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発明の名称 インクジェットヘッドとその製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2000−62167(P2000−62167A)
公開日 平成12年2月29日(2000.2.29)
出願番号 特願平10−232722
出願日 平成10年8月19日(1998.8.19)
代理人 【識別番号】100079843
【弁理士】
【氏名又は名称】高野 明近
【テーマコード(参考)】
2C057
【Fターム(参考)】
2C057 AF66 AF93 AG12 AG54 AG90 AG92 AG93 AP02 AP14 AP22 AP32 AP33 AP52 AP53 AQ02 BA03 
発明者 入野田 貢 / 大高 剛一
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 インク滴を吐出するノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該流路と接して設けられた振動板と、該振動板に空間を経て対向して設けられた個別電極とを有し、該個別電極が単結晶Si基板に形成され、該個別電極に電圧を印加して該振動板を静電力により変形させ、前記ノズルからインク液滴を吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記Si基板に形成された個別電極に電圧を印加するためのパッドが少なくともシリサイドで形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項2】 前記単結晶Si基板は、該単結晶Si基板と同一の不純物を含み該基板の不純物濃度より高濃度にドープされた基板電極が少なくとも一箇所以上形成されており、この基板電極に電圧を印加するためのパッドが各々前記基板電極上に形成され、かつ、少なくともシリサイドで形成されていることを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。
【請求項3】 前記単結晶Si基板に形成された個別電極,基板電極に電圧を印加するための前記パッドはチタンシリサイドであることを特徴とする請求項1又は2記載のインクジェットヘッド。
【請求項4】 前記単結晶Si基板に形成された個別電極,基板電極に電圧を印加するためのパッドはシリサイド,高融点金属の順で順次積層されていることを特徴とする請求項1又は2記載のインクジェットヘッド。
【請求項5】 前記シリサイド上に順次形成されている高融点金属は窒化チタンであることを特徴とする請求項4記載のインクジェットヘッド。
【請求項6】 請求項1又は2記載のインクジェットヘッドを作成するためのインクジェットヘッドの作製方法であって、前記個別電極,基板電極に電圧を印加するパッドを前記単結晶Si基板に形成する第一の工程と、前記振動板を形成するSi基板を接合する第二の工程と、振動板をSi基板に形成する第三の工程とを有し、順次作製されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘッド及びその製造方法、より詳細には、振動板を静電引力によって駆動する静電型インクジェットヘッドの電圧印加用パッド及びその形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】オンデマンド方式のインクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッドには、振動板を静電引力によって駆動する方式の静電型インクジェットヘッド(特開平6−71882号公報)やインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインクを吐出させる方式のバブル型インクジェットヘッド(特開平8−197735号公報)がある。これら何れの方式においても、特開平6−71882号公報や特開平8−197735号公報に開示されているように、インクジェットヘッドを駆動する電圧を印加するためのパッドが形成されており、従来、このパッドにはFPC(Flexible Printed Circuit)接続のためにAu等が用いられている。
【0003】また、特開平6−71882号公報には、振動板と個別電極が単結晶Si基板に形成され、該個別電極に電圧を印加し、該振動板を静電力により変形させ、ノズルからインク液滴を吐出するインクジェットヘッドが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来、特開平6−71882号公報や特開平8−197735号公報に開示されているように、インクジェットヘッドの駆動電圧を印加するパッドにはAuを用いるのが一般的であった。しかしながら、Auのように比較的低融点の金属をパッドに用いた場合、その後のインクジェットヘッド作製工程におけるプロセスの最高温度は、パッドを形成する金属の融点以下に制限されるため、プロセス設計の自由度を小さくしていた。
【0005】更に、Si基板に不純物をドーピングした個別電極に接触したパッドにAuを用いた場合、Siとオーミックコンタクトを得ることがはなはだ困難であり、パッド形成後の工程の温度によってはAuが不純物をドープした拡散層を突き抜け(スパイク現象)、基板と拡散層の短絡を引き起こし、不良発生の原因となっていた。
【0006】また、Si基板に不純物をドープした拡散層からなる個別電極に接触させたパッドに電圧を印加してインクジェットヘッドを駆動する方式の場合(特開平6−71882号公報)、Si基板電位を制御して印加していないので、寄生のバイポーラトランジスタによる動作不良が発生するといった問題があった。また、その形成方法においても、ミクロンオーダの膜厚を持つ振動板を形成したSi基板と個別電極Si基板を接合していたため、両Si基板の接合時の取り扱い中に破損するといった事故が多発し、インクジェットヘッドの歩留まりを著しく低下させていた。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、インク滴を吐出するノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該流路と接して設けられた振動板と、該振動板に空間を経て対向して設けられた個別電極とを有し、該個別電極が単結晶Si基板に形成され、該個別電極に電圧を印加して該振動板を静電力により変形させ、前記ノズルからインク液滴を吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記Si基板に形成された個別電極に電圧を印加するためのパッドが少なくともシリサイドで形成されていることを特徴としたものである。
【0008】請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記単結晶Si基板は、該単結晶Si基板と同一の不純物を含み該基板の不純物濃度より高濃度にドープされた基板電極が少なくとも一箇所以上形成されており、この基板電極に電圧を印加するためのパッドが各々前記基板電極上に形成され、かつ、少なくともシリサイドで形成されていることを特徴としたものである。
【0009】請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、前記単結晶Si基板に形成された個別電極,基板電極に電圧を印加するための前記パッドはチタンシリサイドであることを特徴としたものである。
【0010】請求項4の発明は、請求項1又は2の発明において、前記単結晶Si基板に形成された個別電極,基板電極に電圧を印加するためのパッドはシリサイド,高融点金属の順で順次積層されていることを特徴としたものである。
【0011】請求項5の発明は、請求項4の発明において、前記シリサイド上に順次形成されている高融点金属は窒化チタンであることを特徴としたものである。
【0012】請求項6の発明は、請求項1又は2記載のインクジェットヘッドを作成するためのインクジェットヘッドの製造方法であって、前記個別電極,基板電極に電圧を印加するパッドを前記単結晶Si基板に形成する第一の工程と、前記振動板を形成するSi基板を接合する第二の工程と、振動板をSi基板に形成する第三の工程とを有し、順次作製されることを特徴としたものである。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は、本発明によるインクジェットヘッドを説明するための図で、図1(A)は本発明によるインクジェットヘッドの上面図であり、図1(B)は図1(A)のB−B線断面,図1(C)は図1(A)のC−C線断面,図1(D)は図1(A)のD−D線断面を夫々に示す。本インクジェットヘッドは振動板を形成したインク液室用基板部10と電極用基板部20の2つの部分から構成されている。インク液室用基板部10を構成する単結晶Si基板には異方性ウエットエッチングで形成した個々のインクノズルに対応して、静電引力によって駆動するシリコン薄膜振動板を備えた異方性エッチングで形成される液室と、そこへインクを供給するための共通液室が形成され、両者は異方性ウエットエッチングで形成した流路によって連通されている。このように、個々のインクノズルに対応したインク液室を構成しているSi薄膜振動板は、更に、電極用基板部20の個別電極に対向して配置されている。
【0014】電極用基板部20について説明すると、21はn型又はp型の不純物原子が1E14/cm31E16/cm含まれる、単結晶Si基板で、通常は、面配向(100)の単結晶Si基板を用いるが、プロセスに応じて(110)又は(111)の単結晶Si基板を用いても何ら問題はない。
【0015】22はイオン注入法,塗布拡散法,固体拡散法等の種々の不純物導入法により形成されるn型又はp型の伝導型を示す不純物原子を少なくとも基板21の不純物濃度以上、望ましくは1E18/cm以上含み、該基板21の伝導型と反対の伝導型を持つ領域であって、インクジェットヘッドを駆動するための電圧が印加されるn型又はp型の個別電極である。
【0016】23はイオン注入法,塗布拡散法,固体拡散法等の種々の不純物導入法により形成されるn型又はp型の伝導型を示す不純物原子を少なくとも基板21の不純物濃度以上、望ましくは1E18/cm以上含み、該基板21の伝導型と等しい伝導型を持つ領域であって、インクジェットヘッドを駆動するための電圧が個別電極22に印加されたとき、個別電極22と基板21とを電圧的に分離するために、基板21へ電位を与える少なくともインクジェットヘッドに一箇所以上配置した基板電極である。この基板電極23を通して基板21に電位を与えることにより、寄生のバイポーラトランジスタ動作の発生を防止し、確実な個別電極の分離が可能となる。通常、基板電極23の電位はインクジェットヘッド駆動電圧の接地電位又は基準電位と等しい。
【0017】24は熱酸化法,CVD法,スパッタ法により成膜した絶縁膜を通常のフォトリソグラフィ,エッチングにより加工して形成した絶縁ギャップスペーサであって、インク液室用基板部10と個別電極22,基板電極23が形成された単結晶Si基板21に対してギャップ(空隙)を形成するためのものである。このギャップスペーサ24を介して個別電極22と対向したインク液室を構成しているSi薄膜振動板に電圧を印加することで静電引力を発生させる。
【0018】25(25a,25b)は絶縁物であるギャップスペーサ24の中で個別電極22又は基板電極23に対して一部開孔されたパッド領域30に形成されたチタン,コバルト,ニッケル等のシリサイドからなる電圧印加パッドであり、望ましくはチタンシリサイドである。25aは個別電極のコンタクトホールに形成されたシリサイドからなる電圧印加パッドであって、25bは基板電極のコンタクトホールに形成されたシリサイドからなる電圧印加パッドである。このシリサイド層25a,25bを個別電極,基板電極の一部に形成し、このシリサイド層25a,25bを介して、各々の電極に駆動電圧を印加した場合、オーミック接触となり、低コンタクト抵抗の安定したパッドが実現できる。
【0019】26(26a,26b)はシリサイドからなる電圧印加パッド25(25a,25b)上に形成されたチタン,モリブデン,タングステン、或いは、その窒化物等の高融点金属であり、望ましくは窒化チタンからなる電圧印加用パッドである。26aは個別電極22に電圧を印加するためのパッドであって、26bは基板電極23に電圧を印加するためのパッドである。
【0020】10は前記振動板を形成したインク液室用基板部であって、インク液室を構成する単結晶Si基板には異方性ウエットエッチングで形成した個々のインクノズルに対応して、静電引力によって駆動するシリコン薄膜振動板を備えた異方性エッチングで形成される液室と、そこへインクを供給するための共通液室が形成されており、両者は異方性ウエットエッチングで形成した流路によって連通されている。前述のように、個々のインクノズルに対応してインク液室を構成しているSi薄膜振動板は、更に、電極基板20の個別電極22に対向して配置される。
【0021】Hは電極用基板部20に形成したパッドに外部から電圧を印加するFPCやワイヤーボンディング等の実装を行うためのインク液室用基板部10に開孔したパッド取り出し部である。
【0022】X又はYはインクノズルの配置方向によって決まるインクの吐出方向である。電極基板の法線方向にインクノズルを配置した場合は、Y方向にインクを吐出し、電極基板に平行にインクノズルを配置した場合は、X方向にインクを吐出する。本発明のインクジェットヘッドにおいては、インクの吐出方向は何れでもよい。
【0023】図2は、本発明によるインクジェットヘッドの作製工程を説明するための図で、図2には、図1(A)のB−B線断面を示すが、C−C線断面においても拡散電極の伝導型が異なるだけで構成は等しい。
【0024】(A):最初に厚さ400μm〜700μm、抵抗率5〜30Ω/cm,面配向(100)又は(111),(110)、p型又はn型の単結晶Si基板21の上に熱酸化法,CVD法,スパッタ法等の手段により酸化Si膜、或いは、窒化Si膜等の絶縁物24を厚さ100nmから2μm、望ましくは、200nmから600nmに形成する(図2(A))。
【0025】(B):この絶縁膜24の膜厚はインクジェットヘッド駆動電圧等の動作特性を左右する設計パラメータであるので、インクジェットヘッドの動作仕様に応じて適切に選択される。次に、通常のフォトリソグラフィーとドライエッチング又はウエットエッチングにより個別電極部領域22′を形成する。図示していないが、この時、基板電極部領域も同時に形成される(図2(B))。
【0026】イオン注入法,気相拡散法,塗布拡散法等により単結晶Si基板の伝導型とは異なる伝導型を示す不純物を少なくとも単結晶Si基板の不純物濃度より高くなるように個別電極領域に導入する。基板電極領域にあっては、単結晶Si基板の伝導型と等しい伝導型を示す不純物を少なくとも単結晶Si基板の不純物濃度より高くなるように導入する。不純物導入の後、Oガス又はNガス単体、或いは、その混合ガスの雰囲気で、拡散炉アニール又はRTA(Rapid Thermal Aneal)又はその両方の手法を用い、拡散深さ0.5μm〜10μm、望ましくは1μm〜5μmまで不純物原子を拡散させ、個別電極22と基板電極(図示なし)を形成する。
【0027】(C):この時、個別電極22と基板電極(図示なし)の表面に、拡散中の雰囲気にOガスが存在する場合、絶縁膜であるSi酸化膜24aが成長する。このSi酸化膜24aは、インクジェットヘッド動作時に個別電極と振動板の絶縁を確保するために短絡不良防止に有効に作用する(図2(C))。
【0028】(D):次に、拡散時に成長したSi酸化膜にコンタクトホール25′を個別電極部と基板電極部(図示せず)に対して同時に形成する(図2(D))。これは、通常のフォトリソグラフィーとドライエッチングとウエットエッチングにより形成する。
【0029】(E):引き続き、Co,Ti,W等のシリサイドを形成する金属26、望ましくはチタンをCVD法,スパッタ法,EB蒸着法により、厚さ20nm〜200nm、好ましくは、50nm〜150nm全面形成する(図2(E))。
【0030】(F):次に、窒素雰囲気でRTA装置、或いは、ファーネスを用いアニールを行う。この時、Si表面が露出している個別電極と基板電極のコンタクトホール内部で、同時に、シリサイド化反応が起きコンタクトホール内部全面にわたりシリサイド層、望ましくはチタンシリサイド層25が形成され、コンタクトホール以外の領域ではシリサイド化反応は起きない(図2(F))。
【0031】(G):次に、ウエットエッチングによりシリサイド層25以外のシリサイド化反応が起きない金属を全面同時にウエットエッチングにより除去する(図2(G))。チタンを用いた場合、アンモニア水と過酸化水素水と水の混合溶液が用いられる。この時点で、本発明のインクジェットヘッドの電極基板は完成するが、更に、特性改善のために以下の工程を続けることが望ましい。
【0032】(H):その後、全面に高融点金属28、望ましくは窒化チタンをCVD法,スパッタ法,EB蒸着法により厚さ50nm〜300nm、望ましくは100nm〜200nmを成膜する。更に、高融点金属28のエッチングマスク29として、厚さ50nm〜200nm、望ましくは100nm〜200nmのSi酸化膜,窒化Si膜をCVD法,EB蒸着法等で全面に成膜する。その後、フォトリソグラフィーとウエットエッチング又はドライエッチングにより、このエッチングマスクを電極印加パッドパターンに加工する(図2(H))。
【0033】(I):更に、このエッチングマスク29を用いたウエットエッチングによりパッドパターンの高融点金属28が形成される(図2(I))。なお、レジストマスクを用いドライエッチング法でパッドパターンに高融点金属加工する場合は、図2(H)の29の代わりにレジストを用いて高融点金属を加工した後、レジストを除去しても良い。この時点で、本発明のインクジェットヘッドにおける電極基板が完成する。
【0034】(J):次に、伝導型がp型又はn型、面方位(110)の単結晶Si基板11の片面に振動板膜厚に等しくなる深さまでp型或いはn型の伝導型を示す不純物を1E19/cm以上拡散させた拡散領域12と、この拡散領域の反対の面にインク液室とインクノズルを規定する酸化Si膜,窒化Si膜,五酸化タンタル等の単結晶Siエッチングマスクパターン13が形成されたインク液室用基板を図2(I)に示した電極基板と接合する。
【0035】この時、(110)単結晶Si基板の上にSi酸化膜を介し、振動板膜厚に等しい単結晶薄膜Siが形成されている:SOI(Silicon on Insulater)基板と電極基板を接合しても良い。電極基板とインク液室基板の接合は800℃以上の温度で減圧又は常圧の酸素雰囲気で接合を行う直接接合法やNaイオン,Hイオン等の可動イオンを含む絶縁膜を(110)単結晶Si基板上にスパッタ法で全面形成した後、電界を印加しながら200℃〜500℃、望ましくは350℃〜450℃の温度で接合する陽極接合法で行う(図2(J))。
【0036】(K):電極基板とインク液室基板が接合された基板を単結晶Siエッチングマスクパターン13が形成された側からKOH,TMAH等によって(110)単結晶Si基板を異方性エッチングする。この時、高濃度に不純物を含む拡散領域12でエッチングは自発的にストップし、振動板12が形成される。SOI基板を異方性エッチングした場合は、Si酸化膜上でエッチングはストップする(図2(K))。
【0037】(L)このようにインク液室と電極基板を接合した後にミクロンオーダの薄膜振動板を形成することで、ハンドリング中における振動板破壊が防止でき、歩留まりが著しく向上する。接合された基板上部にサンドブラスト加工やレーザ加工でインク供給用の流路15が形成されているガラス板や金属板からなるインク液室カバー14を張り付ける。更に、パッド領域30のみSi薄膜振動板12をドライエッチングにより除去する。この時、パッドパターンを形成したエッチングマスク29上でエッチングはストップする。更に、このエッチングマスク29をドライエッチングにより除去し、電圧印加用パッドを開孔し、本発明のインクジェットヘッドは完成する(図2(L))。
【0038】この時点で、インク液室側は異方性エッチングにより形成される個々のノズル19に対応した個別液室18とそこへインクを供給するための共通液室16が形成され、両者は異方性エッチングで形成した流路17で連通された構造となる。このインクジェットヘッドの個別電極パッド26aに電圧を印加した時、単結晶Si振動板12と個別電極22との間に静電力が働き、振動板12は個別電極22の方向にたわみ、液室18は引圧となりインク供給のための流路17を経て共通液室16から個別液室18へとインクが供給される。電圧を切ると単結晶Si振動板12はSiの剛性によって元の位置へ戻り、このとき個別液室18は加圧され、ノズル19を経てX方向にインクが吐出され記録紙上へ着弾する。なお、ここではインクの吐出方向は基板に対して水平方向の例で示したが、インクノズルの方向を変更することで基板の法線方向(Y方向)にインクを吐出させることができる。
【0039】(実施例1)図3は、本発明の実施例1を説明するための図で、図3(A)は図1(A)の個別電極部の断面であるB−B線断面(又は、図3(C)のA−A線断面)を、図3(B)は図1(A)の基板電極部の断面であるC−C線断面(又は、図3(C)のB−B線断面)を、図3(C)は図1(A)のパッド部の断面であるD−D線断面を各々示している。インクジェットヘッドは、図2で説明したように、電極基板部を作製した後で液室基板と接合し、液室振動板を作製した。
【0040】21は面方位(100)、抵抗率10−20Ω/cmのp型単結晶Si基板である。24は振動板12と個別電極22のギャップスペーサであって、HガスとOガス雰囲気のパイロ酸化炉で形成した厚さ500nmのSi酸化膜である。22はn型の個別電極であって、リン原子をイオン注入法により注入し、酸素雰囲気の電圧炉で3μmの深さに拡散した表面不純物濃度が1E19/cmのn型拡散領域である。
【0041】23はp型の基板電極であって、イオン注入法によりボロン原子を注入し、酸素雰囲気の電圧炉で3μmの深さに拡散した表面濃度1E19/cmのp型の拡散電極である。25a,25bはチタンシリサイドであって、厚さ100nmのチタンをスパッタ法により成膜し、窒素雰囲気でRTAを行い、アンモニア水と過酸化水素水と水の混合溶液でウエットエッチングにより形成した。個別電極22に形成したチタンシリサイドは25aであり、基板電極23に形成したチタンシリサイドは25bである。
【0042】26a,26bは窒化チタンのパッドであって、チタンをターゲットとしてアルゴンと窒素雰囲気のスパッタ法により形成した窒化チタンをSi酸化膜をマスクとしてアンモニア水と過酸化水素水と水の混合溶液でウエットエッチングし、更に、Si酸化膜のマスクをドライエッチングで除去し形成した。26aは個別電極シリサイド25a上に形成した窒化チタンのパッドである。26bは基板電極のチタンシリサイド25b上に形成した窒化チタンのパッドである。
【0043】面方位(110)の単結晶Si基板11をKOHで異方性エッチングして形成したボロン不純物原子を1E20/cm以上含む膜厚3μmの振動板12がギャップスペーサのSi酸化膜24と800℃で直接接合されている。面方位(110)単結晶Si基板11は、KOHの異方性エッチングで形成したインク液室18と、そこへインクを供給する共通液室16が形成され、両者が流路17によって連通されている個別電極領域とインク液室や共通液室が形成されていない基板電極領域の2つから構成されている。インク液室の上に張り付けられている、サンドブラスト加工でインク供給用の流路15が形成された個別電極領域14aと、インク供給用の流路が形成されていない基板電極領域14bを有するガラス板がインク液室の上に張り付けられている。
【0044】上述のごときインクジェットヘッドにおいて、窒化チタンの基板電極パッド26bを介して基板電極23と振動板12を電気的に接地し、窒化チタンの個別電極パッド26aを介して個別電極22に駆動電圧を印加し、一定周波数で駆動した。電圧を印加したとき振動板12と個別電極22との間に静電引力が働き、振動板12は個別電極22の方向に引かれた。この時インク液室18は引圧となり、インク供給のための流路17を経て共通液室16から個別液室18へインクが供給された。駆動電圧の周波数に対応して振動板12はSiの剛性により元の位置へと戻り、このとき個別液室18は加圧され、単結晶Si基板中に形成されたノズル19を経てインクがX方向へ吐出され記録紙上へ着弾し記録された。
【0045】(実施例2)図4は、本発明の実施例2を説明するための図で、図4(A)は図1(A)の個別電極部の断面であるB−B線断面(又は、図4(C)のA−A線断面)を、図1(B)は図1(A)の基板電極部の断面であるC−C線断面(又は、図4(C)のB−B線断面)を、図4(C)は図1(A)のパッド部の断面であるD−D線断面を各々示している。インクジェットヘッドは、図2で説明したように、電極基板部を作製した後で液室板と接合し液室振動板を作製した。
【0046】21は面方位(100)、抵抗率10−20Ω/cmのp型単結晶基板である。24は振動板12と個別電極22のギャップスペーサであって、HガスとOガス雰囲気のパイロ酸化炉で形成した厚さ500nmのSi酸化膜である。22はn型の個別電極であって、リン原子をイオン注入法により注入し、酸素雰囲気の電圧炉で3μmの深さに拡散した表面不純物濃度が1E19/cmのn型拡散領域である。23はp型の基板電極であって、イオン注入法によりボロン原子を注入し、酸素雰囲気の電圧炉で3μmの深さに拡散した表面濃度1E19/cmのp型の拡散電極である。
【0047】25a,25bはチタンシリサイドであって、厚さ100nmのチタンをスパッタ法により成膜し、窒素雰囲気でRTAを行いアンモニア水と過酸化水素水と水の混合溶液でウエットエッチングにより形成した。個別電極22に形成したチタンシリサイドは25aであり、基板電極23に形成したチタンシリサイドは25bである。実施例1ではチタンシリサイド上に窒化チタンを電極パッドとして形成したが、この実施例2ではチタンシリサイドをそのまま電極パッドとした。
【0048】面方位(110)の単結晶Si基板11をKOHで異方性エッチングして形成したボロン不純物原子を1E20/cm以上含む膜厚3μmの振動板12をギャップスペーサのSi酸化膜24と直接接合されている。面方位(110)単結晶Si基板11は、KOHの異方性エッチングで形成したインク液室18と、そこへインクを供給する共通液室16が形成され、両者が流路17によって連通されている個別電極領域とインク液室や共通液室が形成されていない基板電極領域の2つから構成されている。サンドブラスト加工でインク供給用の流路15とインクノズル19が形成された個別電極領域14aと、インク供給用の流路が形成されていない基板電極領域14bを有するガラス板14がインク液室の上に張り付けられている。
【0049】上述のごときインクジェットヘッドにおいて、基板電極パッド25bを介して基板電極23と振動板12を電気的に接地し、個別電極パッド25aを介して個別電極22に駆動電圧を印加し、一定周波数で駆動した。電圧を印加したとき振動板12と個別電極22との間に静電引力が働き、振動板12は個別電極22の方向に引かれた。この時インク液室18は引圧となり、インク供給のための流路17を経て共通液室16から個別液室18へインクが供給された。駆動電圧の周波数に対応して振動板12はSiの剛性により元の位置へと戻り、このとき個別液室18は加圧されノズル19を経てインクがY方向へ吐出され記録紙上へ着弾し記録された。
【0050】(実施例3)図5は、本発明の実施例3を説明するための図で、図5(A)は図1(A)の個別電極部の断面であるB−B線断面(又は、図5(C)のA−A線断面)を、図5(B)は図1(A)の基板電極部の断面であるC−C線断面(又は、図5(C)のB−B線断面)を、図5(C)は図1(A)のパッド部の断面であるD−D線断面を各々示している。インクジェットヘッドは、図2で説明したように、電極基板部を作製した後で液室基板と接合し液室振動板を作製した。
【0051】21は面方位(100)、抵抗率10−20Ω/cmのp型単結晶Si基板である。24は振動板12と個別電極22のギャップスペーサであって、HガスとOガス雰囲気のパイロ酸化炉で形成した厚さ500nmのSi酸化膜である。
【0052】22はn型の個別電極であって、リン原子をイオン注入法により注入し、酸素雰囲気の電圧炉で3μmの深さに拡散した表面不純物濃度が1E19/cmのn型拡散領域である。23はp型の基板電極であって、イオン注入法によりボロン原子を注入し、酸素雰囲気の電圧炉で3μmの深さに拡散した表面濃度1E19/cmのp型の拡散電極である。
【0053】25a,25bはチタンシリサイドであって、厚さ100nmのチタンをスパッタ法により成膜し、窒素雰囲気でRTAを行いアンモニア水と過酸化水素水と水の混合溶液でウエットエッチングにより形成した。個別電極22に形成したチタンシリサイドは25aであり、基板電極23に形成したチタンシリサイドは25bである。
【0054】26a,26bはタングステンのパットであって、タングステンをターゲットとしてアルゴンと窒素雰囲気のスパッタ法により形成したタングステンをレジストマスクでフッ酸と硝酸の混合溶液でウエットエッチングした。26aは個別電極のチタンシリサイド25a上に形成したタングステンのパッドであり、26bは基板電極のチタンシリサイド25b上に形成したタングステンのパッドである。これらのパッドを形成するときには、実施例1,2のように、Si酸化膜をマスクとしてエッチングする必要がなかったので、工程短縮をはかることができた。
【0055】面方位(110)の単結晶Si基板11をKOH溶液中で電圧を印加しながら異方性エッチングする電気化学エッチング法により形成したリン不純物原子を1E20/cm以上含む膜厚3μmの振動板12をギャップスペーサのSi酸化膜24と直接接合されている。面方位(110)単結晶Si基板11は、KOHの異方性エッチングで形成したインク液室18と、そこへインクを供給する共通液室16が形成され、両者が流路17によって連通されている個別電極領域とインク液室や共通液室が形成されていない基板電極領域の2つから構成されている。
【0056】サンドブラスト加工でインク供給用の流路15が形成された個別電極領域14aと、インク供給用の流路が形成されていない基板電極領域14bを有するガラス板14がインク液室の上に張り付けられている。このようなインクジェットヘッドにおいて、タングステンの基板電極パッド26bを介して基板電極23と振動板12を電気的に接地し、タングステンの個別電極パッド25aを介して個別電極22に駆動電圧を印加し、一定周波数で駆動した。電圧を印加したとき振動板12と個別電極22との間に静電引力が働き、振動板12は個別電極22の方向に引かれた。
【0057】このときインク液室18は引圧となりインク供給のための流路17を経て共通液室16から個別液室18へインクが供給された。駆動電圧の周波数に対応して振動板12はSiの剛性によりもとの位置へと戻り、このとき個別液室18は加圧され単結晶Si基板中に形成されたノズル19を経てインクがX方向へ吐出され記録紙上へ着弾し記録された。
【0058】(実施例4)図6は、本発明の実施例4を説明するための図で、図6(A)は図1(A)の個別電極部の断面であるB−B線断面(又は、図6(C)のA−A線断面)を、図6(B)は図1(A)の基板電極部の断面であるC−C線断面(又は、図6(C)のB−B線断面)を、図6(C)は図1(A)のパッド部の断面であるD−D線断面を各々示している。インクジェットは、図2で説明したように、電極基板部を作製した後で液室基板と接合し液室振動板を作製した。
【0059】21は面方位(100)、抵抗率10−20Ω/cmのp型単結晶Si基板である。24は振動板12と個別電極22のギャップスペーサであって、HガスとOガス雰囲気のパイロ酸化炉で形成した厚さ500nmのSi酸化膜である。
【0060】22はn型の個別電極であって、リン原子をイオン注入法により注入し、酸素雰囲気の電圧炉で3μmの深さに拡散した表面不純物濃度が1E19/cmのn型拡散領域である。23はp型の基板電極であって、イオン注入法によりボロン原子を注入し、酸素雰囲気の電圧炉で3μmの深さに拡散した表面濃度1E19/cmのp型拡散電極である。
【0061】25a,25bはコバルトシリサイドであって、厚さ100nmのコバルトをスパッタ法により成膜し、窒素雰囲気でRTAを行い、アンモニア水と過酸化水素水と水の混合溶液でウエットエッチングにより形成した。個別電極22に形成したコバルトシリサイドは25aであり、基板電極23に形成したコバルトシリサイドは25bである。
【0062】26a,26bは窒化チタンのパッドであって、チタンをターゲットとしてアルゴンと窒素雰囲気のスパッタ法により形成した窒化チタンをSi酸化膜をマスクとしてアンモニア水と過酸化水素水と水の混合溶液でウエットエッチングし、更に、Si酸化膜のマスクをドライエッチングで除去した。26aは個別電極のコバルトシリサイド25a上に形成した窒化チタンのパッド、26bは基板電極のコバルトシリサイド25b上に形成した窒化チタンのパッドである。
【0063】面方位(110)単結晶Si基板11は、KOHの異方性エッチングで形成したインク液室18と、そこへインクを供給する共通液室16が形成され、両者が流路17によって連通されている個別電極領域とインク液室や共通液室が形成されていない基板電極領域の2つから構成されている。サンドブラスト加工でインク供給用の流路15とインクノズル19が形成された個別電極領域14aと、インク供給用の流路が形成されていない基板電極領域14bを有するガラス板がインク液室の上に張り付けられている。
【0064】上述のごときインクジェットヘッドにおいて、窒化チタンの基板電極パッド26bを介して基板電極23と振動板12を電気的に接地し、窒化チタンの個別電極パッド26aを介して個別電極22に駆動電圧を印加し、一定周波数で駆動した。電圧を印加したとき振動板12と個別電極22との間に静電引力が働き、振動板12は個別電極22方向に引かれた。このときインク液室18は引圧となり、インク供給のための流路17を経て共通液室16から個別液室18へインクが供給された。駆動電圧の周波数に対応して振動板12は剛性により元の位置へと戻り、このとき個別液室18は加圧され、ノズル19を経てインクがY方向へ吐出され記録紙上へ着弾し記録された。
【0065】(実施例5)図7は、本発明の実施例5を説明するための図で、図7(A)は図1(A)の個別電極部の断面であるB−B線断面(又は、図7(C)のA−A線断面)を、図7(B)は図1(A)の基板電極部の断面であるC−C線断面(又は、図7(C)のB−B線断面)を、図7(C)は図1(A)のパッド部の断面であるD−D線断面を各々示している。インクジェットヘッドは、図2で説明したように、電極基板部を作製した後で液室基板と接合し液室振動板を作製した。
【0066】図7に示した実施例5では、液室基板にSOI基板を用いた。21は面方位(100)、抵抗率10−20Ω/cmのp型単結晶Si基板である。24は振動板12(12a,12b)と個別電極22のギャップスペーサであって、HガスとOガス雰囲気のパイロ酸化炉で形成した厚さ500nmのSi酸化膜である。
【0067】22はn型の個別電極であって、リン原子をイオン注入法により注入し、酸素雰囲気の電圧炉で3μmの深さに拡散した表面不純物濃度が1E19/cmのn型拡散領域である。23はp型の基板電極であって、イオン注入法によりボロン原子を注入し、酸素雰囲気の電圧炉で3μmの深さに拡散した表面濃度1E19/cmのp型の拡散電極である。
【0068】25a,25bはチタンシリサイドであって、厚さ100nmのチタンをスパッタ法により成膜し、窒素雰囲気でRTAを行い、アンモニア水と過酸化水素水と水の混合溶液でウエットエッチングにより形成した。個別電極22に形成したチタンシリサイドは25aであり、基板電極23に形成したチタンシリサイドは25bである。
【0069】26a,26bは窒化チタンのパッドであって、チタンをターゲットとしてアルゴンと窒素雰囲気のスパッタ法により形成した窒化チタンをSi酸化膜をマスクとしてアンモニア水と過酸化水素水と水の混合溶液でウエットエッチングし、更に、Si酸化膜のマスクをドライエッチングで除去し形成した。26aは個別電極のチタンシリサイド25a上に形成した窒化チタンのパッドであり、26bは基板電極のチタンシリサイド25b上に形成した窒化チタンのパッドである。
【0070】面方位(110)の単結晶Si基板11を厚さ150nmのSi酸化膜12b上までKOHの異方性エッチングで形成した厚さ3μmの単結晶Si振動板12aがギャップスペーサのSi酸化膜24と800℃で直接接合されている。面方位(110)単結晶Si基板11は、KOHの異方性エッチングで形成したインク液室18と、そこへインクを供給する共通液室16が形成され、両者が流路17によって連通されている個別電極領域とインク液室や共通液室が形成されていない基板電極領域の2つから構成されている。サンドブラスト加工でインク供給用の流路15とインクノズル19が形成された個別電極領域14aと、インク供給用の流路が形成されていない基板電極領域14bを有するガラス板14がインク液室の上に張り付けられている。
【0071】上述のごときインクジェットヘッドにおいて、窒化チタンの基板電極パッド26bを介して基板電極23と振動板12(12a,12b)を電気的に接地し、窒化チタンの個別電極パッド26aを介して個別電極22に駆動電圧を印加し、一定周波数で駆動した。電圧を印加したとき、振動板12と個別電極22との間に静電引力が働き、振動板12は個別電極22方向に引かれた。このときインク液室18は引圧となり、インク供給のための流路17を経て共通液室16から個別液室18へインクが供給された。駆動電圧の周波数に対応して振動板12はSiの剛性により元の位置へと戻り、このとき個別液室18は加圧され、単結晶Si基板中に形成されたノズル19を経てインクがY方向へ吐出され記録紙上へ着弾し記録された。
【0072】
【発明の効果】請求項1に対応する作用効果:請求項1のインクジェットヘッドにおいては、Si基板に形成された個別電極に電圧を印加するためのパッドがシリサイドで形成されているので、Si基板中に形成されている個別電極とのコンタクト抵抗を低くすることができ、かつ、オーミックコンタクトが実現でき、信頼性の高いパッドが形成できる。
【0073】請求項2に対応する作用効果:請求項2の個別電極が形成されている単結晶Si基板を支持体とするインクジェットヘッドにおいては、前記単結晶Si基板と同一の不純物を含み、該基板の不純物濃度より高濃度にドープされた基板電極が形成されており、この基板電極に電圧を印加するためのパッドが少なくとも1箇所以上形成されているので、基板電位を制御して印加することが可能となり、安定した個別電極間の分離が実現でき、寄生バイポーラトランジスタ動作による不良を防止することができる。また、このパッドがシリサイドで形成されていることにより、基板とコンタクト抵抗を低くすることができ、かつ、オーミックコンタクトが実現でき、信頼性の高いパッドが形成できる。
【0074】請求項3に対応する作用効果:請求項3のインクジェットヘッドにおいては、Si基板に形成された個別電極,基板電極に電圧を印加するためのパッドがチタンシリサイドで形成されているので、低コストで形成でき量産が容易である。また、耐熱性に優れるため、後工程での熱処理による特性の変化がない信頼性の高いパッドが実現できる。
【0075】請求項4に対応する作用効果:請求項4のインクジェットヘッドにおいては、Si基板に形成された個別電極,基板電極に電圧を印加するためのパッドがシリサイド,高融点金属の順で順次積層されて形成されているので、後工程におけるエッチングダメージから高融点金属がシリサイドを保護し、更に、耐熱性に優れるため、後工程の熱処理の影響を受けず、特性の変化がない信頼性の高いパッドが実現できる。
【0076】請求項5に対応する作用効果:請求項5のインクジェットヘッドにおいては、シリサイド上に順次形成されている高融点金属が窒化チタンであることから低コストで形成でき量産が容易である。
【0077】請求項6に対応する作用効果:請求項6のインクジェットヘッドの作製方法においては、個別電極,基板電極に電圧を印加するパッドをSi基板に形成する第一の工程,振動板を形成するSi基板を直接接合する第二の工程,振動板をSi基板に形成する第三の工程を有し、順次作製されるので、振動板を形成したSi基板をハンドリングする際に発生する振動板の破壊を防止でき、高歩留まりでインクジェットヘッドが作製できる。




 

 


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