JP6478612B2

JP6478612B2 - Liquid discharge head substrate, liquid discharge head, and method of manufacturing liquid discharge head substrate

Info

Publication number: JP6478612B2
Application number: JP2014254322A
Authority: JP
Inventors: 竹内　創太; 創太竹内; 初井　琢也; 琢也初井; 健治 ▲高▼橋; 創一朗永持; 進哉岩橋
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2034-12-16
Also published as: JP2016112812A

Description

本発明は、液体を吐出するための液体吐出ヘッドに用いられる液体吐出ヘッド用基板、液体吐出ヘッド、および液体吐出用ヘッド用基板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a liquid discharge head substrate used in a liquid discharge head for discharging liquid, a liquid discharge head, and a method for manufacturing a liquid discharge head substrate.

現在、インクジェット記録ヘッドには、多層構造をなす基板（以下、ヘッド用基板という）が用いられている。例えば、シリコン基板上に、インクの吐出エネルギーを発する吐出エネルギー発生素子を含む抵抗素子層とこれに接続される電極とからなる通電層と、これを保護する絶縁保護層と、インク流路や吐出口を形成する流路形成部材とを順次積層したヘッド用基板がある。このようなヘッド用基板の製造工程では、静電気放電（ＥＳＤ（electro-static discharge））事象の発生によって絶縁保護層が破壊され、ヘッド用基板の寿命や記録品位に著しい低下をもたらすという問題が生じている。このような問題を解消する技術として、特許文献１には、絶縁保護層上に形成した複数の導電体領域を連結させることでＥＳＤ事象に対する感度を抑制しようとする技術が開示されている。 Currently, a substrate having a multilayer structure (hereinafter referred to as a head substrate) is used for an ink jet recording head. For example, on a silicon substrate, a current-carrying layer including a resistance element layer including a discharge energy generating element that generates ink discharge energy and an electrode connected thereto, an insulating protective layer that protects the conductive layer, an ink flow path and discharge There is a head substrate in which a flow path forming member that forms an outlet is sequentially laminated. In such a manufacturing process of the head substrate, there is a problem in that the insulating protective layer is destroyed due to the occurrence of an electrostatic discharge (ESD) event, and the life and recording quality of the head substrate are significantly reduced. ing. As a technique for solving such a problem, Patent Document 1 discloses a technique for suppressing sensitivity to an ESD event by connecting a plurality of conductor regions formed on an insulating protective layer.

特開２００１−８００７３号公報JP 2001-80073 A

しかしながら、特許文献１に開示の技術では、絶縁保護層が通電層を外力などから保護すると共に、通電層と導電体領域との間に介在してキャパシタを形成し、そのキャパシタによってＥＳＤ事象による影響を抑える構成をとっている。このため、ＥＳＤ事象によって絶縁保護層が破壊された場合、このヘッド用基板を備えた記録ヘッドでは、導電体パターンと導電体領域とがショートしたり、通電層がキャビテーションなどの外力を直接受けたりすることがある。この場合、液体吐出ヘッドの吐出性能は低下し、記録画像の品質も低下するという問題が生じる。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1, the insulating protective layer protects the current-carrying layer from external force and the like, and a capacitor is formed between the current-carrying layer and the conductor region. The structure which suppresses is taken. For this reason, when the insulating protective layer is destroyed due to an ESD event, in the recording head having this head substrate, the conductor pattern and the conductor region are short-circuited, or the current-carrying layer directly receives external forces such as cavitation. There are things to do. In this case, there arises a problem that the discharge performance of the liquid discharge head is lowered and the quality of the recorded image is also lowered.

また、特許文献１におけるキャパシタの容量は、通電層の面積に依存し、通電層のパターン面積は必要とする吐出性能に従って決定される。このため、通電層の設計上の自由度は低く、ＥＳＤ事象の対策のために、十分なキャパシタ面積を得ることができないことがあり、その場合にはＥＳＤ事象による影響を十分に抑えることができないという問題が生じる。 Further, the capacitance of the capacitor in Patent Document 1 depends on the area of the energization layer, and the pattern area of the energization layer is determined according to the required ejection performance. For this reason, the degree of freedom in the design of the energization layer is low, and a sufficient capacitor area may not be obtained for countermeasures against the ESD event, and in this case, the influence of the ESD event cannot be sufficiently suppressed. The problem arises.

上記問題に鑑み、本発明は、ＥＳＤ事象の発生を低減し得ると共に、ＥＳＤ事象が発生した場合にも基板の機能低下を軽減することが可能な液体吐出ヘッド用基板、液体吐出ヘッド、および液体吐出ヘッド用基板の製造方法の提供を目的とする。 In view of the above problems, the present invention can reduce the occurrence of an ESD event, and can reduce the deterioration of the function of the substrate even when an ESD event occurs, a liquid ejection head substrate, a liquid ejection head, and a liquid It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a discharge head substrate.

上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を有する。
本発明は、液体を吐出するための吐出エネルギーを発生可能な吐出エネルギー発生部を含む通電層を表面に備えた基板と、前記通電層の表面を覆う絶縁保護層と、前記通電層より大きな平面積を有する電荷蓄積部と、を備え、前記電荷蓄積部は、前記絶縁保護層の表面の少なくとも一部を覆う第１の電極層と、前記第１の電極層の表面を覆う誘電層と、
前記誘電層の表面を覆う第２の電極層と、を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板である。 In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
The present invention includes a substrate provided with a current-carrying layer including a discharge energy generating part capable of generating discharge energy for discharging a liquid, an insulating protective layer covering the surface of the current-carrying layer, and a flat surface larger than the current-carrying layer. A charge storage section having an area , wherein the charge storage section includes a first electrode layer covering at least a part of a surface of the insulating protective layer, a dielectric layer covering a surface of the first electrode layer,
And a second electrode layer covering the surface of the dielectric layer .

また、本発明は、液体を吐出するための吐出エネルギーを発生可能な吐出エネルギー発生部を含む通電層を表面に備えた液体吐出ヘッド用基板と、前記液体吐出ヘッド用基板と共に液体流路を形成する流路形成部材とを備え、前記液体流路に供給された液体を前記吐出エネルギーによって前記流路形成部材に形成された吐出口から吐出する液体吐出ヘッドであって、前記液体吐出ヘッド用基板は、前記通電層の表面を覆う絶縁保護層と、前記通電層より大きな平面積を有する電荷蓄積部と、を備え、前記電荷蓄積部は、前記絶縁保護層の表面の少なくとも一部を覆う第１の電極層と、前記第１の電極層の表面を覆う誘電層と、前記誘電層の表面を覆う第２の電極層と、を備えることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a liquid discharge head substrate having a current-carrying layer including a discharge energy generating portion capable of generating discharge energy for discharging a liquid on the surface, and a liquid flow path together with the liquid discharge head substrate. A liquid discharge head that discharges the liquid supplied to the liquid flow path from the discharge port formed in the flow path formation member by the discharge energy, the liquid discharge head substrate. Comprises an insulating protective layer covering the surface of the energizing layer, and a charge accumulating portion having a larger area than the energizing layer , and the charge accumulating portion covers at least a part of the surface of the insulating protective layer. a first electrode layer and a dielectric layer covering the surface of the first electrode layer, a second electrode layer covering the surface of the dielectric layer, wherein Rukoto equipped with.

また、本発明は、基板の表面に、液体を吐出するための吐出エネルギーを発生可能な吐出エネルギー発生部を含む通電層を形成する工程と、前記通電層の表面を覆う絶縁保護層を形成する工程と、前記絶縁保護層の表面において前記通電層より大きな平面積を有する領域に、前記絶縁保護層の表面の少なくとも一部を覆う第１の電極層と、前記第１の電極層の表面を覆う誘電層と、前記誘電層の表面を覆う第２の電極層と、を備える電荷蓄積部を形成する工程と、を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法である。 Further, the present invention forms a conductive layer including a discharge energy generating part capable of generating discharge energy for discharging a liquid on the surface of the substrate, and an insulating protective layer covering the surface of the conductive layer. A first electrode layer covering at least a part of the surface of the insulating protective layer, and a surface of the first electrode layer in a region having a larger plane area than the energizing layer on the surface of the insulating protective layer; And a second electrode layer covering the surface of the dielectric layer, and forming a charge storage portion. The method for manufacturing a substrate for a liquid discharge head, comprising:

本発明によれば、電荷蓄積部のキャパシタ面積を、ヒータの面積に拘りなく十分に確保することができる。このため、ＥＳＤ事象の発生を抑制することが可能になる。また、保護部と電荷蓄積部とは独立した構造をなしているため、電荷蓄積部がＥＳＤ事象の影響を受けた場合にも基板の機能低下を軽減することができ、記録品質への直接的な影響を抑えることができる。 According to the present invention, the capacitor area of the charge storage unit can be sufficiently ensured regardless of the area of the heater. For this reason, it becomes possible to suppress generation | occurrence | production of an ESD event. In addition, since the protection unit and the charge storage unit have an independent structure, even when the charge storage unit is affected by an ESD event, it is possible to reduce the deterioration of the function of the substrate, which directly affects the recording quality. Can be suppressed.

本発明の第１の実施形態における液体吐出ヘッドを示す断面斜視図である。FIG. 3 is a cross-sectional perspective view showing the liquid ejection head in the first embodiment of the present invention. 図１に示した液体吐出ヘッドの側断面図である。FIG. 2 is a side sectional view of the liquid discharge head shown in FIG. 1. 図１に示した液体吐出ヘッドの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the liquid discharge head shown in FIG. 実施形態における抵抗素子を示す平面図である。It is a top view which shows the resistive element in embodiment. 本発明の第２の実施形態における基板の側断面図である。It is a sectional side view of the board | substrate in the 2nd Embodiment of this invention. 従来のインクジェット記録ヘッド用基板の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a conventional inkjet recording head substrate. 従来のインクジェット記録ヘッド用基板の平面図である。It is a top view of the board | substrate for conventional inkjet recording heads.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッド用基板として、記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録ヘッド用基板を例にとり説明する。また、各図中、同一もしくは相当部分には同一符号を付す。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, an example of an ink jet recording head and an ink jet recording head substrate mounted on an ink jet recording apparatus that performs recording by discharging ink onto a recording medium will be described as the liquid discharge head and the liquid discharge head substrate. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the same or equivalent part in each figure.

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドともいう）１００の積層構造を説明するための斜視図、図２は図１に示す積層構造を図１に示す断面と直交する方向から見た側断面図である。なお、図１および図２は液体吐出ヘッド１００の吐出口４を上向きにした状態を示している。ここに示す液体吐出ヘッドとしてのインクジェット記録ヘッド１００は、液体吐出用基板としてのインクジェット記録ヘッド用基板１０１（以下、単にヘッド用基板ともいう）と、ヘッド用基板１０１と共に液体流路を形成する流路形成部材３とを備える。なお、この流路形成部材３には液体を吐出するための複数の吐出口４が所定の密度で形成されている。 (First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view for explaining a laminated structure of an ink jet recording head (hereinafter also simply referred to as a recording head) 100 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the laminated structure shown in FIG. It is the sectional side view seen from the direction orthogonal to a cross section. 1 and 2 show a state in which the discharge port 4 of the liquid discharge head 100 is directed upward. An ink jet recording head 100 as a liquid discharge head shown here includes an ink jet recording head substrate 101 (hereinafter also simply referred to as a head substrate) as a liquid discharge substrate and a flow that forms a liquid flow path together with the head substrate 101. A path forming member 3. The flow path forming member 3 is formed with a plurality of discharge ports 4 for discharging liquid at a predetermined density.

ヘッド用基板１０１には、シリコン基板１に形成した供給口５を経て、吐出口４から吐出すべき液体としてのインクが供給される。供給口５から供給されたインクは、シリコン基板１の表面（図中、上面）１ａと、この表面１ａに設けられた流路形成部材３と、により形成された液体流路としてのインク流路（以下、単に流路という）２５に流入する。流路２５に流入したインクは、シリコン基板１の表面（図中、上面）１ａに設けられた吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換素子（以下、ヒータという）２ａから発生された熱エネルギーにより加熱され、発泡する。この発泡時の圧力変化により、流路２５に供給されたインクは吐出口４から吐出され、記録媒体に着弾し、画像が形成される。 The head substrate 101 is supplied with ink as a liquid to be discharged from the discharge port 4 through the supply port 5 formed in the silicon substrate 1. The ink supplied from the supply port 5 is an ink flow path as a liquid flow path formed by the surface (upper surface in the figure) 1a of the silicon substrate 1 and the flow path forming member 3 provided on the surface 1a. (Hereinafter simply referred to as a flow path) 25. The ink that has flowed into the flow path 25 is heated by heat energy generated from an electrothermal conversion element (hereinafter referred to as a heater) 2a as a discharge energy generating element provided on the surface (upper surface in the drawing) 1a of the silicon substrate 1. And foam. Due to the pressure change at the time of foaming, the ink supplied to the flow path 25 is ejected from the ejection port 4 and landed on the recording medium to form an image.

ここで、本実施形態における記録ヘッド１００の層構造を、その製造方法と共に説明する。図３（ａ）〜（ｋ）は記録ヘッド１００の各製造工程を示す図である。
図３（ａ）に示す工程では、一般的な半導体デバイスの製造工程と同様にシリコン基板１の表面１ａに所定の半導体素子を形成すると共に、ヒータ２ａおよびヒータ電極２ｂを含む通電層２を、フォトリソグラフィを用いた多層配線技術によって形成する。このヒータ２ａおよびヒータ電極２ｂは、図４に示すような平面形状を有している。図４に示すように、ヒータ電極２ｂが切欠部２ｂ１によって上流側と下流側とに分断されており、図３（ａ）に示す段階では、その切欠部２ｂ１からヒータ電極２ａの一部（接続部）２ａ１が露出した状態となる。また、電気的には、ヒータ電極２ｂの上流側と下流側とが吐出エネルギー発生部２ａ１によって接続され、接続部２ａ１に流れる電流によって、インクを吐出口４から吐出させるための吐出エネルギーとしてのジュール熱が接続２ａ１から発生される。従って、このヒータ電極２ｂの接続部２ａ１は吐出エネルギーを発生可能な吐出エネルギー発生部として機能することとなる。 Here, the layer structure of the recording head 100 in this embodiment will be described together with the manufacturing method thereof. 3A to 3K are diagrams showing each manufacturing process of the recording head 100. FIG.
In the process shown in FIG. 3A, a predetermined semiconductor element is formed on the surface 1a of the silicon substrate 1 as in the general semiconductor device manufacturing process, and the current-carrying layer 2 including the heater 2a and the heater electrode 2b is formed. It is formed by a multilayer wiring technique using photolithography. The heater 2a and the heater electrode 2b have a planar shape as shown in FIG. As shown in FIG. 4, the heater electrode 2b is divided into an upstream side and a downstream side by a notch 2b1, and at the stage shown in FIG. 3A, a part (connection) of the heater electrode 2a is formed from the notch 2b1. Part) 2a1 is exposed. Electrically, the upstream side and the downstream side of the heater electrode 2b are connected by the discharge energy generation unit 2a1, and the joule as discharge energy for discharging the ink from the discharge port 4 by the current flowing through the connection unit 2a1. Heat is generated from connection 2a1. Accordingly, the connecting portion 2a1 of the heater electrode 2b functions as a discharge energy generating portion capable of generating discharge energy.

次に、通電層２を覆うように絶縁保護膜（絶縁保護層）１０を成膜形成する（図３（ｂ）参照）。この絶縁保護膜１０は、インク内に形成された気泡が消滅する際に発生することがあるキャビテーションなどから通電層２を保護したり、電気的な短絡（ショート）を防止したりすることを目的として設けられるものである。 Next, an insulating protective film (insulating protective layer) 10 is formed to cover the conductive layer 2 (see FIG. 3B). The insulating protective film 10 is intended to protect the current-carrying layer 2 from cavitation or the like that may occur when bubbles formed in the ink disappear, or to prevent an electrical short circuit. It is provided as.

この後、図３（ｃ）に示すように、絶縁保護膜１０の表面（図３中、上面）１０ａを覆うようにキャパシタ下部電極膜（第１の電極層）１１を成膜形成する。さらに図３（ｄ）に示すように、キャパシタ下部電極膜１１の表面（図３中、上面）１１ａを覆うようにキャパシタ誘電膜（誘電層）１２を成膜形成する。次いで、図３（ｅ）に示すように、キャパシタ誘電膜１２の表面（図３中、上面）１２ａに、タンタル膜であるキャパシタ上部電極膜（第２の電極層）１３を成膜形成する。なお、以上の成膜形成において、膜１０、１１，１２，１３には、ヒータ電極２ｂの切欠部２ｂ１との対向位置に凹部が形成され、これがヒータ２ａからの熱を液体（インク）に伝えて加熱する加熱部１４ａとなっている。 Thereafter, as shown in FIG. 3C, a capacitor lower electrode film (first electrode layer) 11 is formed to cover the surface (upper surface in FIG. 3) 10a of the insulating protective film 10. Further, as shown in FIG. 3D, a capacitor dielectric film (dielectric layer) 12 is formed to cover the surface (upper surface in FIG. 3) 11a of the capacitor lower electrode film 11. Next, as shown in FIG. 3E, a capacitor upper electrode film (second electrode layer) 13 which is a tantalum film is formed on the surface (upper surface in FIG. 3) 12a of the capacitor dielectric film 12. In the film formation described above, the film 10, 11, 12, 13 is formed with a recess at a position facing the notch 2b1 of the heater electrode 2b, and this transfers heat from the heater 2a to the liquid (ink). It becomes the heating part 14a which heats.

次に、キャパシタ下部電極膜１１、キャパシタ誘電膜１２、キャパシタ上部電極膜（タンタル膜）１３をエッチングし、図１および図３（ｆ）に示すようなキャパシタ部（電荷蓄積部）１４を形成する。このキャパシタ部１４は、エッチングによって形成された同一の寸法形状をなす下部電極部１１ａ，誘電部１２ａ，上部電極部１３ａによって構成され、以上により、本実施形態におけるインクジェット記録ヘッド用基板（ヘッド用基板）１０１が完成する。 Next, the capacitor lower electrode film 11, the capacitor dielectric film 12, and the capacitor upper electrode film (tantalum film) 13 are etched to form a capacitor part (charge storage part) 14 as shown in FIGS. . The capacitor portion 14 is composed of a lower electrode portion 11a, a dielectric portion 12a, and an upper electrode portion 13a, which are formed by etching and have the same size and shape. As described above, the inkjet recording head substrate (head substrate) according to the present embodiment is formed. ) 101 is completed.

次に、図３（ｇ）〜図３（ｋ）に示す工程でヘッド用基板１０１の表面（図３中、上面）に流路形成部材３を形成することにより、インクジェット記録ヘッド１００を形成する。まず、図３（ｇ）に示す工程では、ヘッド用基板１０１において、加熱部１４ａを含むキャパシタ部１４の一部と絶縁保護膜１０の一部とを覆うように流路形成用の型材２４を形成する。この型材２４は最終的には除去されて空洞の流路２５を形成するためのものであるため、除去を前提とした製造方法を選択する。例えば、感光性レジストを用いて、形成すべき流路２５と同一の厚さを有する犠牲層を形成し、その後、形成した犠牲層に対して塗布、露光、現像を行うことにより形成すべき流路２５と同一形状の型材２４を形成することができる。 Next, the ink jet recording head 100 is formed by forming the flow path forming member 3 on the surface (the upper surface in FIG. 3) of the head substrate 101 in the steps shown in FIGS. 3 (g) to 3 (k). . First, in the step shown in FIG. 3G, in the head substrate 101, the flow path forming mold material 24 is formed so as to cover a part of the capacitor part 14 including the heating part 14a and a part of the insulating protective film 10. Form. Since the mold member 24 is finally removed to form the hollow flow path 25, a manufacturing method based on the removal is selected. For example, a sacrificial layer having the same thickness as the flow path 25 to be formed is formed using a photosensitive resist, and then the flow to be formed is applied, exposed, and developed to the formed sacrificial layer. A mold member 24 having the same shape as the path 25 can be formed.

次に、型材２４、キャパシタ部１４、および絶縁保護膜１０を覆うように流路形成部材３を形成する。本実施形態では、この流路形成部材３にも感光性レジストを用いており、形成に際しては、まず図３（ｈ）に示すように流路形成部材３として感光性レジストを塗布し、その後、露光、現像を行うことにより図３（ｉ）に示すようにインク吐出口４を形成する。 Next, the flow path forming member 3 is formed so as to cover the mold member 24, the capacitor portion 14, and the insulating protective film 10. In the present embodiment, a photosensitive resist is also used for the flow path forming member 3. When forming, a photosensitive resist is first applied as the flow path forming member 3 as shown in FIG. By performing exposure and development, an ink discharge port 4 is formed as shown in FIG.

次に、シリコン基板１の裏面（図３中、下面）１ｂから異方性エッチングによって、図３（ｊ）に示すインク供給口５となる貫通穴を形成する。このとき貫通穴は型材２４まで到達せず、シリコン基板１の表面膜を残して一旦止まる。この表面膜は基板裏面から反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって除去し、これによって貫通穴が完成する。この後、図３（ｋ）に示すように、除去することを前提に予め形成した型材２４を除去し、空洞の流路２５を形成する。以上によって基板内にインク供給口５からインク吐出口４に抜けるインクの流通路が形成され、インクジェット記録ヘッド１００が完成する。 Next, a through-hole serving as the ink supply port 5 shown in FIG. 3J is formed from the back surface (lower surface in FIG. 3) 1b of the silicon substrate 1 by anisotropic etching. At this time, the through hole does not reach the mold member 24, and temporarily stops leaving the surface film of the silicon substrate 1. This surface film is removed from the back surface of the substrate by reactive ion etching (RIE), thereby completing a through hole. Thereafter, as shown in FIG. 3 (k), the mold material 24 formed in advance on the assumption of the removal is removed, and a hollow flow path 25 is formed. As a result, an ink flow path that passes from the ink supply port 5 to the ink discharge port 4 is formed in the substrate, and the ink jet recording head 100 is completed.

上述のインクジェット記録ヘッド１００の製造方法では、一般的に「注型法」といわれる製造方法に従って流路形成部材３を形成している。しかし、本発明における流路形成部材の製造方法は「注型法」に限定されるものではなく、「注型法」以外の製造方法を用いて流路形成部材３を形成してもよい。 In the method for manufacturing the ink jet recording head 100 described above, the flow path forming member 3 is formed according to a manufacturing method generally referred to as a “casting method”. However, the manufacturing method of the flow path forming member in the present invention is not limited to the “casting method”, and the flow path forming member 3 may be formed using a manufacturing method other than the “casting method”.

次に、本実施形態において形成されるキャパシタ構造部１４について、さらに詳細に説明する。キャパシタ部（電荷蓄積部）の容量はキャパシタ誘電膜１２によって決定される。すなわち、キャパシタ誘電膜１２の誘電率（比誘電率）が高いほどキャパシタ容量が大きく、ＥＳＤ電荷を受け止める膜の能力が高くなる。本実施形態の場合、発熱抵抗素子であるヒータ２ａの上にキャパシタ構造部１４が形成されていることから、キャパシタ誘電膜として用いられる膜には、高い融点が求められる。本実施形態ではＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、ＴｉＯ２の膜などが候補として挙げられる。 Next, the capacitor structure 14 formed in the present embodiment will be described in more detail. The capacitance of the capacitor unit (charge storage unit) is determined by the capacitor dielectric film 12. That is, the higher the dielectric constant (relative dielectric constant) of the capacitor dielectric film 12, the larger the capacitor capacity and the higher the ability of the film to receive ESD charges. In the case of this embodiment, since the capacitor structure portion 14 is formed on the heater 2a that is a heating resistor element, a high melting point is required for the film used as the capacitor dielectric film. In the present embodiment, SiO 2, SiN, Al 2 O 3, Y 2 O 3, HfO 2, ZrO 2, Ta 2 O 5, La 2 O 3, TiO 2, and the like are listed as candidates.

キャパシタ構造部１４の一部を構成するキャパシタ下部電極膜１１は、ヒータ２ａの上に存在することから、融点が高いことが求められると共に、電気抵抗が低いことが必要になる。また、キャパシタ下部電極膜１１は、絶縁保護膜１０であるＳｉＮ膜とキャパシタ誘電膜１２との間にあって、繰り返される抵抗素子の熱ストレスを受けても、絶縁保護膜１０から剥がれないようにするための適正な熱膨張率と強い密着力が必要である。本実施形態では、キャパシタ下部電極膜１１の素材として、タンタル、タングステン、オスミウム、イリジウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、クロムなどが採用可能であり、その中でもタンタルが最も適している。 Since the capacitor lower electrode film 11 constituting a part of the capacitor structure portion 14 exists on the heater 2a, it is required to have a high melting point and to have a low electric resistance. Further, the capacitor lower electrode film 11 is located between the SiN film as the insulating protective film 10 and the capacitor dielectric film 12 so that the capacitor lower electrode film 11 is not peeled off from the insulating protective film 10 even when subjected to repeated thermal stress of the resistance element. The appropriate coefficient of thermal expansion and strong adhesion are required. In this embodiment, tantalum, tungsten, osmium, iridium, niobium, molybdenum, ruthenium, chromium, or the like can be used as the material of the capacitor lower electrode film 11, and among these, tantalum is most suitable.

以上のように本実施形態に係るインクジェット記録ヘッド１００には、ヒータ２ａ、ヒータ電極２ｂなどを含む通電層２と絶縁保護膜１０とからなるヘッド基板の層構造とは独立に、ＥＳＤ事象によって生じた電荷を蓄積するキャパシタ部１４が形成されている。しかも、本実施形態では、キャパシタ部１４のキャパシタ面積を、ヒータ２ａとヒータ電極２ｂとを含む通電層２の平面積以上の十分な大きさに設定している。このため、通電層２の平面積に制限されることなく、必要十分な容量を確保することができ、ＥＳＤ事象の発生を低減することが可能になると共に、キャパシタ部１４の設計上の自由度も高まる。 As described above, the inkjet recording head 100 according to the present embodiment is caused by an ESD event independently of the layer structure of the head substrate including the conductive layer 2 including the heater 2a and the heater electrode 2b and the insulating protective film 10. A capacitor portion 14 for accumulating the charges is formed. Moreover, in the present embodiment, the capacitor area of the capacitor unit 14 is set to a sufficient size that is equal to or larger than the plane area of the energization layer 2 including the heater 2a and the heater electrode 2b. Therefore, a necessary and sufficient capacity can be ensured without being limited to the plane area of the energization layer 2, and the occurrence of an ESD event can be reduced, and the design freedom of the capacitor unit 14 can be reduced. Will also increase.

また、キャパシタ部１４がＥＳＤ事象の影響を受けた場合にも、その影響が絶縁保護膜１０に及ぶのを軽減することができる。従って、本実施形態によれば、吐出性能や記録品質に対して直接的に影響を及ぼすショートなどの発生を低減することができる。さらに、製造時のＥＳＤ事象によるヒータへの影響、および記録ヘッド使用時に発生するキャビテーションなど機械的な力による影響もキャパシタ部１４の存在によって軽減することが可能となる。このため本実施形態によれば、記録ヘッド１００の歩留まりは大幅に向上し、製造コストを低減することが可能になると共に、良好な吐出性能および耐久性を有得ることが可能になる。 In addition, even when the capacitor unit 14 is affected by the ESD event, it is possible to reduce the influence of the capacitor unit 14 on the insulating protective film 10. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to reduce the occurrence of a short circuit that directly affects the ejection performance and the recording quality. Further, the presence of the capacitor unit 14 can also reduce the influence on the heater due to the ESD event during manufacturing and the influence of mechanical force such as cavitation that occurs when the recording head is used. For this reason, according to the present embodiment, the yield of the recording head 100 is greatly improved, the manufacturing cost can be reduced, and good ejection performance and durability can be obtained.

（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態を図５に基づいて説明する。なお、上記第１の実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、その説明の詳細は省く。
この第２の実施形態における記録ヘッド２００は、第１の実施形態におけるヘッド用基板１０１のキャパシタ上部電極膜（第２の電極層）１３にエッチングにより切欠部１３ｃを形成したヘッド用基板２０１を有している。このキャパシタ上部電極膜１３の切欠部１３ｃは、絶縁保護膜１０の切欠部２ｂ１に対向する位置、つまり、図５に示すヒータ２ａの接続部２ａ１と対向する位置に形成されている。その他の構成は、上記第１の実施形態と同様である。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the said 1st Embodiment, or an equivalent part, and the detail of the description is abbreviate | omitted.
The recording head 200 in the second embodiment has a head substrate 201 in which a notch 13c is formed by etching in the capacitor upper electrode film (second electrode layer) 13 of the head substrate 101 in the first embodiment. doing. The notch 13c of the capacitor upper electrode film 13 is formed at a position facing the notch 2b1 of the insulating protective film 10, that is, a position facing the connecting part 2a1 of the heater 2a shown in FIG. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

このように、第２の実施形態においてはキャパシタ上部電極膜１３に切欠部１３ｃを形成したため、キャパシタ上部電極膜１３の厚さ分だけヒータ２の接続部２ａ１と対向する部分（加熱部）１４ａの積層膜厚の合計が薄化している。このため、切欠部１３ｃが形成されていない第１の実施形態に比べて、ヒータ２から液体への熱の伝播効率は向上し、効率的にインクを吐出することが可能になる。なお、この第２の実施形態では、切欠部１３ｃの面積分だけキャパシタ面積が減少することになるが、これは、キャパシタ部１４の他の部分の面積を増大させることによって補うことが可能であり、必要とされる容量は十分に確保することができる。 As described above, in the second embodiment, the cutout portion 13c is formed in the capacitor upper electrode film 13, and therefore, the portion (heating portion) 14a facing the connection portion 2a1 of the heater 2 by the thickness of the capacitor upper electrode film 13 is formed. The total laminated film thickness is thinned. For this reason, as compared with the first embodiment in which the notch 13c is not formed, the heat propagation efficiency from the heater 2 to the liquid is improved, and ink can be efficiently ejected. In the second embodiment, the capacitor area is reduced by the area of the notch 13c, but this can be compensated by increasing the area of the other part of the capacitor part 14. The required capacity can be secured sufficiently.

（他の実施形態）
上記のように、第１、第２の実施形態では、ヒータ２ａとヒータ電極２ｂとを含む通電層２の形成領域全体を包含する領域に、キャパシタ部１４を形成した。しかし、キャパシタ部１４を通電層２が形成されている領域とは無関係な位置に形成することも可能である。例えば、通電層２を完全には覆わない位置、すなわち、通電層２の一部のみを覆う位置、あるいは通電層２を全く対向しない位置に設けることも可能である。但し、いずれの場合にも、キャパシタ部１４の面積は通電層２の形成領域の面積よりも大きくする必要がある。このように、通電層２を完全には覆わない位置にキャパシタ部１４を設けたとしても、キャパシタ面積を通電層２の面積よりも大きく設定すれば、ＥＳＤ事象の発生を低減することが可能になる。また、ＥＳＤ事象が発生した場合にも、従来の記録ヘッドに比べ、絶縁保護膜１０などへの損傷をキャパシタ部１４によって軽減することが可能になる。このため、ＥＳＤ事象に起因する液体吐出ヘッドの吐出性能への悪影響を抑えることが可能になると共に、液体吐出吐出ヘッドの長寿命化を図ることができる。 (Other embodiments)
As described above, in the first and second embodiments, the capacitor portion 14 is formed in a region including the entire formation region of the conductive layer 2 including the heater 2a and the heater electrode 2b. However, it is also possible to form the capacitor portion 14 at a position unrelated to the region where the conductive layer 2 is formed. For example, it is possible to provide the conductive layer 2 at a position where the conductive layer 2 is not completely covered, that is, a position where only a part of the conductive layer 2 is covered, or a position where the conductive layer 2 is not opposed at all. However, in any case, the area of the capacitor portion 14 needs to be larger than the area of the region where the conductive layer 2 is formed. Thus, even if the capacitor portion 14 is provided at a position that does not completely cover the energization layer 2, if the capacitor area is set larger than the area of the energization layer 2, the occurrence of an ESD event can be reduced. Become. Even when an ESD event occurs, damage to the insulating protective film 10 and the like can be reduced by the capacitor unit 14 as compared with the conventional recording head. For this reason, it is possible to suppress the adverse effect on the discharge performance of the liquid discharge head due to the ESD event, and it is possible to extend the life of the liquid discharge head.

［実施例］
次に、上記各実施形態に基づいて製造された記録ヘッドの実施例を、実施例１−１〜実施例１−６、および実施例２−１，２−２に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施例１−１〜実施例１−６は第１の実施形態に対応し、実施例２−１，実施例２−２は第２の実施形態に対応している。また、実施例１−１〜実施例１−６には、互いに共通する部分が多く存在するため、共通部分については共通項目として説明を行い、異なる部分については個別項目として説明を行う。同様に、実施例２−１〜２−２についても、共通項目と、個別項目とがあり、それぞれの項目について説明を行う。 [Example]
Next, examples of the recording head manufactured based on the above embodiments will be described based on Examples 1-1 to 1-6 and Examples 2-1 and 2-2. In addition, Example 1-1 to Example 1-6 described below correspond to the first embodiment, and Example 2-1 and Example 2-2 correspond to the second embodiment. In addition, in Example 1-1 to Example 1-6, there are many portions that are common to each other. Therefore, the common portions are described as common items, and the different portions are described as individual items. Similarly, in Examples 2-1 to 2-2, there are common items and individual items, and each item will be described.

（実施例１−１〜実施例１−６）
Ａ１．共通項目
まず、実施例１−１〜実施例１−６の共通項目について図２および図３を参照しつつ説明を行う。
本実施例１−１〜実施例１−６では、シリコン基板１として厚さ６２５μｍのシリコン基板を用い、このシリコン基板１上に、ヒータ２ａおよびヒータ電極２ｂとして厚さ０．５μｍのアルミニウム膜を形成した。
次に、ヒータ２ａおよびヒータ電極２ｂ上に、プラズマＣＶＤによって膜厚３００ｎｍのＳｉＮ膜（比誘電率７．５）を絶縁保護膜１０として成膜した。
その後、スパッタ法により、膜厚１００ｎｍのタンタル膜をキャパシタ下部電極膜１１として形成した。
次に、キャパシタ下部電極膜１１上に、スパッタ法によって膜厚１００ｎｍのキャパシタ誘電膜１２を形成した。さらに、キャパシタ上部電極膜１３としてスパッタ法により膜厚２００ｎｍのタンタル膜を成膜し、最後に、各膜１１、１２、１３に関してパターニングを行い、所望形状のキャパシタ部１４を形成した。 (Example 1-1 to Example 1-6)
A1. Common Items First, common items of Example 1-1 to Example 1-6 will be described with reference to FIGS.
In Example 1-1 to Example 1-6, a silicon substrate having a thickness of 625 μm was used as the silicon substrate 1, and an aluminum film having a thickness of 0.5 μm was formed on the silicon substrate 1 as the heater 2a and the heater electrode 2b. Formed.
Next, a 300 nm-thickness SiN film (relative dielectric constant 7.5) was formed as an insulating protective film 10 on the heater 2a and the heater electrode 2b by plasma CVD.
Thereafter, a tantalum film having a thickness of 100 nm was formed as the capacitor lower electrode film 11 by sputtering.
Next, a capacitor dielectric film 12 having a film thickness of 100 nm was formed on the capacitor lower electrode film 11 by sputtering. Further, a tantalum film having a film thickness of 200 nm was formed as the capacitor upper electrode film 13 by sputtering, and finally, each of the films 11, 12, and 13 was patterned to form a capacitor part 14 having a desired shape.

Ｂ１．個別項目
次に、実施例１−１〜実施例１−６の個別項目を説明する。
・実施例１−１では、キャパシタ下部電極膜１１として膜厚２００ｎｍのタンタル膜を用い、キャパシタ誘電膜１２として膜厚１００ｎｍのＳｉＯ２膜（比誘電率３．９）を用いた。
・実施例１−２では、キャパシタ下部電極膜１１として膜厚２００ｎｍのタンタル膜を用い、キャパシタ誘電膜１２として膜厚１００ｎｍのＳｉＮ膜（比誘電率７．５）を用いた。
・実施例１−３では、キャパシタ下部電極膜１１として膜厚２００ｎｍのタンタル膜を用い、キャパシタ誘電膜１２として膜厚１００ｎｍのＡｌ２Ｏ３膜（比誘電率９）を用いた。
・実施例１−４では、キャパシタ下部電極膜１１として膜厚２００ｎｍのタンタル膜を用い、キャパシタ誘電膜１２として膜厚１００ｎｍのＹ２Ｏ３膜（比誘電率１５）を用いた。
・実施例１−５では、キャパシタ下部電極膜１１として膜厚２００ｎｍのタングステン膜を用い、キャパシタ誘電膜１２として膜厚１００ｎｍのＨｆＯ２膜（比誘電率２５）を用いた。
・実施例１−６では、キャパシタ下部電極膜１１として膜厚２００ｎｍのタンタル膜を用い、キャパシタ誘電膜１２として膜厚１００ｎｍのＴａ２Ｏ５膜（比誘電率２６）を用いた。 B1. Individual items Next, individual items of Example 1-1 to Example 1-6 will be described.
In Example 1-1, a tantalum film having a thickness of 200 nm was used as the capacitor lower electrode film 11, and a SiO2 film (relative dielectric constant of 3.9) having a thickness of 100 nm was used as the capacitor dielectric film 12.
In Example 1-2, a tantalum film having a thickness of 200 nm was used as the capacitor lower electrode film 11, and a SiN film having a thickness of 100 nm (relative dielectric constant 7.5) was used as the capacitor dielectric film 12.
In Example 1-3, a tantalum film having a thickness of 200 nm was used as the capacitor lower electrode film 11, and an Al 2 O 3 film (relative dielectric constant 9) having a thickness of 100 nm was used as the capacitor dielectric film 12.
In Example 1-4, a tantalum film having a thickness of 200 nm was used as the capacitor lower electrode film 11, and a Y 2 O 3 film (relative dielectric constant 15) having a thickness of 100 nm was used as the capacitor dielectric film 12.
In Example 1-5, a tungsten film having a thickness of 200 nm was used as the capacitor lower electrode film 11, and a HfO 2 film having a thickness of 100 nm (relative dielectric constant 25) was used as the capacitor dielectric film 12.
In Example 1-6, a tantalum film having a thickness of 200 nm was used as the capacitor lower electrode film 11, and a Ta2O5 film (relative dielectric constant 26) having a thickness of 100 nm was used as the capacitor dielectric film 12.

（実施例２）
Ａ２．共通項目
次に、実施例２−１と実施例２−２の共通項目について説明する。
実施例２−１および実施例２−２は第２の実施形態に対応するものであり、いずれも上述の実施例１における共通項目の一部を変更したものとなっている。すなわち、実施例２−１および実施例２−２では、図３（ｆ）のキャパシタ上部電極膜１３をタンタル膜によって成膜した後、ヒータ２の直上に位置する部分をエッチングすることによって、図５に示すような切欠部１３ｃを形成する工程が追加されている。この工程を追加した点が、実施形態１−１〜実施形態１−６の共通項目と、本実施例２−１および実施例２−２の共通項目と異なっており、その他の工程は、上記実施形態１−１〜実施例１−６の共通項目と同一である。 (Example 2)
A2. Common items Next, common items of Example 2-1 and Example 2-2 will be described.
Example 2-1 and Example 2-2 correspond to the second embodiment, and both are obtained by changing some of the common items in Example 1 described above. That is, in Example 2-1 and Example 2-2, the capacitor upper electrode film 13 of FIG. 3F is formed of a tantalum film, and then the portion located immediately above the heater 2 is etched to obtain the figure. A step of forming a notch 13c as shown in FIG. The point which added this process differs from the common item of Embodiment 1-1-Embodiment 1-6, and the common item of this Example 2-1 and Example 2-2, and other processes are the above-mentioned. It is the same as the common item of Embodiment 1-1-Example 1-6.

前述のように、切欠部１３ｃを形成した本実施例２−１および２−２では、ヒータ２ａの接続部２ａ１における積層膜が薄化され、ヒータで発生した熱を効率的に伝播させることが可能になる。但し、切欠部１３ｃの面積分だけキャパシタ面積が減少することになるため、キャパシタ部１４の他の部分の面積を増加させることによって容量を確保するようにした。具体的には、各ヒータ２の面積は１８×１８μｍ＝３２４μｍ^２であり、その面積に対応する面積の切欠部１３ｃがキャパシタ上部電極膜１３から削除されることとなる。従って、実施例１−１〜実施例１−６と同様の範囲にキャパシタ部１４を形成した場合には、切欠部１３ｃの面積分だけキャパシタ面積が減少し、それに伴って容量も減少することとなる。 As described above, in Examples 2-1 and 2-2 in which the notch portion 13c is formed, the laminated film in the connection portion 2a1 of the heater 2a is thinned, and the heat generated by the heater can be efficiently propagated. It becomes possible. However, since the capacitor area is reduced by the area of the notch 13c, the capacitance is ensured by increasing the area of the other part of the capacitor part 14. Specifically, the area of each heater 2 is 18 × 18 μm = 324 μm ² , and the notch 13 c having an area corresponding to the area is deleted from the capacitor upper electrode film 13. Therefore, when the capacitor part 14 is formed in the same range as in Example 1-1 to Example 1-6, the capacitor area is reduced by the area of the notch part 13c, and the capacitance is accordingly reduced. Become.

しかし、実施例２−１および実施例２−２では、キャパシタ部１４の形成範囲を、１７６４μｍ^２にまで増加できるため、ヒータ２の面積に相当するキャパシタ面積の減少を十分に補うことが可能になる。 However, in Example 2-1 and Example 2-2, since the formation range of the capacitor portion 14 can be increased to 1764 μm ² , it is possible to sufficiently compensate for the reduction in the capacitor area corresponding to the area of the heater 2. Become.

Ｂ２．個別項目
次に、実施例２−１と実施例２−２の個別項目を説明する。
・実施例２−１では、キャパシタ下部電極膜１１として膜厚２００ｎｍのタングステン膜を、キャパシタ誘電膜１２として膜厚１００ｎｍのＨｆＯ２膜（比誘電率２５）をそれぞれ用いた。
・実施例２−２では、キャパシタ下部電極膜１１として膜厚２００ｎｍのタンタル膜を、キャパシタ誘電膜１２として膜厚１００ｎｍのＴａ２Ｏ５膜（比誘電率２６）をそれぞれ用いた。 B2. Individual items Next, individual items of Example 2-1 and Example 2-2 will be described.
In Example 2-1, a tungsten film having a thickness of 200 nm was used as the capacitor lower electrode film 11, and a HfO 2 film (relative dielectric constant 25) having a thickness of 100 nm was used as the capacitor dielectric film 12.
In Example 2-2, a tantalum film having a thickness of 200 nm was used as the capacitor lower electrode film 11, and a Ta2O5 film (relative dielectric constant 26) having a thickness of 100 nm was used as the capacitor dielectric film 12.

（比較例）
ここで、本発明の上記実施例に対する比較例として、従来用いられていたインクジェット記録へッドの具体的な構成を、その製造方法と共に説明する。
この比較例では、厚さ６２５μｍのシリコン基板１を用い、ヒータ２ａおよびヒータ電極２ｂを厚さ０．５μｍのアルミニウム膜で形成した。さらに、ヒータ２ａ、ヒータ電極２ｂおよびシリコン基板１を覆うように、プラズマＣＶＤにより膜厚３００ｎｍのＳｉＮ膜（比誘電率７．５）を絶縁保護膜１０として成膜形成した。この後、絶縁保護膜１０上に、スパッタ法により膜厚２００ｎｍのタンタル膜１１を成膜し、各膜に関してパターニングを行い、所定の形状に形成した。この積層状態の概略を図６に示す。 (Comparative example)
Here, as a comparative example with respect to the above-described embodiment of the present invention, a specific configuration of a conventionally used inkjet recording head will be described together with its manufacturing method.
In this comparative example, a silicon substrate 1 having a thickness of 625 μm was used, and the heater 2a and the heater electrode 2b were formed of an aluminum film having a thickness of 0.5 μm. Further, a 300 nm-thickness SiN film (relative dielectric constant 7.5) was formed as an insulating protective film 10 by plasma CVD so as to cover the heater 2a, the heater electrode 2b, and the silicon substrate 1. Thereafter, a tantalum film 11 having a thickness of 200 nm was formed on the insulating protective film 10 by sputtering, and each film was patterned to form a predetermined shape. An outline of this laminated state is shown in FIG.

図６に示す積層構造は、シリコン基板１の上に、ヒータ２ａおよびヒータ電極２ｂからなる通電層２、絶縁保護膜１０、およびタンタル膜１１によってキャパシタンスを形成しており、これによってＥＳＤ事象による影響の軽減を図るものとなっている。この層構造は前述の特許文献１に開示されたものと同様である。なお、特許文献１では、図６および図７に示すように、タンタル膜１１が、複数のヒータ２ａそれぞれに対応して島状に分割された領域１１Ａ，１１Ｂ，・・・１１Ｎと、これらをつなぐ細い線１１Ｌとにより構成されている。本比較例でも特許文献１と同様に、各ヒータに対して島状にタンタル膜を配置した構成を有するものとなっている。但し、本比較例では、本実施例との比較・検討を行う上で、ヒータおよびヒータ電極などの平面上の寸法形状については、以下に説明する本実施例と同様に設定している。 In the laminated structure shown in FIG. 6, a capacitance is formed on the silicon substrate 1 by the energizing layer 2 including the heater 2 a and the heater electrode 2 b, the insulating protective film 10, and the tantalum film 11. It is intended to reduce this. This layer structure is the same as that disclosed in Patent Document 1 described above. In Patent Document 1, as shown in FIGS. 6 and 7, regions 11A, 11B,... 11N in which the tantalum film 11 is divided into islands corresponding to the plurality of heaters 2a, It is constituted by a thin line 11L to be connected. Similarly to Patent Document 1, this comparative example also has a configuration in which a tantalum film is arranged in an island shape with respect to each heater. However, in the present comparative example, the dimensions and shapes on the plane of the heater and the heater electrode and the like are set in the same manner as in the present embodiment described below in comparison and examination with the present embodiment.

（実施例および比較例の平面形状）
ここで、比較例および上記実施例のインクジェット記録基板の平面形状に関して図４に基づき説明する。図４に示すように、ヒータ２ａは屈曲形状をなすヒータ電極２ｂに接続されており、各ヒータ２ａは共通のインク供給口の長手方向Ｘ（図１および図４参照）と平行する直線上に一定間隔を介して配列されている。 (Planar shapes of Examples and Comparative Examples)
Here, the planar shape of the ink jet recording substrates of the comparative example and the above example will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the heater 2a is connected to a heater electrode 2b having a bent shape, and each heater 2a is on a straight line parallel to the longitudinal direction X (see FIGS. 1 and 4) of a common ink supply port. They are arranged at regular intervals.

本実施例および比較例において、ヒータ２ａの配列方向における密度は６００ＤＰＩであり、個々のヒータ２ａのサイズは１８×１８μｍとし、配線ルールはライン／スペース＝８／８μｍとしている。また、ヒータ電極２ｂの幅はヒータ２ａの幅と同一に設定している。このような平面形状を有するヒータ２ａおよびヒータ電極２ｂに対し、比較例では、ヒータ２ａ毎にタンタル膜を分離して島状に配置し、それらを図７に示すような細い線（図４には図示せず）でつないだ構成となっている。これに対して本実施例では、全てのヒータを覆うような帯状のタンタル膜によってキャパシタ上部電極膜１３を形成すると共に、キャパシタ上部電極膜１３と同一の平面形状をなすキャパシタ誘電膜１２およびキャパシタ上部電極膜１３を形成している。 In this example and the comparative example, the density in the arrangement direction of the heaters 2a is 600 DPI, the size of each heater 2a is 18 × 18 μm, and the wiring rule is line / space = 8/8 μm. The width of the heater electrode 2b is set to be the same as the width of the heater 2a. In contrast to the heater 2a and heater electrode 2b having such a planar shape, in the comparative example, the tantalum film is separated for each heater 2a and arranged in an island shape, and these are arranged as thin lines as shown in FIG. (Not shown). On the other hand, in this embodiment, the capacitor upper electrode film 13 is formed of a strip-shaped tantalum film covering all the heaters, and the capacitor dielectric film 12 and the capacitor upper part having the same planar shape as the capacitor upper electrode film 13 are formed. An electrode film 13 is formed.

上記設計に基づいてヒータ２ａを配置すると、比較例では、各ヒータ２ａおよびヒータ電極２ｂに対応する６００ＤＰＩの理論面積４２×４２μｍ＝１７６４μｍ^２の中に含まれるキャパシタ面積は１１５６μｍ^２となる。このキャパシタ面積は、ヒータ２ａとヒータ電極２ｂの配線部分との合計面積となっており、前記理論面積４２×４２μｍ＝１７６４μｍ^２の約６５％の面積となっている。 When the heater 2a is arranged based on the above design, in the comparative example, the capacitor area included in the theoretical area 42 × 42 μm = 1766 μm ² of 600 DPI corresponding to each heater 2a and heater electrode 2b is 1156 μm ² . This capacitor area is the total area of the heater 2a and the wiring portion of the heater electrode 2b, and is about 65% of the theoretical area 42 × 42 μm = 1762 μm ² .

これに対して、本発明では６００ＤＰＩの理論面積（１７６４μｍ^２）当りのキャパシタ面積は１７６４μｍ^２以上、すなわち１００％以上になる。これは本実施例では、キャパシタ上部電極膜１３と、キャパシタ誘電膜１２と、キャパシタ下部電極膜１１とからなるキャパシタ部１４が、ヒータ２ａおよびヒータ電極２ｂからなる通電層２とは独立に構成されるためである。つまり、本実施例では、通電層２より広い面積範囲に亘ってキャパシタ部１４を形成でき、そのキャパシタ部１４の面積全体がキャパシタ面積になるため、理論面積４２×４２μｍの１００％以上をキャパシタ面積とすることが可能になる。 On the other hand, in the present invention, the capacitor area per 600 DPI theoretical area (1764 μm ² ) is 1764 μm ² or more, that is, 100% or more. In this embodiment, the capacitor portion 14 including the capacitor upper electrode film 13, the capacitor dielectric film 12, and the capacitor lower electrode film 11 is configured independently of the energization layer 2 including the heater 2 a and the heater electrode 2 b. Because. That is, in this embodiment, the capacitor portion 14 can be formed over a wider area range than the energization layer 2, and the entire area of the capacitor portion 14 becomes the capacitor area. Therefore, the capacitor area is 100% or more of the theoretical area 42 × 42 μm. It becomes possible.

（比較結果）
本発明の効果を確認するため、本発明の実施例及び従来技術の比較例のＥＳＤ事象による抵抗素子の不具合発生率を確認した。この不具合発生率は、記録ヘッドの製造における歩留まりレベルに対応する。つまり、不具合発生率が高い場合には、歩留まりレベルが下がり、逆に不具合発生率が低い場合には歩留まりレベルは高くなる。 (Comparison result)
In order to confirm the effect of the present invention, the failure occurrence rate of the resistance element due to the ESD event of the example of the present invention and the comparative example of the prior art was confirmed. This defect occurrence rate corresponds to the yield level in manufacturing the recording head. That is, when the defect occurrence rate is high, the yield level decreases, and conversely, when the defect occurrence rate is low, the yield level increases.

比較・検討の結果、比較例の不具合発生率が“Ｃ”であったのに対して、実施例１−１、実施例１−２、実施例１−３では不具合発生率が“Ｂ”となった。さらに、比誘電率の高い誘電膜を備える実施例１−４、実施例１−５、実施例１−６では、不具合発生率は“Ａ”となり、本発明の有効性が確認された。従って、実施例１−１〜実施例１−６それぞれにおいて、誘電膜の比誘電率を３．９以上、５以上、７．５以上、９以上、１５以上、２５以上とすれば、各実施例の不具合発生率をさらに向上させることができる。 As a result of comparison and examination, the defect occurrence rate of the comparative example was “C”, whereas in Example 1-1, Example 1-2, and Example 1-3, the defect occurrence rate was “B”. became. Furthermore, in Example 1-4, Example 1-5, and Example 1-6 including a dielectric film having a high relative dielectric constant, the failure occurrence rate was “A”, confirming the effectiveness of the present invention. Therefore, in each of Examples 1-1 to 1-6, if the relative dielectric constant of the dielectric film is 3.9 or more, 5 or more, 7.5 or more, 9 or more, 15 or more, 25 or more, each implementation The failure rate of the example can be further improved.

また第２の実施形態に対応する実施例２−１、実施例２−２についても、不具合発生率は“Ａ”となり、その効果については、第１の実施形態に対応する各実施例１−４、実施例１−５、実施例１−６と差異はなかった。なお、実施例２−１、実施例２−２のそれぞれにおいて、誘電膜の比誘電率を２５以上、２６以上とすれば、不具合発生率をさらに向上させることができる。
“Ａ”：製品製造上問題とならない不具合発生率
“Ｂ”：不具合発生率ほぼ０
“Ｃ”：製品製造上問題となる不具合発生率 Also, in the case of Example 2-1 and Example 2-2 corresponding to the second embodiment, the failure occurrence rate is “A”, and the effect of each Example 1- 1 corresponding to the first embodiment is described. 4. No difference from Examples 1-5 and 1-6. In each of Example 2-1 and Example 2-2, if the relative dielectric constant of the dielectric film is 25 or more and 26 or more, the defect occurrence rate can be further improved.
“A”: Defect occurrence rate that does not cause a problem in product manufacturing “B”: Defect occurrence rate almost 0
“C”: Defect occurrence rate that is a problem in product manufacturing

１シリコン基板（基板）
２通電層
２ａヒータ
２ｂヒータ電極
３流路形成部材
１０絶縁保護層
１１キャパシタ下部電極膜（第１の電極層）
１２キャパシタ誘電膜（誘電層）
１３キャパシタ上部電極膜（第２の電極層）
１３Ｃ切欠部
１４キャパシタ部（電荷蓄積部）
２４型材
２５流路
１００，２００液体吐出ヘッド
１０１，２０１液体吐出ヘッド用基板 1 Silicon substrate (substrate)
2 energizing layer 2a heater 2b heater electrode 3 flow path forming member 10 insulating protective layer 11 capacitor lower electrode film (first electrode layer)
12 Capacitor dielectric film (dielectric layer)
13 Capacitor upper electrode film (second electrode layer)
13C Notch part 14 Capacitor part (charge storage part)
24 Mold Material 25 Channel 100, 200 Liquid Discharge Head 101, 201 Liquid Discharge Head Substrate

Claims

A substrate provided with a current-carrying layer including a discharge energy generating section capable of generating discharge energy for discharging liquid on the surface;
An insulating protective layer covering the surface of the conductive layer;
A charge storage portion having a larger plane area than the energization layer,
The charge storage unit
A first electrode layer covering at least part of the surface of the insulating protective layer;
A dielectric layer covering a surface of the first electrode layer;
And a second electrode layer covering the surface of the dielectric layer.

2. The liquid discharge head substrate according to claim 1, wherein the charge storage unit covers a region of the surface of the insulating protective layer facing the discharge energy generation unit.

3. The liquid discharge head substrate according to claim 1, wherein the charge storage unit has a notch formed in a region of the second electrode layer facing the discharge energy generation unit.

The first electrode layer is formed of tantalum, tungsten, osmium, iridium, niobium, molybdenum, ruthenium, or chromium,
4. The liquid discharge head substrate according to claim 1, wherein the second electrode layer is made of tantalum. 5.

5. The liquid discharge head substrate according to claim 1, wherein the dielectric layer has a relative dielectric constant of 3.9 or more.

5. The liquid discharge head substrate according to claim 1, wherein a relative dielectric constant of the dielectric layer is 7.5 or more.

The liquid discharge head substrate according to claim 1, wherein the dielectric layer has a relative dielectric constant of 15 or more.

The energization layer includes a plurality of the ejection energy generation units,
The liquid discharge head substrate according to claim 1, wherein the charge storage unit covers a region of the surface of the insulating protective layer that faces the plurality of discharge energy generation units.

9. The liquid ejection according to claim 1, wherein the dielectric layer is formed of SiO 2, SiN, Al 2 O 3, Y 2 O 3, HfO 2, ZrO 2, Ta 2 O 5, La 2 O 3, or TiO 2. Head substrate.

A substrate for a liquid discharge head provided with a current-carrying layer including a discharge energy generation unit capable of generating discharge energy for discharging liquid;
A flow path forming member that forms a liquid flow path together with the liquid discharge head substrate,
A liquid discharge head for discharging the liquid supplied to the liquid flow path from a discharge port formed in the flow path forming member by the discharge energy;
The liquid discharge head substrate is:
An insulating protective layer covering the surface of the conductive layer;
A charge storage portion having a larger plane area than the energization layer,
The charge storage unit
A first electrode layer covering at least part of the surface of the insulating protective layer;
A dielectric layer covering a surface of the first electrode layer;
And a second electrode layer covering the surface of the dielectric layer.

The dielectric layer, SiO2, SiN, Al2O3, Y2 O 3, HfO2, ZrO2, Ta2O5, La2O3 , or a liquid discharge head according to claim 10, characterized in that it is formed by TiO2,.

Forming a current-carrying layer including a discharge energy generating unit capable of generating discharge energy for discharging liquid on the surface of the substrate;
Forming an insulating protective layer covering the surface of the conductive layer;
A first electrode layer covering at least a part of the surface of the insulating protective layer and a dielectric layer covering the surface of the first electrode layer in a region having a larger plane area than the conductive layer on the surface of the insulating protective layer And a step of forming a charge storage section comprising a second electrode layer covering the surface of the dielectric layer. A method for manufacturing a substrate for a liquid discharge head, comprising:

In the step of forming the charge storage portion, after forming the first electrode layer, the dielectric layer, and the second electrode layer, the first electrode layer, the dielectric layer, and the second electrode layer are formed. The method for manufacturing a substrate for a liquid discharge head according to claim 12, wherein the electrode layer is etched.

The method of manufacturing a substrate for a liquid discharge head according to claim 12, further comprising a step of forming a notch in a region of the second electrode layer that faces the discharge energy generation unit.

The dielectric layer, SiO2, SiN, Al2O3, Y2 O 3, HfO2, ZrO2, Ta2O5, La2O3, the liquid discharge head according to any one of claims 12 to 14, characterized in that it is formed by TiO2 Manufacturing method for industrial use.