JP2662446B2 - 記録ヘッド及び記録ヘッド用素子基板 - Google Patents
記録ヘッド及び記録ヘッド用素子基板Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複写機、フアクシミリ、ワードプロセツサ、
ホストコンピユータの出力用プリンタ、ビデオ出力プリ
ンタ等に用いられる記録装置に関し、特に当該記録装置
に採用される電気熱変換素子と記録用機能素子を同一基
板上に形成した記録ヘツドに関する。
ホストコンピユータの出力用プリンタ、ビデオ出力プリ
ンタ等に用いられる記録装置に関し、特に当該記録装置
に採用される電気熱変換素子と記録用機能素子を同一基
板上に形成した記録ヘツドに関する。
従来、記録ヘツドの構成は電気熱変換素子アレイを単
結晶シリコン基板上に形成し、この電気熱変換素子の駆
動回路としてシリコン基板外部にトランジスタアレイ等
の電気熱変換素子駆動用機能素子を配置し、電気熱変換
素子とトランジスタアレイ間の接続をフレキシブルケー
ブルやワイヤーボンデイング等によって行う構成として
いた。
結晶シリコン基板上に形成し、この電気熱変換素子の駆
動回路としてシリコン基板外部にトランジスタアレイ等
の電気熱変換素子駆動用機能素子を配置し、電気熱変換
素子とトランジスタアレイ間の接続をフレキシブルケー
ブルやワイヤーボンデイング等によって行う構成として
いた。
上述したヘツド構成に対して考慮される構造の簡易
化、あるいは製造工程で生ずる不良の低減化、さらには
各素子の特性の均一化および再現性の向上を目的とし
て、特開昭57−72867号公報において提案されているよ
うな電気熱変換素子と機能素子とを同一基板上に設けた
記録ヘツドを有するインクジエツト記録装置が知られて
いる。
化、あるいは製造工程で生ずる不良の低減化、さらには
各素子の特性の均一化および再現性の向上を目的とし
て、特開昭57−72867号公報において提案されているよ
うな電気熱変換素子と機能素子とを同一基板上に設けた
記録ヘツドを有するインクジエツト記録装置が知られて
いる。
第5図は上述した構成による記録ヘツドの一部分を示
す模式的な断面図である。901は単結晶シリコからなる
半導体基板である。902はN型半導体のコレクタ領域、9
03は高不純物濃度のN型半導体のオーミックコンタクト
領域、904はP型半導体のベース領域、905は高不純物濃
度N型半導体のエミッタ領域であり、これらでバイポー
ラトランジスタ920を形成している。906は蓄熱層および
絶縁層としての酸化シリコン層、907は発熱抵抗体層、9
08はアルミニウム(A1)電極、909と保護層としての酸
化シリコン層であり、以上で記録ヘッド用の基体930を
形成している。ここでは940が発熱部となる。天板910は
基体930と協働して液路950を画成している。
す模式的な断面図である。901は単結晶シリコからなる
半導体基板である。902はN型半導体のコレクタ領域、9
03は高不純物濃度のN型半導体のオーミックコンタクト
領域、904はP型半導体のベース領域、905は高不純物濃
度N型半導体のエミッタ領域であり、これらでバイポー
ラトランジスタ920を形成している。906は蓄熱層および
絶縁層としての酸化シリコン層、907は発熱抵抗体層、9
08はアルミニウム(A1)電極、909と保護層としての酸
化シリコン層であり、以上で記録ヘッド用の基体930を
形成している。ここでは940が発熱部となる。天板910は
基体930と協働して液路950を画成している。
ところで、上述した様な構造が優れているとはいえ、
近年記録装置に対して強く要求される高速駆動化、省エ
ネルギー化、高集積化、低コスト化、高信頼性を満足す
る為には未だ改善の余地がある。
近年記録装置に対して強く要求される高速駆動化、省エ
ネルギー化、高集積化、低コスト化、高信頼性を満足す
る為には未だ改善の余地がある。
まず第1に、商業的な成功を収める為には高性能な記
録ヘツドを低価格で提供しなければならない。その為に
は、機能素子を高密度に集積し、記録ヘツドの基板とな
るチツプの面積を小さくし、低コスト化された記録ヘツ
ドを構成する必要がある。
録ヘツドを低価格で提供しなければならない。その為に
は、機能素子を高密度に集積し、記録ヘツドの基板とな
るチツプの面積を小さくし、低コスト化された記録ヘツ
ドを構成する必要がある。
そこで、本発明者は機能素子としてのトランジスタの
エミツタ領域を上述した従来構成のものより浅く形成す
ることにより設計マージンを小さくし、高集積化を図る
ことを試みた。
エミツタ領域を上述した従来構成のものより浅く形成す
ることにより設計マージンを小さくし、高集積化を図る
ことを試みた。
このような構成の記録ヘツド用基板においては、拡散
層であるエミツタ領域905を浅く形成することにより、
拡散層の横方向への拡がりを抑制し、耐圧を劣化させる
ことなく高集積化を図ることができる。そして、エミツ
タ領域905とベース領域904との間の拡散容量を逓減する
ことができる。
層であるエミツタ領域905を浅く形成することにより、
拡散層の横方向への拡がりを抑制し、耐圧を劣化させる
ことなく高集積化を図ることができる。そして、エミツ
タ領域905とベース領域904との間の拡散容量を逓減する
ことができる。
しかしながら、こうしてベース領域が浅く形成された
基板に対して電気熱変換素子を設けたものを基板として
採用したヘツドを用いてインクジエツト法による記録を
行うと、吐出不良が生じることがあった。その原因を探
ってみるとエミツタ電極として用いられるAl配線908のA
lが基板901の主成分であるシリコンと共晶反応をおこ
し、スパイクと呼ばれる合金がエミツタ領域905とエミ
ツタ電極の界面で生じこれが浅く形成されたエミツタ領
域905を突き抜けベース領域904に達してエミツタ・ベー
ス内を短絡させていることが判明した。このような、技
術的課題に加えて、以下のようなことも考慮されねばな
らない。
基板に対して電気熱変換素子を設けたものを基板として
採用したヘツドを用いてインクジエツト法による記録を
行うと、吐出不良が生じることがあった。その原因を探
ってみるとエミツタ電極として用いられるAl配線908のA
lが基板901の主成分であるシリコンと共晶反応をおこ
し、スパイクと呼ばれる合金がエミツタ領域905とエミ
ツタ電極の界面で生じこれが浅く形成されたエミツタ領
域905を突き抜けベース領域904に達してエミツタ・ベー
ス内を短絡させていることが判明した。このような、技
術的課題に加えて、以下のようなことも考慮されねばな
らない。
つまり、前述した記録ヘッドを用いるインクジエツト
記録法、例えば発明者遠藤等に付与された米国特許4,72
3,129に記載されているような方法を採用する記録ヘツ
ド用基板にはインクに状態変化を生起させ吐出口よりイ
ンクを吐出させるだけの熱エネルギーを発生し得る電気
熱変換素子を形成しなければならない。それに対してダ
イオードやトランジスタといった半導体機能素子はその
特性に温度依存性があり、できる限り安定した好適な温
度条件のもとで作動させなければならない。
記録法、例えば発明者遠藤等に付与された米国特許4,72
3,129に記載されているような方法を採用する記録ヘツ
ド用基板にはインクに状態変化を生起させ吐出口よりイ
ンクを吐出させるだけの熱エネルギーを発生し得る電気
熱変換素子を形成しなければならない。それに対してダ
イオードやトランジスタといった半導体機能素子はその
特性に温度依存性があり、できる限り安定した好適な温
度条件のもとで作動させなければならない。
換言すれば、相反する特性ともいえる固有の特性をも
つ素子同士を同一基板上(ここでは機能素子が半導体基
板に作り込まれている場合も基板上と定義する)に設
け、尚且つ前述したスパイクの発生を防ぐとともに夫々
の素子に良好な動作を行わせる為には全く新しい発想の
もとに記録ヘツド及び該ヘツド用基板の構成を見い出さ
ねばならない。加えて、これを低コストで提供すること
も要求されている。
つ素子同士を同一基板上(ここでは機能素子が半導体基
板に作り込まれている場合も基板上と定義する)に設
け、尚且つ前述したスパイクの発生を防ぐとともに夫々
の素子に良好な動作を行わせる為には全く新しい発想の
もとに記録ヘツド及び該ヘツド用基板の構成を見い出さ
ねばならない。加えて、これを低コストで提供すること
も要求されている。
本発明の目的は上述した技術的課題を解決し、高速記
録、高解像度記録可能な記録ヘツド及び記録用ヘツド用
素子基板を提供することにある。
録、高解像度記録可能な記録ヘツド及び記録用ヘツド用
素子基板を提供することにある。
本発明の別の目的は、高集積化され信頼性の高い記録
ヘツド及び記録ヘツド用素子基板を低価格で提供するこ
とにある。
ヘツド及び記録ヘツド用素子基板を低価格で提供するこ
とにある。
本発明の他の目的は、消費電力が少なくてすむ省エネ
ルギーな記録ヘツド及び記録ヘツド及び記録ヘツド用基
板を提供することにある。
ルギーな記録ヘツド及び記録ヘツド及び記録ヘツド用基
板を提供することにある。
さらに、本発明の目的は信頼性の高い記録ヘッド用素
子基板の製造を容易にすることで低価格な記録ヘッドや
素子基板を提供することにある。
子基板の製造を容易にすることで低価格な記録ヘッドや
素子基板を提供することにある。
本発明のこのような目的は、インクを吐出するための
吐出口を有するインク吐出部と、該インク吐出部に供給
されたインクを吐出するために利用される熱エネルギー
を発生する電気熱変換素子と、該電気熱変換素子に電気
的に接続され前記電気熱変換素子を駆動するための機能
素子と、前記電気熱変換素子と前記機能素子とを電気的
に接続する配線電極とが設けられた素子基板と、を備え
た記録ヘッドにおいて、前記機能素子と前記配線電極と
の間に前記電気熱変換素子を構成する発熱抵抗層と連続
した同一の層が介在していることを特徴とする記録ヘッ
ド、および、熱エネルギーを発生する電気熱変換素子
と、該電気熱変換素子に電気的に接続され前記電気熱変
換素子を駆動するための機能素子と、前記電気熱変換素
子と前記機能素子とを電気的に接続する配線電極とが同
一基板に設けられている記録ヘッド用素子基板におい
て、前記機能素子と前記配線電極との間に前記電気熱変
換素子を構成する発熱抵抗層と連続した同一の層が介在
していることを特徴とする記録ヘッド用素子基板により
達成される。
吐出口を有するインク吐出部と、該インク吐出部に供給
されたインクを吐出するために利用される熱エネルギー
を発生する電気熱変換素子と、該電気熱変換素子に電気
的に接続され前記電気熱変換素子を駆動するための機能
素子と、前記電気熱変換素子と前記機能素子とを電気的
に接続する配線電極とが設けられた素子基板と、を備え
た記録ヘッドにおいて、前記機能素子と前記配線電極と
の間に前記電気熱変換素子を構成する発熱抵抗層と連続
した同一の層が介在していることを特徴とする記録ヘッ
ド、および、熱エネルギーを発生する電気熱変換素子
と、該電気熱変換素子に電気的に接続され前記電気熱変
換素子を駆動するための機能素子と、前記電気熱変換素
子と前記機能素子とを電気的に接続する配線電極とが同
一基板に設けられている記録ヘッド用素子基板におい
て、前記機能素子と前記配線電極との間に前記電気熱変
換素子を構成する発熱抵抗層と連続した同一の層が介在
していることを特徴とする記録ヘッド用素子基板により
達成される。
以下、図面を参照しながら本発明について詳細に説明
するが、本発明は以下の実施例に限定されることはな
く、本発明の目的が達成され得るものであればよい。
するが、本発明は以下の実施例に限定されることはな
く、本発明の目的が達成され得るものであればよい。
第1図は、本発明による記録ヘツド用素子基板の模式
的断面図である。図において、1はP型シリコン基板、
2は機能素子を構成する為のN型コレクタ埋込み領域、
3は機能素子分離の為のP型アイソレーシヨン埋込領
域、4はN型エピタキシヤル領域、5は機能素子を構成
する為のP型ベース領域、6は素子分離の為のP型アイ
ソレーシヨン領域、7は機能素子を構成する為のN型コ
レクタ領域、8は素子を構成する為の高濃度P型ベース
領域、9は素子分離の為の高濃度P型アイソレーシヨン
領域、10は素子を構成する為のN型エミツタ領域、11は
素子を構成する為の高濃度N型コレクタ領域、12はコレ
クタ・ベース共通電極、14はアイソレーシヨン電極であ
る。ここに、NPNトランジスタが形成されており、2,4,7
11のコレクタ領域がエミツタ領域10とベース領域5,8と
を完全に包囲するように形成している。また、素子分離
領域として、P型アイソレーシヨン埋込領域、P型アイ
ソレーシヨン領域7、高濃度P型アイソレーシヨン領域
により各セルが包囲され電気的に分離されている。
的断面図である。図において、1はP型シリコン基板、
2は機能素子を構成する為のN型コレクタ埋込み領域、
3は機能素子分離の為のP型アイソレーシヨン埋込領
域、4はN型エピタキシヤル領域、5は機能素子を構成
する為のP型ベース領域、6は素子分離の為のP型アイ
ソレーシヨン領域、7は機能素子を構成する為のN型コ
レクタ領域、8は素子を構成する為の高濃度P型ベース
領域、9は素子分離の為の高濃度P型アイソレーシヨン
領域、10は素子を構成する為のN型エミツタ領域、11は
素子を構成する為の高濃度N型コレクタ領域、12はコレ
クタ・ベース共通電極、14はアイソレーシヨン電極であ
る。ここに、NPNトランジスタが形成されており、2,4,7
11のコレクタ領域がエミツタ領域10とベース領域5,8と
を完全に包囲するように形成している。また、素子分離
領域として、P型アイソレーシヨン埋込領域、P型アイ
ソレーシヨン領域7、高濃度P型アイソレーシヨン領域
により各セルが包囲され電気的に分離されている。
本実施例の記録ヘツド100には、上述した駆動部を有
する基板上に熱酸化によるSiO2膜101、PCVD法やスパツ
タリング法による酸化Si膜等から成る蓄積層102上にス
パツタリング法によるHfB2等の発熱抵抗層103と蒸着法
によるAl等の配線電極104で構成された電気熱変換素子
が設けられている。HfB2等の発熱抵抗層103は浅化を行
うN型エミツタ領域10とAl等の配線得104″の間にも設
置される。
する基板上に熱酸化によるSiO2膜101、PCVD法やスパツ
タリング法による酸化Si膜等から成る蓄積層102上にス
パツタリング法によるHfB2等の発熱抵抗層103と蒸着法
によるAl等の配線電極104で構成された電気熱変換素子
が設けられている。HfB2等の発熱抵抗層103は浅化を行
うN型エミツタ領域10とAl等の配線得104″の間にも設
置される。
本発明者は、HfB2が、特にAl電極とダイオードと半導
体領域とのコンタクトに優れた材料であることを多くの
実験の結果見出している。
体領域とのコンタクトに優れた材料であることを多くの
実験の結果見出している。
発熱抵抗層を構成する材料としては、ほかにもTa,ZrB
2,Ti−W,Ni−Cr,Ta−Al,Ta−Si,Ta−Mo,Ta−W,Ta−Cu,T
a−Ni,Ta−Ni−Al,Ta−Mo−Ni,Ta−W−Ni,Ta−Si−Al,
Ta−W−Al−Ni等がある。
2,Ti−W,Ni−Cr,Ta−Al,Ta−Si,Ta−Mo,Ta−W,Ta−Cu,T
a−Ni,Ta−Ni−Al,Ta−Mo−Ni,Ta−W−Ni,Ta−Si−Al,
Ta−W−Al−Ni等がある。
更には電気熱変換素子の発熱部110上にはCVD法による
SiO2等の保護膜105、Ta等の保護膜106が設けられてい
る。
SiO2等の保護膜105、Ta等の保護膜106が設けられてい
る。
ここで蓄熱層102を形成するSiO2膜は駆動部の最下層
配線12、14と中間配線としての104や104″との間の層間
絶縁膜と一体的に設けられている。
配線12、14と中間配線としての104や104″との間の層間
絶縁膜と一体的に設けられている。
又、保護膜105についても同様に配線201と202との間
の層間絶縁膜と一体化されている。
の層間絶縁膜と一体化されている。
更に駆動部における最上部の配線111の上には耐記録
液性に優れた絶縁膜として感光性ポリイミド等の有機材
料からなる保護層107が設けられている。
液性に優れた絶縁膜として感光性ポリイミド等の有機材
料からなる保護層107が設けられている。
次に、上述した構成による駆動部の基本動作について
説明する。第2図は第1図で示した記録ヘツドの駆動方
法を説明する為の模式図である。
説明する。第2図は第1図で示した記録ヘツドの駆動方
法を説明する為の模式図である。
本実施例では、第1図,第2図に示されるように、コ
レクタ・ベース共通電極12がダイオードのアノード電極
に対応し、エミツタ電極13(104″に対応)がダイオー
ドのカソード電極に対応している。すなわち、コレクタ
・ベース共通電極12に正電位のバイアス(VH1)を印加
することにより、セル内のNPNトランジスタがターンオ
ンし、バイアス電流がコレクタ電流およびベース電流と
して、エミツタ電極13より流出する。本発明の第1図,
第2図に示したようなベースとコレクタとを短絡した構
成にした結果、電気熱変換素子の熱の立上がり、立ち下
がり特性が良好となり膜沸騰現象の生起、それに伴う気
泡の成長収縮の制御性がよくなり安定したインクの吐出
を行なうことが出来た。これは、熱エネルギーを利用す
るインクジェット記録ヘッドではトランジスタの特性と
膜沸騰の特性との結び付きが深く、トランジスタのにお
ける少数キャリアの蓄積が少ないためスイツチング特性
が速く立上がり特性が良くなることが予想に大きく影響
しているものと考えられる。また、比較的寄生効果が少
なく、素子間のバラツキがなく、安定した駆動電流が得
られるものでもある。
レクタ・ベース共通電極12がダイオードのアノード電極
に対応し、エミツタ電極13(104″に対応)がダイオー
ドのカソード電極に対応している。すなわち、コレクタ
・ベース共通電極12に正電位のバイアス(VH1)を印加
することにより、セル内のNPNトランジスタがターンオ
ンし、バイアス電流がコレクタ電流およびベース電流と
して、エミツタ電極13より流出する。本発明の第1図,
第2図に示したようなベースとコレクタとを短絡した構
成にした結果、電気熱変換素子の熱の立上がり、立ち下
がり特性が良好となり膜沸騰現象の生起、それに伴う気
泡の成長収縮の制御性がよくなり安定したインクの吐出
を行なうことが出来た。これは、熱エネルギーを利用す
るインクジェット記録ヘッドではトランジスタの特性と
膜沸騰の特性との結び付きが深く、トランジスタのにお
ける少数キャリアの蓄積が少ないためスイツチング特性
が速く立上がり特性が良くなることが予想に大きく影響
しているものと考えられる。また、比較的寄生効果が少
なく、素子間のバラツキがなく、安定した駆動電流が得
られるものでもある。
本実施例については、更に、アイソレーシヨン電極14
を接地することにより、隣接する他のセルへの電荷の流
入を防ぐことができ、他の素子の誤動作という問題を防
ぐことができる構成となっている。
を接地することにより、隣接する他のセルへの電荷の流
入を防ぐことができ、他の素子の誤動作という問題を防
ぐことができる構成となっている。
このような半導体装置においては、N型コレクタ埋込
領域2の濃度を1×1019cm-3以上とすること、ベース領
域5の濃度を5×1014〜5×107cm-3とすること、さら
には、高濃度ベース領域8と電極との接合面の面積をな
るべく小さくすることがのぞましい。このようにすれ
ば、NPNトランジスタからP型シリコン基板1およびア
イソレーシヨン領域を経てGNDにおちる漏れ電流の発生
を防止することができる。
領域2の濃度を1×1019cm-3以上とすること、ベース領
域5の濃度を5×1014〜5×107cm-3とすること、さら
には、高濃度ベース領域8と電極との接合面の面積をな
るべく小さくすることがのぞましい。このようにすれ
ば、NPNトランジスタからP型シリコン基板1およびア
イソレーシヨン領域を経てGNDにおちる漏れ電流の発生
を防止することができる。
上記記録ヘツドの駆動方法についてさらに詳述する。
第1図,第2図には2つの半導体機能素子(セル)が示
されているだけであるが、実際にはこのような素子が例
えば128個の電気熱変換素子に対応して同数等配置され
ブロツク駆動可能なように電気的にマトリクス接続され
ている。
第1図,第2図には2つの半導体機能素子(セル)が示
されているだけであるが、実際にはこのような素子が例
えば128個の電気熱変換素子に対応して同数等配置され
ブロツク駆動可能なように電気的にマトリクス接続され
ている。
ここでは同一グループにおける2つのセグメントとし
ての電気熱抵抗素子RH1、RH2の駆動について説明する。
ての電気熱抵抗素子RH1、RH2の駆動について説明する。
電気熱変換素子RH1を駆動する為には、まずスイツチG
1によるグループの選択がなされると共にスイツチS1に
より電気熱変換体RH1が選択される。するとトランジス
タ構成のダイオードセルSH1は正バイアスされ電流が供
給されて電気熱変換体RH1は発熱する。この熱エネルギ
ーが液体に状態変化を生起させて気泡を発生させ吐出口
より液体を吐出する。
1によるグループの選択がなされると共にスイツチS1に
より電気熱変換体RH1が選択される。するとトランジス
タ構成のダイオードセルSH1は正バイアスされ電流が供
給されて電気熱変換体RH1は発熱する。この熱エネルギ
ーが液体に状態変化を生起させて気泡を発生させ吐出口
より液体を吐出する。
同様に電気熱変換体RH2を駆動する場合も、スイツチG
1、スイツチS2を選択的にオンしてダイオードセルSH2を
駆動し電気熱変換体に電流を供給する。
1、スイツチS2を選択的にオンしてダイオードセルSH2を
駆動し電気熱変換体に電流を供給する。
この時基板1はアイソレーシヨン領域3,4,6を介して
接地されている。このように各半導体素子(セル)のア
イソレーシヨン領域3,4,6が設置されることにより各素
子間の電気的な干渉による誤動作を防止している。
接地されている。このように各半導体素子(セル)のア
イソレーシヨン領域3,4,6が設置されることにより各素
子間の電気的な干渉による誤動作を防止している。
こうして、構成された記録ヘツドは第3図に示すよう
に、複数の吐出口500、吐出口に連通する液路を形成す
る為の感光性樹脂等からなる液路壁部材501、天板502、
インク供給口503とを有する。
に、複数の吐出口500、吐出口に連通する液路を形成す
る為の感光性樹脂等からなる液路壁部材501、天板502、
インク供給口503とを有する。
次に、本実施例に係る記録ヘツドの製造工程について
説明する。
説明する。
1×1012〜1016cm-3程度の不純物濃度のP型シリコン
基板1の表面に、5000〜20000Å程度のシリコン酸化膜
を形成した。
基板1の表面に、5000〜20000Å程度のシリコン酸化膜
を形成した。
各セルのコレクタ埋込領域2を形成するべき部分のシ
リコン酸化膜をフオトリソグラフイー工程で除去した。
リコン酸化膜をフオトリソグラフイー工程で除去した。
シリコン酸化膜を形成した後、N型の不純物、例え
ば、P,Asなどをイオン注入し、熱拡散により不純物濃度
1×1019cm-3以上のN型コレクタ埋込領域2を10〜20μ
m形成した。このときのシート抵抗は30Ω/□以下の低
抵抗となるようにした。
ば、P,Asなどをイオン注入し、熱拡散により不純物濃度
1×1019cm-3以上のN型コレクタ埋込領域2を10〜20μ
m形成した。このときのシート抵抗は30Ω/□以下の低
抵抗となるようにした。
続いて、P型アイソレーシヨン埋込領域9を形成すべ
き領域の酸化膜を除去し、100〜3000Å程度の酸化膜を
形成した後、P型不純物、例えば、Bなどをイオン注入
し、熱拡散によって、不純物濃度1×1017〜1019cm-3の
P型アイソーレーシヨン埋込領域3を形成した。(以上
第4図(a)) 全面の酸化膜を除去した後、1×1012〜1016cm-3程度
の不純物濃度のN型エピタキシヤル領域4を5〜20μm
程度エピタキシヤル成長させた。(以上第4図(b)) 次に、N型エピタキシヤル領域表面に100〜300Å程度
のシリコン酸化膜を形成し、レジストを塗布し、パター
ニングを行い、低濃度ベース領域5を形成すべき領域に
のみP型不純物をイオン注入した。レジスト除去後、熱
拡散によって、不純物濃度5×1014〜5×1017cm-3の低
濃度P型ベース領域5を5〜10μm形成した。
き領域の酸化膜を除去し、100〜3000Å程度の酸化膜を
形成した後、P型不純物、例えば、Bなどをイオン注入
し、熱拡散によって、不純物濃度1×1017〜1019cm-3の
P型アイソーレーシヨン埋込領域3を形成した。(以上
第4図(a)) 全面の酸化膜を除去した後、1×1012〜1016cm-3程度
の不純物濃度のN型エピタキシヤル領域4を5〜20μm
程度エピタキシヤル成長させた。(以上第4図(b)) 次に、N型エピタキシヤル領域表面に100〜300Å程度
のシリコン酸化膜を形成し、レジストを塗布し、パター
ニングを行い、低濃度ベース領域5を形成すべき領域に
のみP型不純物をイオン注入した。レジスト除去後、熱
拡散によって、不純物濃度5×1014〜5×1017cm-3の低
濃度P型ベース領域5を5〜10μm形成した。
再び酸化膜を全面除去し、さらに1000〜10000Å程度
のシリコン酸化膜した後、P型アイソレーシヨン領域6
を形成すべき領域の酸化膜を除去し、BSG膜を全面にCVD
法を用いて堆積し、さらに熱拡散によって、P型アイソ
レーシヨン埋込領域3に届くように、不純物濃度1×10
18〜1020cm-3のP型アイソレーシヨン領域6を10μm程
度形成した。(以下第4図(c))ここでは、BBr3を拡
散源として用いて形成することも可能である。
のシリコン酸化膜した後、P型アイソレーシヨン領域6
を形成すべき領域の酸化膜を除去し、BSG膜を全面にCVD
法を用いて堆積し、さらに熱拡散によって、P型アイソ
レーシヨン埋込領域3に届くように、不純物濃度1×10
18〜1020cm-3のP型アイソレーシヨン領域6を10μm程
度形成した。(以下第4図(c))ここでは、BBr3を拡
散源として用いて形成することも可能である。
BSG膜を除去した後、1000〜10000Å程度のシリコン酸
化膜を形成し、さらに、N型コレクタ領域7を形成すべ
き領域のみ酸化膜を除去した後、PSGを形成することに
よってPイオンを注入し熱拡散によってコレクタ埋込領
域5に届くようにN型コレクタ領域7を形成した。この
ときのシート抵抗は10Ω/□以下の低抵抗とした。ま
た、領域の厚さは約10μmとし、不純物濃度は1×1018
〜1020cm-3とした。
化膜を形成し、さらに、N型コレクタ領域7を形成すべ
き領域のみ酸化膜を除去した後、PSGを形成することに
よってPイオンを注入し熱拡散によってコレクタ埋込領
域5に届くようにN型コレクタ領域7を形成した。この
ときのシート抵抗は10Ω/□以下の低抵抗とした。ま
た、領域の厚さは約10μmとし、不純物濃度は1×1018
〜1020cm-3とした。
続いて、セル領域の酸化膜を除去後、100〜300Åのシ
リコン酸化膜を形成し、レジストパターニングを行い、
高濃度ベース領域8および高濃度アイソレーシヨン領域
9を形成すべき領域にのみP型不純物のイオン注入を行
った。レジスト除去後N型エミツタ領域10および高濃度
N型コレクタ領域11を形成すべき領域の酸化膜を除去
し、PSG膜を全面に形成し、P+を注入した後、熱拡散に
よって、高濃度P型ベース領域8、高濃度P型アイソレ
ーシヨン領域9を、N型エミツタ領域10、高濃度N型コ
レクタ領域11を同時に形成した。なお、それぞれ、領域
の厚さは1.0μm以下とし、不純物濃度は1×1019〜10
20cm-3とした。(以上第4図(d)) さらに、一部電極の接続箇所のシリコン酸化膜を除去
後、Al等を全面に堆積し、一部電極領域107,108以外のA
l等を除去した。
リコン酸化膜を形成し、レジストパターニングを行い、
高濃度ベース領域8および高濃度アイソレーシヨン領域
9を形成すべき領域にのみP型不純物のイオン注入を行
った。レジスト除去後N型エミツタ領域10および高濃度
N型コレクタ領域11を形成すべき領域の酸化膜を除去
し、PSG膜を全面に形成し、P+を注入した後、熱拡散に
よって、高濃度P型ベース領域8、高濃度P型アイソレ
ーシヨン領域9を、N型エミツタ領域10、高濃度N型コ
レクタ領域11を同時に形成した。なお、それぞれ、領域
の厚さは1.0μm以下とし、不純物濃度は1×1019〜10
20cm-3とした。(以上第4図(d)) さらに、一部電極の接続箇所のシリコン酸化膜を除去
後、Al等を全面に堆積し、一部電極領域107,108以外のA
l等を除去した。
(以上第4図(e)) そして、スパツタリング法により蓄積層及び層間絶縁
膜となるSiO2膜102を全面に、0.4〜1.0μm程度形成し
た。このSiO2膜はCVD法によるものであってもよい。
膜となるSiO2膜102を全面に、0.4〜1.0μm程度形成し
た。このSiO2膜はCVD法によるものであってもよい。
次に、電気的接続をとる為にエミツタ領域及びベース
・コレクタ領域上部にあたる絶縁膜101、102の一部CHを
フオトリソグラフイ法で開口した。(以上第4図
(f)) 次に、発熱抵抗層103としてのHfB2をSiO2膜102上及
び、電気的接続をとる為にエミッタ領域及びベース・コ
レクタ領域上部にあたる絶縁膜101に1000Å程堆積さ
せ、パターニングした。(以上第4図(g)) その上に電気熱変換素子の一対の電極104,104′及び
ダイオードのカソード電極配線104″、アノード電極配
線109としてのAl材料からなる層を堆積させ、パターニ
ングし、電気熱変換素子とその他配線とを同時に形成し
た。(以上第4図(i)) このようにして発熱抵抗層と同じ材料からなる連続し
た層を、機能素子を構成する半導体領域に接するように
設けている。このことで、機能素子とAl配線電極との間
に発熱抵抗層を介在させた状態での電気的な接続を得
た。
・コレクタ領域上部にあたる絶縁膜101、102の一部CHを
フオトリソグラフイ法で開口した。(以上第4図
(f)) 次に、発熱抵抗層103としてのHfB2をSiO2膜102上及
び、電気的接続をとる為にエミッタ領域及びベース・コ
レクタ領域上部にあたる絶縁膜101に1000Å程堆積さ
せ、パターニングした。(以上第4図(g)) その上に電気熱変換素子の一対の電極104,104′及び
ダイオードのカソード電極配線104″、アノード電極配
線109としてのAl材料からなる層を堆積させ、パターニ
ングし、電気熱変換素子とその他配線とを同時に形成し
た。(以上第4図(i)) このようにして発熱抵抗層と同じ材料からなる連続し
た層を、機能素子を構成する半導体領域に接するように
設けている。このことで、機能素子とAl配線電極との間
に発熱抵抗層を介在させた状態での電気的な接続を得
た。
その後、スパツタリング法により電気熱変換素子の保
護層及び層Al配線間の絶縁層としてのSiO2膜105を堆積
させた後、上部配線と電気的接触を得る為のスルーホー
ルSHを形成しAlを堆積させパターニングを行い配線111
を形成した。(第4図(j)) そして、電気熱変換体の発熱部上部には耐キヤビテー
シヨンの為の保護層106として、Taを2000Å程堆積させ
そのほかの部分に保護層107として感光性ポリイミドを
形成した。(第4図(k)) 以上のようにして作成された電気熱変換素子、半導体
素子を有する基体に、インク吐出部を形成する為の液路
壁部材及び天板502を配設して、それらの内部にインク
液路を形成した記録ヘツドを製造した。(第4図
(l)) なお、ここでは、エミッタと、ベース・コレクタ共通
電極の一部分とのみにHfB2を介在させているが、浅く形
成されたエミッタ部分での短絡が特に問題となるので少
なくともこの部分に発熱抵抗層と同じ材料の層を介在さ
せた構成であればよい。
護層及び層Al配線間の絶縁層としてのSiO2膜105を堆積
させた後、上部配線と電気的接触を得る為のスルーホー
ルSHを形成しAlを堆積させパターニングを行い配線111
を形成した。(第4図(j)) そして、電気熱変換体の発熱部上部には耐キヤビテー
シヨンの為の保護層106として、Taを2000Å程堆積させ
そのほかの部分に保護層107として感光性ポリイミドを
形成した。(第4図(k)) 以上のようにして作成された電気熱変換素子、半導体
素子を有する基体に、インク吐出部を形成する為の液路
壁部材及び天板502を配設して、それらの内部にインク
液路を形成した記録ヘツドを製造した。(第4図
(l)) なお、ここでは、エミッタと、ベース・コレクタ共通
電極の一部分とのみにHfB2を介在させているが、浅く形
成されたエミッタ部分での短絡が特に問題となるので少
なくともこの部分に発熱抵抗層と同じ材料の層を介在さ
せた構成であればよい。
このような記録ヘツドについて、電気熱変換素子をブ
ロツク駆動し、記録、動作試験を行った。動作試験で
は、1つのセグメントに8個の半導体ダイオードを接続
し、それぞれ、300mA(計2.4A)の電流を流したが、他
の半導体ダイオードは誤動作せず良好な吐出を行うこと
ができた。
ロツク駆動し、記録、動作試験を行った。動作試験で
は、1つのセグメントに8個の半導体ダイオードを接続
し、それぞれ、300mA(計2.4A)の電流を流したが、他
の半導体ダイオードは誤動作せず良好な吐出を行うこと
ができた。
また、本発明はPNPトランジスタ構成にも適用でき
る。
る。
以上説明したように、本発明によれば、高耐圧で、か
つ素子毎の電気的分離性に優れた半導体素子を同一基板
上に複数個形成することができる。
つ素子毎の電気的分離性に優れた半導体素子を同一基板
上に複数個形成することができる。
また、本発明によればN型エミツタを浅化する上での
問題点が解決でき、且つ、工程数もふやさずに機能素子
を高密度に集積し、低コスト化が可能となった。
問題点が解決でき、且つ、工程数もふやさずに機能素子
を高密度に集積し、低コスト化が可能となった。
また、高速動作も達成できスイツチング特性が速く、
立ち上がり特性が向上し、寄生効果も少ない為液体に好
適な熱エネルギを付与することができ吐出特性が向上し
た液体噴射記録ヘツドが提供できた。
立ち上がり特性が向上し、寄生効果も少ない為液体に好
適な熱エネルギを付与することができ吐出特性が向上し
た液体噴射記録ヘツドが提供できた。
特に、機能素子とAl配線電極との間に介在させる層を
発熱抵抗層と同一の連続した層とすることで、新たな工
程を設けることなく、機能素子の半導体領域へのAl配線
電極の影響を防止することができた。これにより、低コ
ストで高性能の記録ヘツドを提供することができた。
発熱抵抗層と同一の連続した層とすることで、新たな工
程を設けることなく、機能素子の半導体領域へのAl配線
電極の影響を防止することができた。これにより、低コ
ストで高性能の記録ヘツドを提供することができた。
第1図は本発明による記録ヘツド用基板を示す模式的断
面図、 第2図は本発明による記録ヘツド駆動方法を説明する為
の模式図、 第3図は本発明による記録ヘツドの外観を示す模式的斜
視図、 第4図(a)〜(k)は本発明による記録ヘツドの製造
方法を説明する為の模式的断面図、 第5図は従来の記録ヘツドを示す模式的断面図である。 1……P型シリコン基板、 2……N型コレクタ埋込領域、 3……P型アイソレーシヨン埋込領域、 4……N型エピタキシヤル領域、 5……P型ベース領域、 6……P型アイソレーシヨン領域、 7……N型コレクタ領域、 8……高濃度P型ベース領域、 9……高濃度P型アイソレーシヨン領域、 10……N型エミツタ領域、 11……高濃度N型コレクタ領域、 12……コレクタ・ベース共通電極、 13……エミツタ電極、 14……アイソレーシヨン電極、 103……発熱抵抗層、 104……電極 105,106,107……保護層、 500……吐出口。
面図、 第2図は本発明による記録ヘツド駆動方法を説明する為
の模式図、 第3図は本発明による記録ヘツドの外観を示す模式的斜
視図、 第4図(a)〜(k)は本発明による記録ヘツドの製造
方法を説明する為の模式的断面図、 第5図は従来の記録ヘツドを示す模式的断面図である。 1……P型シリコン基板、 2……N型コレクタ埋込領域、 3……P型アイソレーシヨン埋込領域、 4……N型エピタキシヤル領域、 5……P型ベース領域、 6……P型アイソレーシヨン領域、 7……N型コレクタ領域、 8……高濃度P型ベース領域、 9……高濃度P型アイソレーシヨン領域、 10……N型エミツタ領域、 11……高濃度N型コレクタ領域、 12……コレクタ・ベース共通電極、 13……エミツタ電極、 14……アイソレーシヨン電極、 103……発熱抵抗層、 104……電極 105,106,107……保護層、 500……吐出口。
Claims (6)
- 【請求項1】インクを吐出するための吐出口を有するイ
ンク吐出部と、 該インク吐出部に供給されたインクを吐出するために利
用される熱エネルギーを発生する電気熱変換体と、該電
気熱変換素子に電気的に接続され前記電気熱変換素子を
駆動するための機能素子と、前記電気熱変換素子と前記
機能素子とを電気的に接続する配線電極とが設けられた
素子基板と、を備えた記録ヘッドにおいて、 前記機能素子と前記配線電極との間に前記電気熱変換素
子を構成する発熱抵抗層と連続した同一の層が介在して
いることを特徴とする記ヘッド。 - 【請求項2】前記発熱抵抗層を構成する材料が硼化ハフ
ニュウムであることを特徴とする請求項1の記録ヘッ
ド。 - 【請求項3】前記機能素子は半導体で構成されており、
前記層は前記機能素子と前記配線電極層の間であって、
前記機能素子を構成する半導体に接して設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の記録ヘッド。 - 【請求項4】熱エネルギーを発生する電気熱変換素子
と、該電気熱変換素子に電気的に接続され前記電気熱変
換体を駆動するための機能素子と、前記電気熱変換素子
と前記機能素子とを電気的に接続する配線電極とが同一
基板に設けられている記録ヘッド用素子基板において、 前記機能素子と前記配線電極との間に前記電気熱変換素
子を構成する発熱抵抗層と連続した同一の層が介在して
いることを特徴とする記録ヘッド用素子基板。 - 【請求項5】前記発熱抵抗層を構成する材料が硼化ハフ
ニュウムであることを特徴とする請求項4に記載の記録
ヘッド用素子基板。 - 【請求項6】前記機能素子は半導体で構成されており、
前記層は前記機能素子と前記配線電極層の間であって、
前記機能素子を構成する半導体に接して設けられている
ことを特徴とする請求項4に記載の記録ヘッド用素子基
板。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1322314A JP2662446B2 (ja) | 1989-12-11 | 1989-12-11 | 記録ヘッド及び記録ヘッド用素子基板 |
US07/625,107 US5157419A (en) | 1989-12-11 | 1990-12-10 | Recording head substrate having a functional element connected to an electrothermal transducer by a layer of a material used in a heater layer of the electrothermal transducer |
DE69021847T DE69021847T2 (de) | 1989-12-11 | 1990-12-10 | Trägerschicht für Aufzeichnungskopf und Aufzeichnungsgerät, welches diesen verwendet. |
EP90313370A EP0432982B1 (en) | 1989-12-11 | 1990-12-10 | Recording head and substrate therefor, and recording apparatus utilizing the same |
US08/350,642 US6056392A (en) | 1989-12-11 | 1994-12-07 | Method of producing recording head |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1322314A JP2662446B2 (ja) | 1989-12-11 | 1989-12-11 | 記録ヘッド及び記録ヘッド用素子基板 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03182358A JPH03182358A (ja) | 1991-08-08 |
JP2662446B2 true JP2662446B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=18142247
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1322314A Expired - Lifetime JP2662446B2 (ja) | 1989-12-11 | 1989-12-11 | 記録ヘッド及び記録ヘッド用素子基板 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US5157419A (ja) |
EP (1) | EP0432982B1 (ja) |
JP (1) | JP2662446B2 (ja) |
DE (1) | DE69021847T2 (ja) |
Families Citing this family (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5570119A (en) * | 1988-07-26 | 1996-10-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Multilayer device having integral functional element for use with an ink jet recording apparatus, and recording apparatus |
DE69109884T2 (de) * | 1990-02-09 | 1995-10-26 | Canon Kk | Tintenstrahlaufzeichnungssystem. |
US5159353A (en) * | 1991-07-02 | 1992-10-27 | Hewlett-Packard Company | Thermal inkjet printhead structure and method for making the same |
US5307519A (en) * | 1992-03-02 | 1994-04-26 | Motorola, Inc. | Circuit with built-in heat sink |
JP3305415B2 (ja) * | 1992-06-18 | 2002-07-22 | キヤノン株式会社 | 半導体装置、インクジェットヘッド、および画像形成装置 |
US5745136A (en) * | 1993-04-16 | 1998-04-28 | Canon Kabushiki Kaishi | Liquid jet head, and liquid jet apparatus therefor |
IL106803A (en) * | 1993-08-25 | 1998-02-08 | Scitex Corp Ltd | Printable inkjet head |
US5975685A (en) * | 1993-12-28 | 1999-11-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Ink jet recording head having an oriented p-n junction diode, and recording apparatus using the head |
US20020063753A1 (en) * | 1995-06-28 | 2002-05-30 | Masahiko Kubota | Liquid ejecting printing head, production method thereof and production method for base body employed for liquid ejecting printing head |
US7003857B1 (en) * | 1995-11-24 | 2006-02-28 | Seiko Epson Corporation | Method of producing an ink-jet printing head |
US5901425A (en) | 1996-08-27 | 1999-05-11 | Topaz Technologies Inc. | Inkjet print head apparatus |
JP3501619B2 (ja) | 1997-05-07 | 2004-03-02 | キヤノン株式会社 | インクジェット記録ヘッド |
JP2000043271A (ja) * | 1997-11-14 | 2000-02-15 | Canon Inc | インクジェット記録ヘッド、その製造方法及び該インクジェット記録ヘッドを具備する記録装置 |
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