ヘッド１４はサーマル或は圧電性インクジェット印刷ヘッドである。しかしながら本発明は、インク以外の他の流体が本発明に従ったマイクロ流体噴出装置で噴出され得るように、インクジェット印刷ヘッドに限定させる意図はない。
【００１２】
再び図２を参照すれば、流体噴出装置はインクジェット・プリンタ２２であり得る。このプリンタ２２は、１つ或はそれ以上のカートリッジ１０を保持すると共に、ペーパ４２等の媒体４２にわたってカートリッジ１０を移動させてカートリッジ１０から流体をその媒体上に堆積するキャリッジ４０を含む。先に詳述したように、カートリッジ上の接点２４はキャリッジ４０上の接点と合致して、プリンタ２２及びカートリッジ１０の間に電気的な接続部を提供している。プリンタ２２内のマイクロ・コントローラは、媒体４２を横切るキャリッジ４０の移動を制御して、プリンタ２２の動作を制御するためのコンピュータ等の外部装置からのアナログ及び／或はディジタル入力を変換する。流体噴出ヘッド１４からの流体の噴出は、プリンタ２２内のコントローラと連携して流体噴出ヘッド１４上の論理回路によって制御される。
【００１３】
流体噴出ヘッド１４の実物大ではない平面図が図４に示されている。流体噴出ヘッド１４は、半導体基板１６と該基板と結着されたノズル・プレート１８とを含む。この半導体基板１６の各種装置領域のレイアウトが示され、論理回路４４、ドライバ・トランジスタ４６、並びに、ヒータ抵抗体３０に対する例示的な箇所を提供している。図４に示されるように、基板１６は単一スロット３４を含み、該スロット３４は当該スロット３４の両側に配置されているヒータ抵抗体３０にインク等の流体を提供する。しかしながら本発明は、単一スロット３４を有する基板１６、或は、スロット３４の両側に配置されたヒータ抵抗体３０等の流体噴出アクチュエータに限定されない。例えば、本発明に従った他の基板は多数のスロットを含み得て、それらスロットの一方側或は両側に配置された流体噴出アクチュエータを具備する。基板はスロット３４を含まなくともよく、それによって流体は基板１６の縁を巡ってアクチュエータに向かって流れる。単一スロット３４よりもむしろ、基板１６は、１つ或はそれ以上のアクチュエータ装置に対して１つずつと云うように、多数のスロット或は多数の開口を含み得る。ポリイミド等のインク抵抗性材料から形成されるノズル・プレート１８は、基板１６と結着される。
【００１４】
ドライバ・トランジスタ４６に対して必要とされる基板１６のアクティブ領域４８は、図５におけるアクティブ領域４８の平面図で詳細に図示されている。この図は典型的なヒータ・アレイとアクティブ領域４８の一部を表している。接地バス５０及び電力バス５２はアクティブ領域４６における装置やヒータ抵抗体３０に電力を供給すべく設けられている。
【００１５】
マイクロ流体噴出ヘッド１４に必要とされる基板１６のサイズを低減するために、（Ｗ）によって示されるドライバ・トランジスタ４６のアクティブ領域幅が低減される。例示的な実施例において、基板１６のアクティブ領域４８は、約１００から約４００ミクロンまでの範囲の幅寸法Ｗと、約６，３００ミクロンから約２６，０００ミクロンまでの範囲の全長寸法Ｄとを有する。ドライバ・トランジスタ４６は約１０ミクロンから約８４ミクロンまでの範囲のピッチで設けられている。
【００１６】
１つの例示的実施例において、半導体基板１６内における単一ドライバ・トランジスタ４６の領域は、約１００ミクロンから約４００ミクロン未満までの範囲のアクティブ領域幅（Ｗ）と、例えば約１５，０００μｍ２未満のアクティブ領域とを有する。より小さなアクティブ領域４６は約０．８ミクロンから約３ミクロン未満までの範囲のゲート長及びチャネル長を有するドライバ・トランジスタ４６の使用によって達成され得る。
【００１７】
しかしながらドライバ・トランジスタ４６の抵抗は、その幅Ｗと比例する。より小さなドライバ・トランジスタ４６の使用は、該ドライバ・トランジスタ４６の抵抗を増大する。よって、ヒータ抵抗とドライバ・トランジスタ抵抗との間の一定比を維持するために、ヒータ３０は比例的に増大され得る。より高い抵抗ヒータ３０の利益は、該ヒータがより少ない駆動電流を必要とすることを含むことができる。ヒータ３０の他の特徴との組み合わせで、本発明の一実施例はより高い効率と、より高い周波数動作のヘッド能力とを有する噴出ヘッド１４を提供することである。
【００１８】
より高い抵抗ヒータ３０を提供すべく幾つかの方法が存在する。１つのアプローチはより高い縦横比ヒータを用いことであり、即ち、その幅よりも充分に大きな長さを有するヒータを用いることである。しかしながらそうした高い縦横比設計は、流体チャンバー３２内に空気を捕獲させる傾向がある。高い抵抗ヒータ３０を提供する別のアプローチは、より高いシート抵抗を有する薄膜から形成されるヒータを提供することである。１つのそうした材料としてはＴａＮである。しかしながら比較的薄いＴａＮは、不充分なアルミニウム障害特性を有し、それによってマイクロ流体噴出装置に用いる他の材料よりも適合性がより低いものとしている。アルミニウム障害特性は、抵抗層が隣接トランジスタ装置に対する接触領域にわたって且つ該接触領域内に堆積させられる際、特に重要であり得る。保護装置無しで、接触領域内の例えばＴｉＷ無しで、薄膜ＴａＮは、接触金属として堆積されたアルミニウムと下側に横たわるシリコン基板との間の拡散を防止するには不充分である。
【００１９】
本発明の一実施例に従えば、例示的なヒータは、タンタル・アルミニウム、並びに、窒素から成る合金から形成された薄膜ヒータ３０である。先に記載された薄膜ＴａＮヒータとは対照的に、本発明のそうした実施例に従って形成された薄膜ヒータ３０も、より高い抵抗ヒータ３０を提供できる共に、アルミニウム接点及びシリコン基板の間の中間障害層の使用無しに隣接トランジスタ接触領域内に適切な障害層を提供できる。
【００２０】
薄膜ヒータ３０は、タンタル・アルミニウム合金ターゲットを窒素及びアルゴンのガスの存在下における基板１６上にスパッタリングすることによって提供され得る。一実施例において、タンタル・アルミニウム合金ターゲットは、好ましくは、約５０から約６０の原子％タンタルと、約４０から約５０の原子％アルミニウムとの範囲にある組成を有する。例示的実施例において、好ましくは、結果としての薄膜ヒータ３０は約３０から約７０の原子％タンタルの範囲の組成、より好ましくは、約５０から約６０の原子％タンタルと、約１０から約４０の原子％アルミニウム、更により好ましくは、約２０から約３０の原子％アルミニウムと、約５から約３０の原子％窒素との範囲の組成、より好ましくは、約１０から約２０の原子％窒素との範囲の組成を有する。例示的実施例に従った薄膜ヒータ３０のバルク抵抗性は、好ましくは、約３００から約１０００マイクロ・オーム・ｃｍまでの範囲である。
【００２１】
先に記載された特性を有するＴａＡｌＮヒータ３０を製造するために適切なスパッタリング条件が望まれる。例えば、一実施例において、基板１６は、スパッタリング段階中、室温以上まで、より好ましくは約１００℃から約３５０℃まで加熱され得る。また、窒素ガス対アルゴン・ガスの流量比、スパッタリング電力、並びに、ガス圧力は、好ましくは、比較的狭い範囲内である。一例示的プロセス（方法）において、窒素ガス対アルゴン・ガス流量比は、約０．１：１から約０．４：１までの範囲であり、スパッタリング電力は約４０から約２００キロワット／ｍ２であり、そして、圧力は約１から約２５ミリリットルまでの範囲である。本発明の一実施例に従ったＴａＡｌＮヒータ３０を提供する適切なスパッタリング条件は以下の表１に付与されている。
【００２２】
【表１】
【００２３】
先行するプロセスに従って形成されたヒータ３０は、約１０から約１００オーム／スクエアまでの範囲の基板１６の表面領域にわたる比較的均一なシート抵抗を示す。この薄膜ヒータ３０のシート抵抗は約２パーセント未満、より好ましくは約１．５パーセント未満の全基板表面にわたる標準偏差を有する。そうした均一抵抗率はヒータ３０を含む噴射ヘッド１４の品質を著しく改善する。先行するプロセスに従って形成されたヒータ３０は、約５パーセント未満の抵抗変化を伴って約８００℃までの高温ストレスを許容できる。本発明のそうした実施例に従って形成されたヒータ３０は、高電流ストレスをも許容できる。また、特許文献１に記載された常温基板上にバルク・タンタル及びアルミニウムのターゲットをスパッタリングすることによって形成されたＴａＡｌＮ抵抗体と異なり、本発明のそうした実施例に従って形成された薄膜ヒータ３０は、ＡｌＮ、ＴａＮ、並びに、ＴａＡｌ合金から本質的には成る実質的なモノ-結晶構造を有することを特徴とし得る。ヒータ抵抗体３０に対する材料としてＴａＡｌＮを用いることによって、ヒータ抵抗体３０を提供する層は隣接トランジスタ装置への接点に対する金属障害を提供すべく拡張され得て、メモリ装置及び他の用途に対する基板１６上のヒューズ材料として使用され得る。
【特許文献１】米国特許第４，０４２，４７９号、Ｙａｍａｇｕｃｈｉ等
【００２４】
先に記載されたプロセスに従って形成されたヒータ３０を含む例示的なヒータ・スタック５４を示す噴出ヘッド１４の一部のより詳細な図示は、図６に図示されている。ヒータ・スタック５４は、絶縁基板１６上に設けられる。第１層５６は、先に記載されたプロセスに従って基板１６上に堆積されるＴａＡｌＮから形成された薄膜抵抗体層である。
【００２５】
薄膜抵抗層５６の堆積後、金、アルミニウム、銅、並びに、その類等の導電性金属から形成された導電性層５８は、薄膜抵抗層５６上に堆積される。導電性層５８は当業者に既知である任意の適切厚みを有し得るが、例示的実施例においては、好ましくは約０．４から約０．６ミクロンまでの範囲の厚みを有する。導電性層５８の堆積後、この導電性層は抵抗層５６までのアノード５８Ａ及びカソード５８Ｂの接点を提供すべく、そして、アノード及びカソード５８Ａ，５８Ｂの間にヒータ抵抗体３０を画成すべくエッチングされる。
【００２６】
次いで不動態体層或は誘電体層６０は、ヒータ抵抗体３０、アノード及びカソード５８Ａ及び５８Ｂ上に堆積され得る。層６０は、炭素等のダイヤモンド、炭素等のドープされたダイヤモンド、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコン、シリコン・カーバイド、並びに、窒化シリコン及びシリコン・カーバイトの組み合わせから選択され得る。例示的実施例において、特に好適な層６０は約１０００から約８０００Åまでの範囲の厚みを有する炭素等のダイヤモンドである。
【００２７】
炭素材料等のダイヤモンドが層６０として使用されると、接着層６２がその層６０上に堆積され得る。この接着層６２は、窒化シリコン、窒化タンタル、窒化チタン、酸化タンタル、並びに、その類から選択され得る。例示的実施例において、その接着層の厚みは、好ましくは、約３００から約６００Åの範囲である。
【００２８】
層６０として炭素等のダイヤモンドが使用された場合、接着層６２の堆積後、キャビティーション層６４が堆積され得て、ヒータ抵抗体３０を覆うべくエッチングされ得る。例示的なキャビティーション層６４は、約１０００から約６０００Åまでの範囲の厚みを有するタンタルである。
【００２９】
不動態或は誘電体層６０を保持することは望ましく、任意選択の接着層６２や出来る限り薄いキャビティーション層６４は、ヒータ抵抗体３０を噴出される流体の腐食性或は機械的損害効果からの適切な保護を提供しもする。薄膜層６０，６２，６４はヒータ・スタック５４の全厚み寸法を低減できると共に、ヒータ抵抗体３０に対する低減された電力要件や増大された効率を提供できる。
【００３０】
ひとたびキャビティーション層６４が堆積されたならば、この層６４や下側に横たわる層若しくは複数層６０及び６２はパターニングされ得て、ヒータ抵抗体３０の保護を提供すべくエッチングされ得る。二酸化シリコンから形成された第２の誘電体層は、次いで、ヒータ・スタック５４上や基板の他の表面上に堆積され得て、ヒータ・ドライバや他の装置への接点用に基板上に堆積される引き続く金属層の間の絶縁を提供する。
【００３１】
先行する記載や添付図面から当業者には明らかなように、種々の変更や変形は本発明の実施例内で為され得ることが意図されている。従って、先の記載や添付図面が例示的実施例だけの図示であり、それに限定されないこと、そして、本発明の真の精神及び範囲が添付の特許請求項の範囲を参照して決定されることが明確に意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の一実施例に従ったマイクロ流体噴出ヘッドを含む、実物大ではない、マイクロ流体噴出装置カートリッジである。
【図２】図２は、インクジェット・プリンタと、本発明の一実施例に従ったマイクロ流体噴出ヘッドを含むインクカートリッジとの斜視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例に従ったマイクロ流体噴出ヘッドの位置の、実物大ではない、断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例に従ったマイクロ流体噴出ヘッドに対する基板上の典型的なレイアウトの、実物大ではない、平面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例に従ったマイクロ流体噴出ヘッドのヒータ・スタック領域の断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例に従ったマイクロ流体噴出ヘッドのアクティブ領域の一部の実物大ではない平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０ 流体カートリッジ
１２ カートリッジ・ボディ
１４ 流体噴出ヘッド
１６ 半導体基板
１８ ノズル・プレート
２０ ノズル穴
２２ インクジェット・プリンタ
２４ 接点
２６ フレキシブル回路
２８ 電気的トレース
３２ 流体チャンバー
３０ サーマル加熱要素
３４ スロット
３６ 流体チャネル
３８ 接着層
４０ キャリッジ
４２ 媒体
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ流体噴出装置に関し、特に高抵抗ヒータ膜を含む噴出装置に対する噴出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット・プリンタ等のマイクロ流体噴出装置は、レーザプリンタの代わりの経済的な代替として広範な受け入れを経験し続けている。マイクロ流体噴出装置は、医療、化学、並びに、機械の分野等の他の分野でも広範な適用を見出している。マイクロ流体噴出装置の能力はより高い噴出速度を提供すべく増大されているので、マイクロ流体装置の主要構成要素である噴出ヘッドは進化し且つより複雑となってきている。噴出ヘッドの複雑性が増大すればするほど、噴出ヘッドを製造するコストが増大する。それにもかかわらず、増大された品質及びより高いスループット率を含む向上された能力を有するマイクロ流体噴出装置が引き続き必要とされている。印刷品質及び価格に対する競合圧力は、より経済的な方式で向上された能力を伴う噴出ヘッドを作り出す引き続く必要性を促進している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
先行する目的及び長所やその他の目的及び長所等に対して、マイクロ流体噴出ヘッドに対する半導体基板が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この基板は、当該基板上に配置された複数の流体噴出アクチュエータを含む。それら流体噴出アクチュエータの各々は、薄膜ヒータと該ヒータに隣接した１つ或はそれ以上の保護層を有する薄層ヒータ・スタックを含む。その薄膜ヒータは、本質的には、ＡｌＮ、ＴａＮ、並びに、ＴａＡｌ合金から成るナノ結晶構造を有するタンタル・アルミニウム窒素薄膜材料から構成され、約３０から約１００オーム／スクエアまでの範囲のシート抵抗を有する。この薄膜材料は、約３０から約７０原子％のタンタル、約１０から約４０原子％のアルミニウム、並びに、約５から約３０原子％の窒素を含有する。
別の実施例において、マイクロ流体噴出装置に対する流体噴出器ヘッドを作製するプロセス（方法）が提供されている。このプロセスは、半導体基板を提供する段階と、該基板上に薄膜抵抗層を配置して複数の薄膜ヒータを提供する段階とを含む。この薄膜抵抗層は、ＡｌＮ、ＴａＮ、並びに、ＴａＡｌ合金から成るナノ結晶構造を有するタンタル・アルミニウム窒素薄膜材料であり、約３０から約１００オーム／スクエアの範囲のシート抵抗を有する。この抵抗層は、約３０から約７０原子％のタンタル、約１０から約４０原子％のアルミニウム、並びに、約５から約３０原子％の窒素を含有する。導電体層がその薄膜ヒータ上に配置され、その薄膜ヒータとのアノード連結部及びカソード連結部を画成すべくエッチングされる。不動態層、誘電体、接着層、並びに、キャビテーション層から選択された１つ或はそれ以上の層が薄膜ヒータ及び導電体層の上に配置される。ノズル・プレートが半導体基板に結着されて流体噴出器ヘッドを提供する。
【０００５】
更に別の実施例において、薄膜抵抗体を作製する方法が提供される。この方法は、半導体基板を提供することと、該基板を略室温以上から約３５０℃までの範囲の温度まで加熱することとを含む。約５０から約６０原子％タンタルと、約４０から約５０原子％のアルミニウムを含有するタンタル・アルミニウム合金ターゲットは、基板に上に反応性スパッタリングされる。このスパッタリング段階中、窒素ガスの流量とアルゴン・ガスの流量とは、窒素対アルゴンの流量比約０．１：１から約０．４：１までの範囲となるように提供される。このスパッタリング段階は、薄膜抵抗体が約３００から約３０００Å（オングストローム）の範囲の厚みを伴って基板上に配置されると終了される。薄膜抵抗体は、約３０から約７０原子％タンタル、約１０から約４０原子％アルミニウム、並びに、約５から約３０原子％窒素を含有するＴａＡｌＮ合金であり、基板に対して略均一なシート抵抗を有する。
【０００６】
本発明の特定の実施例の長所等は、より低い動作電流を必要とする共に、ヒータ寿命にわたって相対的に一定の抵抗を維持しながら、実質的により高い周波数で動作され得るサーマル噴射ヒータを有する改善されたマイクロ流体噴射ヘッドを提供することを含み得る。またこの噴射ヒータは、より小さな駆動トランジスタで抵抗体を駆動させることができる増大された抵抗をも有し、それによって、ヒータを駆動すべくアクティブな装置に必要とされる基板領域を潜在的に低減する。ヒータを駆動すべくアクティブな装置に必要とされる領域における低減はより小さな基板の使用を可能とでき、それによって装置のコストを潜在的に低減する。ここに記載された薄膜抵抗体を作製する製造方法の長所は、薄膜ヒータが堆積される基板の表面にわたって略均一なシート抵抗を有することを含み得ることである。
【０００７】
本発明の更なる長所等は、同様参照符号が幾つかの図面を通じて類似或は同様な要素を指示している本発明の１つ或はそれ以上の非限定的局面を図示している以下の図面と連携して考慮し、例示的実施例の詳細な記載を参照して明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１を参照すると、マイクロ流体噴出装置に対する流体カートリッジ１０が図示されている。このカートリッジ１０は、流体を流体噴出ヘッド１４に供給するカートリッジ・ボディ１２を含む。流体は、カートリッジ・ボディ１２内の貯蔵領域に含有され得るか、或は、遠隔ソースからカートリッジ・ボディまで供給され得る。
【０００９】
流体噴出ヘッド１４は、半導体基板１６と、ノズル穴２０を含むノズル・プレート１８とを含む。本発明の一実施例において、カートリッジがインクジェット・プリンタ２２（図２）等のマイクロ流体噴出装置に着脱自在に結着されることが好ましい。従って、電気的な接点２４は、マイクロ流体噴出装置への電気的接続部のためにフレキブル回路２６上に設けられる。フレキシブル回路２６は、流体噴出ヘッド１４の基板１６と接続されている電気的トレース２８を含む。
【００１０】
流体噴出ヘッド１４の一部の、実物大ではない、拡大断面図が図３に図示されている。一実施例において、流体噴出ヘッド１４は、基板１６とノズル穴２０との間のノズル・プレート１８に形成された流体チャンバー３２における流体を加熱するための流体噴出アクチュエータとして、サーマル加熱要素３０を好ましくは含有する。サーマル加熱要素３０は薄膜ヒータ抵抗体であり、例示的実施例において、以下により詳細に記載されるように、タンタル、アルミニウム、窒素の合金を構成されている。
【００１１】
流体は基板１６内の開口或はスロット３４を通じて、そして、該スロット３４を流体チャンバー３２と接続する流体チャネル３６を通じて流体チャンバー３２に提供される。ノズル・プレート１８は、接着層３８等によって、基板１６に接着性的に結着され得る。図３に描写されているように、流体チャンバー３２及び流体チャネル３６を含むフロー構成はノズル・プレート１８内に形成され得る。しかしながらこのフロー構成は別体の厚膜層内に設けられ得て、ノズル穴だけを含有するノズル・プレートはその厚膜層に結着され得る。例示的実施例において、流体噴出ヘッド１４はサーマル或は圧電性インクジェット印刷ヘッドである。しかしながら本発明は、インク以外の他の流体が本発明に従ったマイクロ流体噴出装置で噴出され得るように、インクジェット印刷ヘッドに限定させる意図はない。
【００１２】
再び図２を参照すれば、流体噴出装置はインクジェット・プリンタ２２であり得る。このプリンタ２２は、１つ或はそれ以上のカートリッジ１０を保持すると共に、ペーパ４２等の媒体４２にわたってカートリッジ１０を移動させてカートリッジ１０から流体をその媒体上に堆積するキャリッジ４０を含む。先に詳述したように、カートリッジ上の接点２４はキャリッジ４０上の接点と合致して、プリンタ２２及びカートリッジ１０の間に電気的な接続部を提供している。プリンタ２２内のマイクロ・コントローラは、媒体４２を横切るキャリッジ４０の移動を制御して、プリンタ２２の動作を制御するためのコンピュータ等の外部装置からのアナログ及び／或はディジタル入力を変換する。流体噴出ヘッド１４からの流体の噴出は、プリンタ２２内のコントローラと連携して流体噴出ヘッド１４上の論理回路によって制御される。
【００１３】
流体噴出ヘッド１４の実物大ではない平面図が図４に示されている。流体噴出ヘッド１４は、半導体基板１６と該基板と結着されたノズル・プレート１８とを含む。この半導体基板１６の各種装置領域のレイアウトが示され、論理回路４４、ドライバ・トランジスタ４６、並びに、ヒータ抵抗体３０に対する例示的な箇所を提供している。図４に示されるように、基板１６は単一スロット３４を含み、該スロット３４は当該スロット３４の両側に配置されているヒータ抵抗体３０にインク等の流体を提供する。しかしながら本発明は、単一スロット３４を有する基板１６、或は、スロット３４の両側に配置されたヒータ抵抗体３０等の流体噴出アクチュエータに限定されない。例えば、本発明に従った他の基板は多数のスロットを含み得て、それらスロットの一方側或は両側に配置された流体噴出アクチュエータを具備する。基板はスロット３４を含まなくともよく、それによって流体は基板１６の縁を巡ってアクチュエータに向かって流れる。単一スロット３４よりもむしろ、基板１６は、１つ或はそれ以上のアクチュエータ装置に対して１つずつと云うように、多数のスロット或は多数の開口を含み得る。ポリイミド等のインク抵抗性材料から形成されるノズル・プレート１８は、基板１６と結着される。
【００１４】
ドライバ・トランジスタ４６に対して必要とされる基板１６のアクティブ領域４８は、図５におけるアクティブ領域４８の平面図で詳細に図示されている。この図は典型的なヒータ・アレイとアクティブ領域４８の一部を表している。接地バス５０及び電力バス５２はアクティブ領域４６における装置やヒータ抵抗体３０に電力を供給すべく設けられている。
【００１５】
マイクロ流体噴出ヘッド１４に必要とされる基板１６のサイズを低減するために、（Ｗ）によって示されるドライバ・トランジスタ４６のアクティブ領域幅が低減される。例示的な実施例において、基板１６のアクティブ領域４８は、約１００から約４００ミクロンまでの範囲の幅寸法Ｗと、約６，３００ミクロンから約２６，０００ミクロンまでの範囲の全長寸法Ｄとを有する。ドライバ・トランジスタ４６は約１０ミクロンから約８４ミクロンまでの範囲のピッチで設けられている。
【００１６】
１つの例示的実施例において、半導体基板１６内における単一ドライバ・トランジスタ４６の領域は、約１００ミクロンから約４００ミクロン未満までの範囲のアクティブ領域幅（Ｗ）と、例えば約１５，０００μｍ２未満のアクティブ領域とを有する。より小さなアクティブ領域４６は約０．８ミクロンから約３ミクロン未満までの範囲のゲート長及びチャネル長を有するドライバ・トランジスタ４６の使用によって達成され得る。
【００１７】
しかしながらドライバ・トランジスタ４６の抵抗は、その幅Ｗと比例する。より小さなドライバ・トランジスタ４６の使用は、該ドライバ・トランジスタ４６の抵抗を増大する。よって、ヒータ抵抗とドライバ・トランジスタ抵抗との間の一定比を維持するために、ヒータ３０は比例的に増大され得る。より高い抵抗ヒータ３０の利益は、該ヒータがより少ない駆動電流を必要とすることを含むことができる。ヒータ３０の他の特徴との組み合わせで、本発明の一実施例はより高い効率と、より高い周波数動作のヘッド能力とを有する噴出ヘッド１４を提供することである。
【００１８】
より高い抵抗ヒータ３０を提供すべく幾つかの方法が存在する。１つのアプローチはより高い縦横比ヒータを用いことであり、即ち、その幅よりも充分に大きな長さを有するヒータを用いることである。しかしながらそうした高い縦横比設計は、流体チャンバー３２内に空気を捕獲させる傾向がある。高い抵抗ヒータ３０を提供する別のアプローチは、より高いシート抵抗を有する薄膜から形成されるヒータを提供することである。１つのそうした材料としてはＴａＮである。しかしながら比較的薄いＴａＮは、不充分なアルミニウム障害特性を有し、それによってマイクロ流体噴出装置に用いる他の材料よりも適合性がより低いものとしている。アルミニウム障害特性は、抵抗層が隣接トランジスタ装置に対する接触領域にわたって且つ該接触領域内に堆積させられる際、特に重要であり得る。保護装置無しで、接触領域内の例えばＴｉＷ無しで、薄膜ＴａＮは、接触金属として堆積されたアルミニウムと下側に横たわるシリコン基板との間の拡散を防止するには不充分である。
【００１９】
本発明の一実施例に従えば、例示的なヒータは、タンタル・アルミニウム、並びに、窒素から成る合金から形成された薄膜ヒータ３０である。先に記載された薄膜ＴａＮヒータとは対照的に、本発明のそうした実施例に従って形成された薄膜ヒータ３０も、より高い抵抗ヒータ３０を提供できる共に、アルミニウム接点及びシリコン基板の間の中間障害層の使用無しに隣接トランジスタ接触領域内に適切な障害層を提供できる。
【００２０】
薄膜ヒータ３０は、タンタル・アルミニウム合金ターゲットを窒素及びアルゴンのガスの存在下における基板１６上にスパッタリングすることによって提供され得る。一実施例において、タンタル・アルミニウム合金ターゲットは、好ましくは、約５０から約６０の原子％タンタルと、約４０から約５０の原子％アルミニウムとの範囲にある組成を有する。例示的実施例において、好ましくは、結果としての薄膜ヒータ３０は約３０から約７０の原子％タンタルの範囲の組成、より好ましくは、約５０から約６０の原子％タンタルと、約１０から約４０の原子％アルミニウム、更により好ましくは、約２０から約３０の原子％アルミニウムと、約５から約３０の原子％窒素との範囲の組成、より好ましくは、約１０から約２０の原子％窒素との範囲の組成を有する。例示的実施例に従った薄膜ヒータ３０のバルク抵抗性は、好ましくは、約３００から約１０００マイクロ・オーム・ｃｍまでの範囲である。
【００２１】
先に記載された特性を有するＴａＡｌＮヒータ３０を製造するために適切なスパッタリング条件が望まれる。例えば、一実施例において、基板１６は、スパッタリング段階中、室温以上まで、より好ましくは約１００℃から約３５０℃まで加熱され得る。また、窒素ガス対アルゴン・ガスの流量比、スパッタリング電力、並びに、ガス圧力は、好ましくは、比較的狭い範囲内である。一例示的プロセス（方法）において、窒素ガス対アルゴン・ガス流量比は、約０．１：１から約０．４：１までの範囲であり、スパッタリング電力は約４０から約２００キロワット／ｍ２であり、そして、圧力は約１から約２５ミリリットルまでの範囲である。本発明の一実施例に従ったＴａＡｌＮヒータ３０を提供する適切なスパッタリング条件は以下の表１に付与されている。
【００２２】
【表１】
【００２３】
先行するプロセスに従って形成されたヒータ３０は、約１０から約１００オーム／スクエアまでの範囲の基板１６の表面領域にわたる比較的均一なシート抵抗を示す。この薄膜ヒータ３０のシート抵抗は約２パーセント未満、より好ましくは約１．５パーセント未満の全基板表面にわたる標準偏差を有する。そうした均一抵抗率はヒータ３０を含む噴射ヘッド１４の品質を著しく改善する。先行するプロセスに従って形成されたヒータ３０は、約５パーセント未満の抵抗変化を伴って約８００℃までの高温ストレスを許容できる。本発明のそうした実施例に従って形成されたヒータ３０は、高電流ストレスをも許容できる。また、特許文献１に記載された常温基板上にバルク・タンタル及びアルミニウムのターゲットをスパッタリングすることによって形成されたＴａＡｌＮ抵抗体と異なり、本発明のそうした実施例に従って形成された薄膜ヒータ３０は、ＡｌＮ、ＴａＮ、並びに、ＴａＡｌ合金から本質的には成る実質的なモノ-結晶構造を有することを特徴とし得る。ヒータ抵抗体３０に対する材料としてＴａＡｌＮを用いることによって、ヒータ抵抗体３０を提供する層は隣接トランジスタ装置への接点に対する金属障害を提供すべく拡張され得て、メモリ装置及び他の用途に対する基板１６上のヒューズ材料として使用され得る。
【特許文献１】米国特許第４，０４２，４７９号、Ｙａｍａｇｕｃｈｉ等
【００２４】
先に記載されたプロセスに従って形成されたヒータ３０を含む例示的なヒータ・スタック５４を示す噴出ヘッド１４の一部のより詳細な図示は、図６に図示されている。ヒータ・スタック５４は、絶縁基板１６上に設けられる。第１層５６は、先に記載されたプロセスに従って基板１６上に堆積されるＴａＡｌＮから形成された薄膜抵抗体層である。
【００２５】
薄膜抵抗層５６の堆積後、金、アルミニウム、銅、並びに、その類等の導電性金属から形成された導電性層５８は、薄膜抵抗層５６上に堆積される。導電性層５８は当業者に既知である任意の適切厚みを有し得るが、例示的実施例においては、好ましくは約０．４から約０．６ミクロンまでの範囲の厚みを有する。導電性層５８の堆積後、この導電性層は抵抗層５６までのアノード５８Ａ及びカソード５８Ｂの接点を提供すべく、そして、アノード及びカソード５８Ａ，５８Ｂの間にヒータ抵抗体３０を画成すべくエッチングされる。
【００２６】
次いで不動態体層或は誘電体層６０は、ヒータ抵抗体３０、アノード及びカソード５８Ａ及び５８Ｂ上に堆積され得る。層６０は、炭素等のダイヤモンド、炭素等のドープされたダイヤモンド、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコン、シリコン・カーバイド、並びに、窒化シリコン及びシリコン・カーバイトの組み合わせから選択され得る。例示的実施例において、特に好適な層６０は約１０００から約８０００Åまでの範囲の厚みを有する炭素等のダイヤモンドである。
【００２７】
炭素材料等のダイヤモンドが層６０として使用されると、接着層６２がその層６０上に堆積され得る。この接着層６２は、窒化シリコン、窒化タンタル、窒化チタン、酸化タンタル、並びに、その類から選択され得る。例示的実施例において、その接着層の厚みは、好ましくは、約３００から約６００Åの範囲である。
【００２８】
層６０として炭素等のダイヤモンドが使用された場合、接着層６２の堆積後、キャビティーション層６４が堆積され得て、ヒータ抵抗体３０を覆うべくエッチングされ得る。例示的なキャビティーション層６４は、約１０００から約６０００Åまでの範囲の厚みを有するタンタルである。
【００２９】
不動態或は誘電体層６０を保持することは望ましく、任意選択の接着層６２や出来る限り薄いキャビティーション層６４は、ヒータ抵抗体３０を噴出される流体の腐食性或は機械的損害効果からの適切な保護を提供しもする。薄膜層６０，６２，６４はヒータ・スタック５４の全厚み寸法を低減できると共に、ヒータ抵抗体３０に対する低減された電力要件や増大された効率を提供できる。
【００３０】
ひとたびキャビティーション層６４が堆積されたならば、この層６４や下側に横たわる層若しくは複数層６０及び６２はパターニングされ得て、ヒータ抵抗体３０の保護を提供すべくエッチングされ得る。二酸化シリコンから形成された第２の誘電体層は、次いで、ヒータ・スタック５４上や基板の他の表面上に堆積され得て、ヒータ・ドライバや他の装置への接点用に基板上に堆積される引き続く金属層の間の絶縁を提供する。
【００３１】
先行する記載や添付図面から当業者には明らかなように、種々の変更や変形は本発明の実施例内で為され得ることが意図されている。従って、先の記載や添付図面が例示的実施例だけの図示であり、それに限定されないこと、そして、本発明の真の精神及び範囲が添付の特許請求項の範囲を参照して決定されることが明確に意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の一実施例に従ったマイクロ流体噴出ヘッドを含む、実物大ではない、マイクロ流体噴出装置カートリッジである。
【図２】図２は、インクジェット・プリンタと、本発明の一実施例に従ったマイクロ流体噴出ヘッドを含むインクカートリッジとの斜視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例に従ったマイクロ流体噴出ヘッドの位置の、実物大ではない、断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例に従ったマイクロ流体噴出ヘッドに対する基板上の典型的なレイアウトの、実物大ではない、平面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例に従ったマイクロ流体噴出ヘッドのヒータ・スタック領域の断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例に従ったマイクロ流体噴出ヘッドのアクティブ領域の一部の実物大ではない平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０ 流体カートリッジ
１２ カートリッジ・ボディ
１４ 流体噴出ヘッド
１６ 半導体基板
１８ ノズル・プレート
２０ ノズル穴
２２ インクジェット・プリンタ
２４ 接点
２６ フレキシブル回路
２８ 電気的トレース
３２ 流体チャンバー
３０ サーマル加熱要素
３４ スロット
３６ 流体チャネル
３８ 接着層
４０ キャリッジ
４２ 媒体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体ヘッド用の半導体基板であって、該基板が該基板上に配置された複数の流体噴出アクチュエータであり、それら流体噴出アクチュエータの各々が、薄膜ヒータと該ヒータと隣接する１つ或はそれ以上の保護層とを含む薄いヒータ・スタックを含み、前記薄膜ヒータが、ＡｌＮ、ＴａＮ、並びに、ＴａＡｌ合金から本質的に成るナノ-結晶構造を有するタンタル・アルミニウム窒素薄膜材料から構成され、その薄膜材料が約３０から約１００オーム／スクエアまでの範囲のシート抵抗を有すると共に、約３０から約７０原子％までのタンタル、約１０から約４０原子％までのアルミニウム、並びに、約５から約３０原子％の窒素を含有することから成る半導体基板。
【請求項２】
前記薄膜ヒータが、約１００℃から約３５０℃までの範囲の温度まで加熱された基板上に、窒素含有雰囲気中で、タンタル・アルミニウム合金ターゲットを反応性スパッタリングするプロセスによって形成された薄膜層を含む、請求項１に記載の半導体基板。
【請求項３】
前記保護層の内の少なくとも１つが、炭素材料等のダイヤモンドを含む、請求項２に記載の半導体基板。
【請求項４】
炭素層等のダイヤモンドが、約１０００から約８０００Åまでの範囲の厚みを有する、請求項３に記載の半導体基板。
【請求項５】
前記薄膜ヒータが、約３００から約３０００Åまでの範囲の厚みを有する、請求項２に記載の半導体基板。
【請求項６】
インク接触面としてキャビティーション層を更に含み、該キャビティーション層が約１０００から約６０００Åまでの範囲の厚みを有する、請求項３に記載の半導体基板。
【請求項７】
前記キャビティーション層と前記炭素層等のダイヤモンドとの間に配置された接着層を更に含み、該接着層が約４００から約６００Åまでの範囲の厚みを有する、請求項６に記載の半導体基板。
【請求項８】
前記接着層が、窒化シリコン及び窒化タンタルから選択された材料で構成されている、請求項７に記載の半導体基板。
【請求項９】
前記複数の流体噴出アクチュエータを駆動する複数のドライブ・トランジスタを更に備え、該ドライブ・トランジスタが、約１００から約４００ミクロン未満のまでの範囲のアクティブ領域幅を有する、請求項１に記載の半導体基板。
【請求項１０】
請求項１に記載の前記半導体基板を含むインクジェット・プリンタ。
【請求項１１】
前記マイクロ流体噴出ヘッドが、約６から約２０までの薄膜ヒータ／スクエア・ミリメートルの範囲の薄膜ヒータから成る高密度を含む、請求項１０に記載の半導体基板。
【請求項１２】
マイクロ流体噴出装置に対する流体噴出器ヘッドを作製する方法であって、
半導体基板を提供する段階と、
前記基板上に薄膜抵抗層を堆積する段階であり、複数の薄膜ヒータを提供し、その薄膜抵抗層が、本質的には、ＡｌＮ、ＴａＮ、並びに、ＴａＡｌ合金から成り、約３０オーム／スクエアから約１００オーム／スクエアまでの範囲のシート抵抗を有し、そして、約３０から約７０原子％のタンタル、約１０から約４０原子％のアルミニウム、並びに、約５から約３０原子％の窒素を含有するナノ結晶構造を有するタンタル・アルミニウム窒素薄膜材料を有するナノ結晶構造を有するタンタル・アルミニウム窒素薄膜材料から構成されることから成る段階と、
前記薄膜ヒータ上に導電性層を堆積する段階と、
前記導電性層をエッチングする段階であり、アノード及びカソードの前記薄膜ヒータへの接続部を画成することから成る段階と、
不動態層、誘電体、接着層、キャビティーション層から選択される１つ或はそれ以上の層を前記薄膜ヒータ及び前記導電性層の上に堆積する段階と、
ノズル・プレートを前記半導体基板に結着する段階と、
の諸段階を含む方法。
【請求項１３】
前記半導体基板上に前記薄膜抵抗層を堆積しながら、該半導体基板を約１００℃から約３５０℃までの範囲の温度まで加熱することを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記薄膜抵抗層が、窒素含有雰囲気中で、前記基板上にタンタル・アルミニウム合金ターゲットをスパッタリングすることによって堆積させる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記薄膜抵抗層が、窒素含有雰囲気中で、前記基板上にタンタル・アルミニウム合金ターゲットをスパッタリングすることによって堆積させる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記薄膜ヒータ及び導電性層の上に堆積された前記保護層の内の少なくとも１つが、炭素材料等のダイヤモンドを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記炭層等のダイヤモンドが、約１０００Åから約８０００Åまでの範囲の厚みを有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記薄膜抵抗層が、約３００Åから約３０００Åまでの範囲の厚みを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記保護装置の内の少なくとも１つが、約１０００Åから約６０００Åまでの範囲の厚みを有するキャビティーション層を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
薄膜抵抗体を作製する方法であって、
半導体基板を提供する段階と、
前記基板を約室温以上から約３５０℃までの範囲の温度まで加熱する段階と、
約５０から約６０原子％のタンタル、約４０から約５０原子％のアルミニウムを含有するタンタル・アルミニウム合金ターゲットを前記基板上に反応性スパッタリングする段階と、
前記スパッタリング段階中、窒素ガスの流量とアルゴン・ガスの流量とを提供する段階であり、窒素対アルゴンの流量比が約０．１：１から約０．４：１までの範囲であることから成る段階と、
前記薄膜抵抗体が約３００から約３０００Åまでの範囲の厚みを伴って前記基板上に堆積されると、前記スパッタリング段階を終了する段階と、
の諸段階を含み、
前記薄膜抵抗体が、約３０から約７０原子％までのタンタル、約１０から約４０原子％までのアルミニウム、並びに、約５から約３０原子％の窒素を含有するＴａＡｌＮ合金を含み、そして前記薄膜抵抗体が前記基板に対して実質的に均一なシート抵抗を有することから成る方法。
【請求項２１】
前記スパッタリング段階が、約４０から約２００キロワット／平方メートルまでの範囲の電力で実行される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記スパッタリング段階が、約１から約２５ミリリットルまでの範囲の圧力で実行される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記基板の温度が、約１００から約３００℃までの範囲である、請求項２２に記載の方法。
【請求項１】
マイクロ流体ヘッド用の半導体基板であって、該基板が該基板上に配置された複数の流体噴出アクチュエータであり、それら流体噴出アクチュエータの各々が、薄膜ヒータと該ヒータと隣接する１つ或はそれ以上の保護層とを含む薄いヒータ・スタックを含み、前記薄膜ヒータが、ＡｌＮ、ＴａＮ、並びに、ＴａＡｌ合金から本質的に成るナノ-結晶構造を有するタンタル・アルミニウム窒素薄膜材料から構成され、その薄膜材料が約３０から約１００オーム／スクエアまでの範囲のシート抵抗を有すると共に、約３０から約７０原子％までのタンタル、約１０から約４０原子％までのアルミニウム、並びに、約５から約３０原子％の窒素を含有することから成る半導体基板。
【請求項２】
前記薄膜ヒータが、約１００℃から約３５０℃までの範囲の温度まで加熱された基板上に、窒素含有雰囲気中で、タンタル・アルミニウム合金ターゲットを反応性スパッタリングするプロセスによって形成された薄膜層を含む、請求項１に記載の半導体基板。
【請求項３】
前記保護層の内の少なくとも１つが、炭素材料等のダイヤモンドを含む、請求項２に記載の半導体基板。
【請求項４】
炭素層等のダイヤモンドが、約１０００から約８０００Åまでの範囲の厚みを有する、請求項３に記載の半導体基板。
【請求項５】
前記薄膜ヒータが、約３００から約３０００Åまでの範囲の厚みを有する、請求項２に記載の半導体基板。
【請求項６】
インク接触面としてキャビティーション層を更に含み、該キャビティーション層が約１０００から約６０００Åまでの範囲の厚みを有する、請求項３に記載の半導体基板。
【請求項７】
前記キャビティーション層と前記炭素層等のダイヤモンドとの間に配置された接着層を更に含み、該接着層が約４００から約６００Åまでの範囲の厚みを有する、請求項６に記載の半導体基板。
【請求項８】
前記接着層が、窒化シリコン及び窒化タンタルから選択された材料で構成されている、請求項７に記載の半導体基板。
【請求項９】
前記複数の流体噴出アクチュエータを駆動する複数のドライブ・トランジスタを更に備え、該ドライブ・トランジスタが、約１００から約４００ミクロン未満のまでの範囲のアクティブ領域幅を有する、請求項１に記載の半導体基板。
【請求項１０】
請求項１に記載の前記半導体基板を含むインクジェット・プリンタ。
【請求項１１】
前記マイクロ流体噴出ヘッドが、約６から約２０までの薄膜ヒータ／スクエア・ミリメートルの範囲の薄膜ヒータから成る高密度を含む、請求項１０に記載の半導体基板。
【請求項１２】
マイクロ流体噴出装置に対する流体噴出器ヘッドを作製する方法であって、
半導体基板を提供する段階と、
前記基板上に薄膜抵抗層を堆積する段階であり、複数の薄膜ヒータを提供し、その薄膜抵抗層が、本質的には、ＡｌＮ、ＴａＮ、並びに、ＴａＡｌ合金から成り、約３０オーム／スクエアから約１００オーム／スクエアまでの範囲のシート抵抗を有し、そして、約３０から約７０原子％のタンタル、約１０から約４０原子％のアルミニウム、並びに、約５から約３０原子％の窒素を含有するナノ結晶構造を有するタンタル・アルミニウム窒素薄膜材料を有するナノ結晶構造を有するタンタル・アルミニウム窒素薄膜材料から構成されることから成る段階と、
前記薄膜ヒータ上に導電性層を堆積する段階と、
前記導電性層をエッチングする段階であり、アノード及びカソードの前記薄膜ヒータへの接続部を画成することから成る段階と、
不動態層、誘電体、接着層、キャビティーション層から選択される１つ或はそれ以上の層を前記薄膜ヒータ及び前記導電性層の上に堆積する段階と、
ノズル・プレートを前記半導体基板に結着する段階と、
の諸段階を含む方法。
【請求項１３】
前記半導体基板上に前記薄膜抵抗層を堆積しながら、該半導体基板を約１００℃から約３５０℃までの範囲の温度まで加熱することを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記薄膜抵抗層が、窒素含有雰囲気中で、前記基板上にタンタル・アルミニウム合金ターゲットをスパッタリングすることによって堆積させる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記薄膜抵抗層が、窒素含有雰囲気中で、前記基板上にタンタル・アルミニウム合金ターゲットをスパッタリングすることによって堆積させる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記薄膜ヒータ及び導電性層の上に堆積された前記保護層の内の少なくとも１つが、炭素材料等のダイヤモンドを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記炭層等のダイヤモンドが、約１０００Åから約８０００Åまでの範囲の厚みを有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記薄膜抵抗層が、約３００Åから約３０００Åまでの範囲の厚みを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記保護装置の内の少なくとも１つが、約１０００Åから約６０００Åまでの範囲の厚みを有するキャビティーション層を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
薄膜抵抗体を作製する方法であって、
半導体基板を提供する段階と、
前記基板を約室温以上から約３５０℃までの範囲の温度まで加熱する段階と、
約５０から約６０原子％のタンタル、約４０から約５０原子％のアルミニウムを含有するタンタル・アルミニウム合金ターゲットを前記基板上に反応性スパッタリングする段階と、
前記スパッタリング段階中、窒素ガスの流量とアルゴン・ガスの流量とを提供する段階であり、窒素対アルゴンの流量比が約０．１：１から約０．４：１までの範囲であることから成る段階と、
前記薄膜抵抗体が約３００から約３０００Åまでの範囲の厚みを伴って前記基板上に堆積されると、前記スパッタリング段階を終了する段階と、
の諸段階を含み、
前記薄膜抵抗体が、約３０から約７０原子％までのタンタル、約１０から約４０原子％までのアルミニウム、並びに、約５から約３０原子％の窒素を含有するＴａＡｌＮ合金を含み、そして前記薄膜抵抗体が前記基板に対して実質的に均一なシート抵抗を有することから成る方法。
【請求項２１】
前記スパッタリング段階が、約４０から約２００キロワット／平方メートルまでの範囲の電力で実行される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記スパッタリング段階が、約１から約２５ミリリットルまでの範囲の圧力で実行される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記基板の温度が、約１００から約３００℃までの範囲である、請求項２２に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２００７−５２６１４３（Ｐ２００７−５２６１４３Ａ）
【公表日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５５１２６４（Ｐ２００６−５５１２６４）
【出願日】平成１７年１月２０日（２００５．１．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００１８０９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６９９４７
【国際公開日】平成１７年８月４日（２００５．８．４）
【出願人】（５９１１９４０３４）レックスマーク・インターナショナル・インコーポレーテツド (142)
【氏名又は名称原語表記】ＬＥＸＭＡＲＫ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ，ＩＮＣ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２０日（２００５．１．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００１８０９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６９９４７
【国際公開日】平成１７年８月４日（２００５．８．４）
【出願人】（５９１１９４０３４）レックスマーク・インターナショナル・インコーポレーテツド (142)
【氏名又は名称原語表記】ＬＥＸＭＡＲＫ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ，ＩＮＣ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]