JP3173811B2 - Substrate for inkjet recording head and method for manufacturing inkjet recording head - Google Patents
Substrate for inkjet recording head and method for manufacturing inkjet recording headInfo
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Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電気熱変換素子と記録
用機能素子を基板上に形成した記録ヘッド用基体の製造
方法、およびこの記録ヘッド用基体を採用した記録ヘッ
ドの製造方法に関し、特に、複写機、ファクシミリ、ワ
ードプロセッサ、ホストコンピュ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インクジェット
記録装置に採用される記録ヘッド用基体および記録ヘッ
ドの製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a recording head substrate having an electrothermal transducer and a recording functional element formed on a substrate, and a method of manufacturing a recording head employing the recording head substrate. In particular, the present invention relates to a recording head substrate and a method of manufacturing a recording head employed in an ink jet recording apparatus used in a copier, a facsimile, a word processor, an output printer of a host computer, a video output printer, and the like.
【0002】[0002]
【背景技術の説明】従来、記録ヘッ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ドボンディング等によ
って行う構成としていた。2. Description of the Related Art Conventionally, a recording head has a structure in which an electrothermal transducer array is formed on a single crystal silicon substrate, and a driving circuit for the electrothermal transducer is used to drive an electrothermal transducer such as a transistor array outside the silicon substrate. A functional element is arranged, and the connection between the electrothermal conversion element and the transistor array is performed by a flexible cable, wired bonding, or the like.
【0003】上述したヘッ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ー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を同一基板
上に設けた記録ヘッドを有するインクジェット記録装置
が知られている。[0003] The simplification of the structure considered for the above-described head configuration or the reduction of defects occurring in the manufacturing process,
Further, for the purpose of uniformizing the characteristics of each element and improving reproducibility, a recording head provided with an electrothermal conversion element and a functional element on the same substrate as proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-72867 is used. An inkjet recording apparatus having the same is known.
【0004】図24は上述した構成による記録ヘッド用
基体の一部分を示す断面図である。901は単結晶シリ
コンからなる半導体基板である。902はN型半導体の
エピタキシャル領域、903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は蓄熱層および層間絶縁層とし
ての酸化シリコン層、907は発熱抵抗層、908はア
ルミニウム(Al)の配線電極、909は保護層として
の酸化シリコン層であり、以上で記録ヘッド用の基体9
30を形成している。ここでは940が発熱部となる。
この基体930上に天板、液路が形成されて記録ヘッド
を構成する。FIG. 24 is a cross-sectional view showing a part of a recording head substrate having the above-described structure. Reference numeral 901 denotes a semiconductor substrate made of single crystal silicon. Reference numeral 902 denotes an N-type semiconductor epitaxial region; 903, a high impurity concentration N-type semiconductor ohmic contact region; 904, a P-type semiconductor base region; 905, a high impurity concentration N-type semiconductor emitter region; 920
Is formed. Reference numeral 906 denotes a silicon oxide layer as a heat storage layer and an interlayer insulating layer; 907, a heating resistance layer; 908, an aluminum (Al) wiring electrode; 909, a silicon oxide layer as a protective layer;
30 are formed. Here, 940 is the heat generating portion.
A top plate and a liquid path are formed on the base 930 to form a recording head.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】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ためには未だ改善の余
地がある。Although the above-described structure is excellent, high-speed driving, energy saving, high integration, which are strongly required in recent years for a recording apparatus, have been proposed.
There is still room for improvement to satisfy cost reduction and high reliability.
【0006】まず第1に、高信頼性を有する記録ヘッド
を低価格で提供しなければならない。そのためには、従
来記録ヘッドの寿命を決定する発熱抵抗層露出端部に改
良をほどこす必要があった。First, a highly reliable recording head must be provided at a low price. For that purpose, conventionally, it was necessary to improve the exposed end portion of the heating resistor layer which determines the life of the recording head.
【0007】つまり図24に示す配線電極908の接続
端部であるエッジ部910にテーパー(傾き)をつけ、
図6に示す配線電極104のエッジ部1041 の如く形
成することで、発熱部110を構成する発熱抵抗層10
3の露出端部における電流密度の集中を緩和し、発熱部
110の寿命を延ばすことが可能であることが判明し
た。That is, an edge 910 which is a connection end of the wiring electrode 908 shown in FIG. 24 is tapered (inclined).
By forming the edge portion 104 1 of the wiring electrode 104 shown in FIG.
It has been found that it is possible to reduce the concentration of the current density at the exposed end of No. 3 and prolong the life of the heat generating portion 110.
【0008】更に図25(A)に示す如く、例えばエミ
ッタ電極201の端部にテーパーをつけることでその近
傍の部分205Aでの層間膜206のステップカバレー
ジが、また配線電極202の端部にテーパーをつけるこ
とでその近傍の部分205Bでの保護膜203のステッ
プカバレージがそれぞれ良好となり、蓄熱効果を失わな
い範囲でそれぞれの膜厚を薄くすることができ、製造時
のスループットを大きくできることが判明した。Further, as shown in FIG. 25A, for example, by tapering the end of the emitter electrode 201, the step coverage of the interlayer film 206 in a portion 205 A in the vicinity thereof and the taper to the end of the wiring electrode 202. , The step coverage of the protective film 203 in the portion 205B in the vicinity is improved, and the respective film thicknesses can be reduced as long as the heat storage effect is not lost, and the throughput during manufacturing can be increased. .
【0009】各電極の端部にテーパーをつけることで前
述の様な改良がなされることが判明したが、層間膜、保
護膜等をCVD法で形成する場合、改善の余地がある。It has been found that the above-mentioned improvement can be achieved by tapering the end of each electrode. However, there is room for improvement when an interlayer film, a protective film and the like are formed by the CVD method.
【0010】例えば、図25(B)に示す如く、CVD
法による膜堆積(成長)時にヒロックと呼ばれるAl等
の丘状の隆起が生じ、成長し、このヒロック204の凹
凸により例えばエミッタ電極201と配線電極202が
短絡し、動作不良が起こり歩留りが低下することがあ
る。For example, as shown in FIG.
At the time of film deposition (growth) by the method, a hill-shaped ridge such as Al called hillock is generated and grows, and the unevenness of the hillock 204 causes, for example, a short circuit between the emitter electrode 201 and the wiring electrode 202, causing a malfunction and lowering the yield. Sometimes.
【0011】そこで、本発明者は、CVD法による膜堆
積時におけるヒロックの成長を抑制することで基体の歩
留りが向上すると確信した。Therefore, the present inventor has believed that suppressing the growth of hillocks during the film deposition by the CVD method improves the yield of the substrate.
【0012】本発明の目的は上述した技術的課題を解決
し、寿命が長く信頼性の高い記録ヘッド用基体および記
録ヘッドの製造方法を低価格で歩留り良く提供すること
にある。本発明の別の目的は、高速記録、高解像度記録
可能な記録ヘッド用基体および記録ヘッドの製造方法を
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ッド用基体および記
録ヘッドの製造方法を提供することにある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned technical problems and to provide a recording head base having a long life and a high reliability and a method of manufacturing the recording head at a low cost and with a high yield. Another object of the present invention is to provide a substrate for a recording head capable of high-speed recording and high-resolution recording and a method of manufacturing the recording head. Another object of the present invention is to provide a substrate for a recording head and a method of manufacturing the recording head, which consume less power and save energy.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録ヘッド用基体の製造方法は、インクを吐出するため
に用いられる熱エネルギーを発生する複数の電気熱変換
素子と、該各電気熱変換素子をそれぞれ駆動する駆動用
機能素子と、該各駆動用機能素子と前記各電気熱変換素
子とをそれぞれ接続するとともに前記各電気熱変換素子
に接続する端部がテーパー状である複数の配線電極と、
該配線電極上に設けられる絶縁膜とを基板に形成するイ
ンクジェット記録ヘッド用基体の製造方法において、1
50〜250℃の基体温度で前記配線電極上に前記絶縁
膜の材料をプラズマCVD法により堆積した後、該堆積
された絶縁膜の材料の上に250〜450℃の基体温度
でさらに前記絶縁膜の材料をプラズマCVD法により堆
積することにより前記絶縁膜を形成する堆積工程を有
し、前記配線電極の接続端面は、テトラメチルアンモニ
ウムハイドロオキサイドを含有する水溶液により、マス
ク用フォトレジストをエッチング後退させながら前記配
線電極の材料層をエッチングすることによりテーパー状
に形成されることを特徴とするものである。According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a substrate for an ink jet recording head, comprising a plurality of electrothermal transducers for generating thermal energy used for discharging ink, and each of the electrothermal transducers. Driving functional elements to be driven respectively, a plurality of wiring electrodes each of which has a tapered end connected to each of the driving functional elements and each of the electrothermal converting elements and connected to each of the electrothermal converting elements,
In a method for manufacturing a substrate for an inkjet recording head, wherein an insulating film provided on the wiring electrode is formed on a substrate,
After depositing the insulating film material on the wiring electrode at a substrate temperature of 50 to 250 ° C. by a plasma CVD method, the insulating film material is further deposited on the deposited insulating film material at a substrate temperature of 250 to 450 ° C. A deposition step of forming the insulating film by depositing the above material by a plasma CVD method, wherein the connection end face of the wiring electrode is etched back with a mask photoresist by an aqueous solution containing tetramethylammonium hydroxide. The wiring layer is formed in a tapered shape by etching the material layer of the wiring electrode.
【0014】[0014]
【0015】[0015]
【0016】さらに、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法は、インクを吐出するために用いられる熱
エネルギーを発生する複数の電気熱変換素子と、該各電
気熱変換素子をそれぞれ駆動する駆動用機能素子と、該
各駆動用機能素子と前記各電気熱変換素子とをそれぞれ
接続するとともに前記各電気熱変換素子に接続する端部
がテーパー状である複数の配線電極と、該配線電極上に
設けられる絶縁膜とを基板に形成するインクジェット記
録ヘッド用基体作成工程と、インクを吐出する複数の吐
出口を有するインク吐出部を前記記録ヘッド用基体上に
作成するインク吐出部作成工程とを含むインクジェット
記録ヘッドの製造方法において、前記基体作成工程が、
150〜250℃の基体温度で前記配線電極上に前記絶
縁膜の材料をプラズマCVD法により堆積した後、該堆
積された絶縁膜の材料の上に250〜450℃の基体温
度でさらに前記絶縁膜の材料をプラズマCVD法により
堆積することにより前記絶縁膜を形成する堆積工程を含
み、前記配線電極の接続端面は、テトラメチルアンモニ
ウムハイドロオキサイドを含有する水溶液により、マス
ク用フォトレジストをエッチング後退させながら前記配
線電極の材料層をエッチングすることによりテーパー状
に形成されることを特徴とするものである。Further, according to the method of manufacturing an ink jet recording head of the present invention, there are provided a plurality of electrothermal transducers for generating thermal energy used for discharging ink, and a driving function for driving each of the electrothermal transducers. An element, a plurality of wiring electrodes each of which connects each of the driving functional elements and each of the electrothermal conversion elements and has a tapered end connected to each of the electrothermal conversion elements, and is provided on the wiring electrode. An ink jet recording head substrate forming step of forming an insulating film to be formed on a substrate, and an ink discharging unit forming step of forming an ink discharging unit having a plurality of discharge ports for discharging ink on the recording head substrate. In the method for manufacturing a recording head, the base forming step includes:
After depositing the insulating film material on the wiring electrode at a substrate temperature of 150 to 250 ° C. by a plasma CVD method, the insulating film material is further deposited on the deposited insulating film material at a substrate temperature of 250 to 450 ° C. A deposition step of forming the insulating film by depositing the above material by a plasma CVD method, wherein the connection end surface of the wiring electrode is etched with an aqueous solution containing tetramethylammonium hydroxide to retreat the mask photoresist. The wiring electrode is formed in a tapered shape by etching a material layer of the wiring electrode.
【0017】[0017]
【0018】[0018]
【実施例】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。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, but may be any as long as the object of the present invention can be achieved.
【0019】図1は、本発明により製造される記録ヘッ
ド用基体の模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a recording head substrate manufactured according to the present invention.
【0020】記録ヘッド用基体としての基体100は、
電気熱変換素子である発熱部110と駆動用機能素子で
あるバイポーラ型のNPNトランジスタ120とをP型
シリコン基板1上に形成したものである。A substrate 100 as a substrate for a recording head includes:
A heat generating section 110 as an electrothermal conversion element and a bipolar NPN transistor 120 as a functional element for driving are formed on a P-type silicon substrate 1.
【0021】図1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ためのN型コレクタ埋込領域、3
は機能素子分離のためのP型アイソレーション埋込領
域、4はN型エピタキシャル領域、5は機能素子を構成
するためのP型ベース領域、6は素子分離のためのP型
アイソレーション埋込領域、7は機能素子を構成するた
めのN型コレクタ埋込領域、8は素子を構成するための
高濃度P型ベース領域、9は素子分離のための高濃度P
型アイソレーション領域、10は素子を構成するための
N型エミッタ領域、11は素子を構成するための高濃度
N型コレクタ領域、12はコレクタ・ベース共通電極、
13はエミッタ電極、14はアイソレーション電極であ
る。ここに、NPNトランジスタ120が形成されてお
り、2,4,7,11のコレクタ領域がエミッタ領域1
0とベース領域5,8とを完全に包囲するように形成さ
れている。また、素子分離領域として、P型アイソレー
ション埋込領域、P型アイソレーション領域7、高濃度
P型アイソレーショ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。In FIG. 1, 1 is a P-type silicon substrate, 2
Are N-type collector buried regions for forming functional elements, 3
Is a P-type isolation buried region for functional element isolation, 4 is an N-type epitaxial region, 5 is a P-type base region for forming a functional element, and 6 is a P-type isolation buried region for element isolation. , 7 are N-type collector buried regions for forming functional elements, 8 are high-concentration P-type base regions for forming elements, and 9 are high-concentration P-type regions for element isolation.
Type isolation region, 10 is an N-type emitter region for forming a device, 11 is a high-concentration N-type collector region for forming a device, 12 is a collector-base common electrode,
13 is an emitter electrode, and 14 is an isolation electrode. Here, an NPN transistor 120 is formed, and the collector regions of 2, 4, 7, and 11 are the emitter regions 1
0 and the base regions 5 and 8 are formed so as to completely surround them. Each cell is surrounded and electrically isolated by a P-type isolation buried region, a P-type isolation region 7 and a high-concentration P-type isolation region as element isolation regions.
【0022】ここで、NPNトランジスタ120は、N
型コレクタ埋込領域2およびN型コレクタ埋込領域2を
介してP型シリコン基板1上に形成された2つの高濃度
N型コレクタ領域11と、N型コレクタ埋込領域2およ
びP型ベース領域5を介して高濃度N型コレクタ領域1
1の内側に形成された2つの高濃度P型ベース領域8
と、N型コレクタ埋込領域2およびP型ベース領域5を
介して高濃度P型ベース領域8に挟まれて形成された高
濃度N型エミッタ領域10とによりNPNトランジスタ
の構造を有するが、高濃度N型コレクタ領域11と高濃
度P型ベース領域8とがコレクタ・ベース共通電極12
により接続されることによりダイオードとして動作す
る。また、NPNトランジスタ120に隣接して、素子
分離領域としてのP型アイソレーション埋込領域3,P
型アイソレーション領域6および高濃度P型アイソレー
ション領域9が順次形成されている。また、発熱抵抗層
103が、N型エピタキシャル領域4,蓄熱層101お
よび該蓄熱層101と一体的に設けられた層間膜102
を介してP型シリコン基板1上に形成されており、発熱
抵抗層103上に形成された配線電極104が切断され
て接続端面である2個のエッジ部1041 をそれぞれ形
成することにより、発熱部110が構成されている。Here, the NPN transistor 120 has the N
Two high-concentration N-type collector regions 11 formed on P-type silicon substrate 1 through N-type collector buried region 2 and N-type collector buried region 2, N-type collector buried region 2 and P-type base region 5 through the high concentration N-type collector region 1
Two high-concentration P-type base regions 8 formed inside 1
And a high-concentration N-type emitter region 10 formed between the high-concentration P-type base region 8 with the N-type collector buried region 2 and the P-type base region 5 interposed therebetween. The collector N-type collector region 11 and the high-concentration P-type base region 8 are
Operates as a diode. Further, adjacent to the NPN transistor 120, the P-type isolation buried regions 3 and P
A type isolation region 6 and a high-concentration P type isolation region 9 are sequentially formed. Further, the heat generating resistance layer 103 is composed of the N-type epitaxial region 4, the heat storage layer 101, and the interlayer film 102 provided integrally with the heat storage layer 101.
Is formed on the P-type silicon substrate 1 through the substrate, and the wiring electrodes 104 formed on the heat generating resistance layer 103 are cut to form two edge portions 104 1, which are connection end surfaces, respectively. The unit 110 is configured.
【0023】前記記録ヘッド用の基体100は全面が熱
酸化膜等で形成される蓄熱層101で覆われており、機
能素子から各電極12,13,14がAl等で形成され
ている。なお、各電極12,13,14は、図2および
図3に拡大(電極14、エミッタ、コレクタ、ベース等
は省略)して示すように、法線に対して角度θ(30度
以上75度以下)の傾いた側面(端部)を有している。The entire surface of the substrate 100 for a recording head is covered with a heat storage layer 101 formed of a thermal oxide film or the like, and the electrodes 12, 13, and 14 of the functional elements are formed of Al or the like. Each of the electrodes 12, 13, and 14 has an angle θ (30 degrees or more and 75 degrees or more) with respect to a normal line, as shown in FIGS. 2 and 3 in an enlarged manner (electrodes 14, an emitter, a collector, a base, and the like are omitted). The following) inclined side surfaces (ends).
【0024】本実施例の基体100は、上述した駆動部
(機能素子)を有する記録ヘッド用のP型シリコン基板
1上に、コレクタ・ベース共通電極12、エミッタ電極
13およびアイソレーション電極14が形成された蓄熱
層101で覆ったもので、その上層には常圧CVD法、
PCVD法、スパッタリング法等による酸化シリコン膜
等からなる層間膜102が形成されている。各電極1
2,13,14を形成するAl等は傾いた側面を有する
ため、層間膜102のステップカバレージ性が非常に優
れているので、層間膜102を従来に比較して蓄熱効果
を失わない範囲で薄く形成することができる。層間膜1
02を部分的に開孔して、コレクタ・ベース共通電極1
2、エミッタ電極13およびアイソレーション電極14
と電気的に接続し、かつ層間膜102上で電気的な配線
を形成するためのAl等の配線電極104が設置され
る。すなわち、層間膜102を部分的に開孔した後に、
スパッタリング法によるHfB2 等の発熱抵抗層103
と、蒸着法あるいはスパッタリング法による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。ここで、発熱抵抗層103を構成する材料として
は、Ta,ZrB2 ,Ti−W,Ni−Cr,Ta−A
l,Ta−Si,Ta−Mo,Ta−W,Ta−Cu,
Ta−Ni,Ta−Ni−Al,Ta−Mo−Al,T
a−Mo−Ni,Ta−W−Ni,Ta−Si−Al,
Ta−W−Al−Ni等がある。In the substrate 100 of this embodiment, a collector / base common electrode 12, an emitter electrode 13, and an isolation electrode 14 are formed on a P-type silicon substrate 1 for a recording head having the above-described driving section (functional element). Covered with a heat storage layer 101 with a normal pressure CVD method,
An interlayer film 102 made of a silicon oxide film or the like is formed by a PCVD method, a sputtering method, or the like. Each electrode 1
Since Al and the like forming the layers 2, 13, and 14 have inclined side surfaces, the step coverage of the interlayer film 102 is extremely excellent. Therefore, the interlayer film 102 is thinner than the conventional one so as not to lose the heat storage effect. Can be formed. Interlayer film 1
02 is partially opened so that the collector / base common electrode 1
2. Emitter electrode 13 and isolation electrode 14
A wiring electrode 104 made of Al or the like for electrically connecting to the substrate and forming an electric wiring on the interlayer film 102 is provided. That is, after partially opening the interlayer film 102,
Heating resistance layer 103 of HfB 2 or the like by sputtering method
And an electrothermal conversion element composed of a wiring electrode 104 made of Al or the like by a vapor deposition method or a sputtering method. Here, as a material forming the heating resistance layer 103, Ta, ZrB 2 , Ti-W, Ni-Cr, Ta-A
1, Ta-Si, Ta-Mo, Ta-W, Ta-Cu,
Ta-Ni, Ta-Ni-Al, Ta-Mo-Al, T
a-Mo-Ni, Ta-W-Ni, Ta-Si-Al,
Ta-W-Al-Ni and the like.
【0025】図4は電気熱変換素子の拡大された断面図
であり、図5は電気熱変換素子の拡大された平面図であ
る。FIG. 4 is an enlarged sectional view of the electrothermal transducer, and FIG. 5 is an enlarged plan view of the electrothermal transducer.
【0026】Al等の配線電極104は、法線に対して
30度以上の傾いた接続端面であるエッジ部1041 お
よび側面1042 を有している。さらに、図1に示す電
気熱変換素子の発熱部110上には、スパッタリング法
またはCVD法によってSiO,SiO2 ,SiN,S
iON等の保護膜105およびTa等の保護膜106が
層間膜102と一体的に設けられている。The wiring electrode 104 of Al or the like has an edge portion 104 1 and a side surface 104 2 which are connection end surfaces inclined by 30 degrees or more with respect to a normal line. Further, SiO, SiO 2 , SiN, S is formed on the heat generating portion 110 of the electrothermal transducer shown in FIG. 1 by a sputtering method or a CVD method.
A protective film 105 such as iON and a protective film 106 such as Ta are provided integrally with the interlayer film 102.
【0027】さらに、この基体100は、配線電極10
4のエッジ部1041 および両側面1042 (図5参
照)の形状が直線状のテーパーとなっていることと、コ
レクタ・ベース共通電極12,エミッタ電極13および
アイソレーション電極14のエッジ部,両側面の形状
も、図2,図3にそれぞれ示すように、直線状のテーパ
ーとなっていることである。Further, the base 100 is provided with the wiring electrode 10
4 of the edge portion 104 1 and both side surfaces 1042 and the shape (see FIG. 5) is a linear taper, the collector-base common electrode 12, the edge portion of the emitter electrode 13 and the isolation electrode 14, both sides The shape of the surface also has a linear taper as shown in FIGS.
【0028】したがって、この基体100では、発熱部
110における電流の流れは、図6に示すように、配線
電極104のエッジ部1041 の下方に集中することが
ない。たとえば、一実験結果によると、配線電極104
のエッジ部1041 の下方における電流密度をエッジ部
1041 の形状がほぼ垂直なときの8.2×107 A/
cm2 から2.6×107 A/cm2 にまで低減するこ
とができる。その結果、発熱抵抗層23の一部切断を防
止することができるため、たとえばこの基体100を用
いて記録ヘッドを構成した一実験結果によると、記録ヘ
ッドの耐久性を7×107 パルスから1×109 パルス
にまで大幅に延ばすことができた。[0028] Thus, in the substrate 100, the current flow in the heat generating portion 110, as shown in FIG. 6, is not concentrated to the lower edge portion 104 1 of the wiring electrode 104. For example, according to one experimental result, the wiring electrode 104
The edge portion 104 1 of 8.2 × 10 7 when the current density edge portion 104 is substantially perpendicular the first shape in the lower A /
cm 2 to 2.6 × 10 7 A / cm 2 . As a result, it is possible to prevent the heating resistance layer 23 from being partially cut. Therefore, according to, for example, an experimental result of configuring a recording head using this substrate 100, the durability of the recording head is reduced from 7 × 10 7 pulses to 1 pulse. It could be greatly extended to × 10 9 pulses.
【0029】また、第1の保護膜105におけるステッ
プカバレージ性も極めて良好にすることができるため、
第1の保護膜105の厚さをエッジ部1041 の形状が
ほぼ垂直なときよりも薄く(たとえば、1.0μmから
0.6μm)することができた。その結果、発熱部11
0で発生した熱エネルギーを効率的にかつ高速にインク
に伝達することができるとともに、第1の保護膜105
を形成する装置のスループットを約2倍にすることがで
きた。Further, since the step coverage of the first protective film 105 can be extremely improved,
The thickness of the first protective film 105 could be made thinner (for example, from 1.0 μm to 0.6 μm) than when the shape of the edge portion 104 1 was substantially vertical. As a result, the heating section 11
0 can be efficiently and rapidly transmitted to the ink, and the first protective film 105
Could be approximately doubled.
【0030】更に、層間膜102、保護膜105等をP
CVD法によりSiO,SiON,SiN等で形成する
際、膜成長初期において、膜の下層を150〜250℃
の低温で成長させた後、その上に250〜450℃でさ
らに膜の上層を成長させる方法を用いた。即ち低温で成
長させた層にヒロックの成長を抑制する作用があるた
め、従来、例えば250〜450℃で一度に膜成長させ
た場合に較べ、上述したヒロックによる配線短絡(図2
5(B)参照)が低減でき、製品の歩留りを著しく改善
することができた。なお、以下では配線電極以外の各電
極に関しては、エッジ部(接続端面)についても側面と
記す。Further, the interlayer film 102, the protective film 105, etc.
When forming a film of SiO, SiON, SiN or the like by the CVD method, the lower layer of the film is formed at 150 to 250 ° C. in the initial stage of film growth.
After growing at a low temperature, a method of further growing an upper layer of the film at 250 to 450 ° C. was used. That is, since the layer grown at a low temperature has the effect of suppressing the growth of hillocks, the wiring short-circuit caused by the hillocks described above (see FIG.
5 (B)), and the yield of products could be remarkably improved. In the following, for each electrode other than the wiring electrode, the edge portion (connection end surface) is also described as a side surface.
【0031】次に、上述した構成による機能素子(駆動
部)の基本動作について説明する。図7は図1に示した
基体100の駆動方法を説明するための模式図である。Next, the basic operation of the functional element (drive unit) having the above configuration will be described. FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a method of driving the base 100 shown in FIG.
【0032】本実施例では、図1および図7に示すよう
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、エミッタ電極13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(SH1,SH2)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、エミッタ電極13より流出す
る。また、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(RH1,RH2)の熱の立上がり
および立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
ンクの吐出を行うことができた。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
タにおける少数キャリアの蓄積が少ないためスイッチン
グ特性が速く立上がり特性がよくなることが予想以上に
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。In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 7, the collector / base common electrode 12 corresponds to the anode electrode of the diode, and the emitter electrode 13 corresponds to the cathode electrode of the diode. That is, by applying a positive potential bias (V H1 ) to the collector / base common electrode 12, the NPN transistor in the cell (SH 1, SH 2) is turned on, the bias current becomes the collector current and the base current, and the emitter electrode 13 More outflow. Further, as a result of the configuration in which the base and the collector are short-circuited, the rise and fall characteristics of heat of the electrothermal transducers (RH1 and RH2) are improved, so that the film boiling phenomenon occurs, and the controllability of the growth and shrinkage of bubbles accompanying the film boiling phenomenon is improved. This improved the ejection of ink stably. This is because, in an ink jet recording head that uses thermal energy, the characteristics of the transistor and the film boiling characteristics are deeply linked, and the switching characteristics are faster and the start-up characteristics are better because the accumulation of minority carriers in the transistors is smaller. It is thought that it is doing. In addition, there is relatively little parasitic effect, there is no variation between elements, and a stable driving current can be obtained.
【0033】本実施例においては、さらに、アイソレー
ション電極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。In this embodiment, furthermore, by grounding the isolation electrode 14, it is possible to prevent the charge from flowing into another adjacent cell and to prevent the problem of malfunction of other elements. It has become.
【0034】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1×1018cmー3以上とする
こと、P型ベース領域5の濃度を5×1014〜5×10
17cmー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望ま
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ョン領域を経てグラ
ンドにおちる漏れ電流の発生を防止することができる。In such a semiconductor device, the concentration of the N-type collector buried region 2 is set to 1 × 10 18 cm −3 or more, and the concentration of the P-type base region 5 is set to 5 × 10 14 to 5 × 10 5
It is desirable to set it to 17 cm −3, and furthermore, to minimize the area of the joint surface between the high concentration base region 8 and the electrode. In this way, it is possible to prevent the occurrence of a leakage current from the NPN transistor to the ground via the P-type silicon substrate 1 and the isolation region.
【0035】上記基体の駆動方法についてさらに詳述す
る。The method of driving the base will be described in more detail.
【0036】図7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、このような機
能素子がたとえば128個の電気熱変換素子に対応して
同数等間隔に配置され、ブロック駆動が可能なように電
気的にマトリクス接続されている。ここでは、説明の簡
単のため、同一グループに2つのセグメントとしての電
気熱変換素子RH1,RH2の駆動について説明する。FIG. 7 shows two semiconductor functional elements (cells).
However, in practice, such functional elements are arranged at equal intervals corresponding to, for example, 128 electro-thermal conversion elements, and are electrically connected in a matrix so as to enable block driving. It is connected. Here, for the sake of simplicity, the driving of the electrothermal transducers RH1 and RH2 as two segments in the same group will be described.
【0037】電気熱変換素子RH1を駆動するために
は、まずスイッチング信号G1によりグループの選択が
なされるとともに、スイッチング信号S1により電気熱
変換素子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
されて電気熱変換素子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。In order to drive the electrothermal transducer RH1, a group is first selected by the switching signal G1, and the electrothermal transducer RH1 is selected by the switching signal S1. Then, the transistor-configured diode cell SH1 is positively biased and supplied with current, and the electrothermal transducer RH1 generates heat. This thermal energy causes a state change in the liquid, generates bubbles, and discharges the liquid from the discharge port.
【0038】同様に、電気熱変換素子RH2を駆動する
場合にも、スイッチング信号G1およびスイッチング信
号S2により電気熱変換素子RH2を選択して、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。Similarly, when the electrothermal transducer RH2 is driven, the electrothermal transducer RH2 is selected by the switching signal G1 and the switching signal S2, and the diode cell SH2 is driven to supply a current to the electrothermal transducer. I do.
【0039】このとき、P型シリコン基板1はアイソレ
ーション領域3,6,9を介して接地されている。この
ように各半導体素子(セル)のアイソレーション領域
3,6,9が設置されることにより各半導体素子間の電
気的な干渉による誤動作を防止している。At this time, the P-type silicon substrate 1 is grounded via the isolation regions 3, 6, 9. By providing the isolation regions 3, 6, 9 of each semiconductor element (cell) in this way, malfunction due to electrical interference between the semiconductor elements is prevented.
【0040】こうして構成された基体100は、図8に
示すように、複数の吐出口500に連通する液路505
を形成するための感光性樹脂などからなる液路壁部材5
01と、インク供給口503を有する天板502とが取
り付けられて、インクジェット記録方式の記録ヘッド5
10とすることができる。この場合、インク供給口50
3から注入されるインクが内部の共通液室504へ蓄え
られて各液路505へ供給され、その状態で基体100
の発熱部110を駆動することで、吐出口500からイ
ンクの吐出がなされる。As shown in FIG. 8, the substrate 100 thus constructed is connected to a liquid passage 505 communicating with a plurality of discharge ports 500.
Channel member 5 made of photosensitive resin or the like for forming the
01 and a top plate 502 having an ink supply port 503 are attached, and a recording head 5 of an ink jet recording system is mounted.
It can be set to 10. In this case, the ink supply port 50
3 is stored in the internal common liquid chamber 504 and supplied to each liquid path 505, and in that state, the base 100
By driving the heat generating unit 110, ink is ejected from the ejection port 500.
【0041】次に、本実施例に係る記録ヘッド510の
製造工程について説明する。Next, the manufacturing process of the recording head 510 according to this embodiment will be described.
【0042】(1)P型シリコン基板1(不純物濃度1
×1012〜1×1016cmー3程度)の表面に、8000
Å程度のシリコン酸化膜を形成した後、各セルのN型コ
レクタ埋込領域2を形成する部分のシリコン酸化膜をフ
ォトリソグラフィー工程で除去した。シリコン酸化膜を
形成した後、N型の不純物(たとえば、P,Asなど)
をイオン注入し、熱拡散により不純物濃度1×1018c
mー3以上のN型コレクタ埋込領域2を厚さ2〜6μmほ
ど形成し、シート抵抗が80Ω/□以下の低抵抗となる
ようにした。続いて、P型アイソレーション埋込領域3
を形成する領域のシリコン酸化膜を除去し、1000Å
程度のシリコン酸化膜を形成した後、P型不純物(たと
えば、Bなど)をイオン注入し、熱拡散により不純物濃
度1×1015〜1×1017cmー3以上のP型アイソレー
ション埋込領域3を形成した(以上図9)。(1) P-type silicon substrate 1 (impurity concentration 1
8000 on the surface of about × 10 12 to 1 × 10 16 cm -3 )
After a silicon oxide film of about Å was formed, the silicon oxide film in the portion where the N-type collector buried region 2 of each cell was formed was removed by a photolithography process. After forming the silicon oxide film, N-type impurities (for example, P, As, etc.)
Is implanted, and the impurity concentration is 1 × 10 18 c by thermal diffusion.
An N-type collector buried region 2 having a thickness of m -3 or more is formed to a thickness of about 2 to 6 [mu] m so that the sheet resistance is as low as 80 Ω / □ or less. Subsequently, the P-type isolation buried region 3
The silicon oxide film in the region where the silicon oxide film is to be formed is
After forming a silicon oxide film of about the same size, a P-type impurity (for example, B or the like) is ion-implanted and a P-type isolation buried region having an impurity concentration of 1 × 10 15 to 1 × 10 17 cm −3 or more is formed by thermal diffusion. 3 was formed (FIG. 9).
【0043】(2)全面のシリコン酸化膜を除去した
後、N型エピタキシャル領域4(不純物濃度1×1013
〜1×1015cmー3程度)を厚さ5〜20μm程度エピ
タキシャル成長させた(以上図10)。(2) After removing the silicon oxide film on the entire surface, the N-type epitaxial region 4 (impurity concentration 1 × 10 13)
11 × 10 15 cm −3 ) was epitaxially grown to a thickness of about 5 to 20 μm (FIG. 10).
【0044】(3)次に、N型エピタキシャル領域4の
表面に1000Å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P型ベース
領域5を形成する部分にのみP型不純物をイオン注入し
た。レジスト除去後、熱拡散によって低濃度P型ベース
領域5(不純物濃度1×1014〜1×1017cmー3程
度)を厚さ5〜10μmほど形成した。(3) Next, a silicon oxide film of about 1000 ° is formed on the surface of the N-type epitaxial region 4, a resist is applied, patterning is performed, and P is formed only in the portion where the low-concentration P-type base region 5 is to be formed. Type impurities were ion-implanted. After removing the resist, thereby forming a low-concentration P-type base region 5 (impurity concentration 1 × 10 14 ~1 × 10 17 cm -3 or so) as the thickness 5~10μm by thermal diffusion.
【0045】P型ベース領域5は、(1)の工程の後、
酸化膜を除去し、その後5×1014〜5×1017程度の
低濃度P型エピタキシャル層を3〜10μmほど成長さ
せることでも形成できる。After the step (1), the P-type base region 5
The oxide film can be formed by removing the oxide film and then growing a low-concentration P-type epitaxial layer of about 5 × 10 14 to 5 × 10 17 by about 3 to 10 μm.
【0046】その後、再びシリコン酸化膜を全面除去
し、さらに8000Å程度のシリコン酸化膜を形成した
後、P型アイソレーション領域6を形成すべき領域のシ
リコン酸化膜を除去し、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
ション埋込領域3に届くように、P型アイソレーション
領域6(不純物濃度1×1018〜1×1020cmー3程
度)を厚さ10μm程度形成した。ここでは、BBr3
を拡散源として用いてP型アイソレーション領域6を形
成することも可能である(以上図11)。Thereafter, the silicon oxide film is again removed from the entire surface, and a silicon oxide film of about 8000 ° is further formed. Thereafter, the silicon oxide film in the region where the P-type isolation region 6 is to be formed is removed, and the BSG film is entirely removed. The P-type isolation region 6 (impurity concentration: about 1 × 10 18 to 1 × 10 20 cm −3 ) is deposited by a CVD method, and further, reaches the P-type isolation buried area 3 by thermal diffusion. Was formed to a thickness of about 10 μm. Here, BBr 3
Can be used as a diffusion source to form the P-type isolation region 6 (FIG. 11).
【0047】また前述した如く、P型エピタキシャル層
を用いると、上記P型アイソレーション埋込領域3及び
P型アイソレーション領域6が不要な構造も可能であ
り、P型アイソレーション埋込領域3及びP型アイソレ
ーション領域6、低濃度ベース領域5を形成するための
フォトリソ工程及び高温の不純物拡散工程を削除するこ
ともできる。As described above, when the P-type epitaxial layer is used, a structure that does not require the P-type isolation buried region 3 and the P-type isolation region 6 is also possible. The photolithography process and the high-temperature impurity diffusion process for forming the P-type isolation region 6 and the low-concentration base region 5 can be omitted.
【0048】(4)BSG膜を除去した後、8000Å
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を形成する部分のみシリコン酸化膜を除去した
後、N型の固相拡散およびリンイオンを注入しあるいは
熱拡散によって、コレクタ埋込領域5に届きかつシート
抵抗が10Ω/□以下の低抵抗となるようにN型コレク
タ領域7(不純物濃度1×1018〜1×1020cmー3程
度)を形成した。このとき、N型コレクタ領域7の厚さ
は約10μmとした。続いて、12500Å程度のシリ
コン酸化膜を形成し、蓄熱層101(図13参照)を形
成した後、セル領域のシリコン酸化膜を選択的に除去し
た。(4) After removing the BSG film, 8000Å
After forming a silicon oxide film of the order of magnitude and removing the silicon oxide film only in the portion where the N-type collector region 7 is to be formed, the collector buried region 5 is formed by N-type solid phase diffusion and phosphorus ion implantation or thermal diffusion. receive and to form a N-type collector region 7 so that the sheet resistance is 10 [Omega / □ or lower resistance (impurity concentration 1 × 10 18 ~1 × 10 about 20 cm-3) to. At this time, the thickness of the N-type collector region 7 was about 10 μm. Subsequently, after forming a silicon oxide film of about 12,500 ° and forming the heat storage layer 101 (see FIG. 13), the silicon oxide film in the cell region was selectively removed.
【0049】蓄熱層101の形成は、N型コレクタ領域
7を形成した後、1000〜3000Åのシリコン熱酸
化膜を形成し、更に、CVD法、PCVD法、スパッタ
リング法等でBPSG(ボロンとリンを含んだシリケー
トガラス),PSG(リンを含んだシリケートガラ
ス),SiO2 ,SiON,SiN等の膜を形成しても
良い。その後、2000Å程度のシリコン酸化膜を形成
した。The thermal storage layer 101 is formed by forming an N-type collector region 7, forming a 1000-3000 ° silicon thermal oxide film, and further forming a BPSG (boron and phosphorus) by CVD, PCVD, sputtering or the like. (Silicate glass containing phosphorus), PSG (silicate glass containing phosphorus), SiO 2 , SiON, SiN, or another film may be formed. Thereafter, a silicon oxide film of about 2000 ° was formed.
【0050】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ョン領域9を形成す
る部分にのみP型不純物の注入を行った。レジストを除
去した後、N型エミッタ領域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シリコン酸化膜を除去
し、熱酸化膜を全面に形成し、N型不純物を注入した
後、熱拡散によってN型エミッタ領域10および高濃度
N型コレクタ領域11を同時に形成した。なお、N型エ
ミッタ領域10および高濃度N型コレクタ領域11の厚
さは、それぞれ1.0μm以下、不純物濃度は1×10
18〜1×1020cmー3程度とした(以上図12)。Resist patterning was performed, and P-type impurities were implanted only into the portions where the high concentration base region 8 and the high concentration isolation region 9 were to be formed. After removing the resist, the silicon oxide film in the region where the N-type emitter region 10 and the high-concentration N-type collector region 11 are to be formed is removed, a thermal oxide film is formed on the entire surface, and N-type impurities are implanted. The N-type emitter region 10 and the high-concentration N-type collector region 11 were simultaneously formed by diffusion. The thickness of each of the N-type emitter region 10 and the high-concentration N-type collector region 11 is 1.0 μm or less, and the impurity concentration is 1 × 10
It was about 18 to 1 × 10 20 cm −3 (FIG. 12).
【0051】(5)さらに、一部電極の接続箇所のシリ
コン酸化膜を除去した後、Al等を全面堆積し、一部電
極領域以外のAl等を除去した。ここで、Alの除去
は、従来のウエットエッチングとは異なり、フォトレジ
ストを後退させながらエッチングを行なう方法におい
て、傾いた側面を有する配線形状が得られた。(5) Further, after removing the silicon oxide film at the connection portion of the partial electrode, Al or the like was entirely deposited to remove Al or the like other than the partial electrode region. Here, unlike the conventional wet etching, in the method of performing etching while retreating the photoresist, Al was removed to obtain a wiring shape having inclined side surfaces.
【0052】エッチング液としては、従来レジストをパ
ターニングするために用いる現像液つまりTMAH(テ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)を含有す
る水溶液を用いて良い結果すなわち配線の側壁が法線に
対して約60度傾いた形状が安定して得られた(以上図
13)。As an etching solution, a developing solution conventionally used for patterning a resist, that is, an aqueous solution containing TMAH (tetramethylammonium hydroxide) can be used. That is, the side wall of the wiring is inclined by about 60 degrees with respect to the normal line. A stable shape was obtained (FIG. 13).
【0053】(6)そして、PCVD法により蓄熱層と
しての機能も有する層間膜102となるSiO2 膜を全
面に0.6〜2.0μm程度形成した。その際150〜
250℃の低温で1000〜3000Å程度膜堆積させ
た後に、250〜450℃で残りの膜厚を成長させる。
すると低温で成長した膜が250〜450℃に基体温度
を上昇させる際のヒロックの成長を抑制する作用があ
る。ここで、表1にPCVD法の基体温度とヒロックの
成長および膜質評価に関する検討結果を示す。(6) Then, an SiO 2 film serving as an interlayer film 102 having a function as a heat storage layer was formed on the entire surface to a thickness of about 0.6 to 2.0 μm by the PCVD method. 150 ~
After depositing a film at a low temperature of 250 ° C. for about 1000 to 3000 °, the remaining film thickness is grown at 250 to 450 ° C.
Then, the film grown at a low temperature acts to suppress the growth of hillocks when the substrate temperature is raised to 250 to 450 ° C. Here, Table 1 shows the results of a study on the substrate temperature, hillock growth and film quality evaluation in the PCVD method.
【0054】表1中、基体温度の項目で、200−35
0とあるのは、200℃で膜堆積をした後、350℃で
さらに膜堆積をしたことを示し、他の100ないし45
0の各数値はそれぞれ一定温度で膜堆積をしたことを示
す。数値ヒロック抑制の項目では、ヒロックの成長がか
なり観測されたものは×、若干観測されたものは△、あ
まり観測されなかったものは○とした。また、膜質の項
目では、特に粗であるものは×、やや粗であるものは
△、密なものは○とした。100〜250℃で膜堆積を
行うとヒロックはあまり成長しない。すなわち、数、大
きさ(存在する密度および高さ)とも小さく、成長が抑
制されている。しかし、低温で堆積、形成された膜は、
膜質が比較的「粗」であり、この膜を有する基体および
記録ヘッドの信頼性低下を招くことがある。また、15
0℃を下回る温度では、CVD装置の構成上、温度制御
が困難となる。そこで、200℃で膜厚1500Åまで
堆積した後、350℃で膜厚8500Åまで追加堆積し
たものは、ヒロック成長を抑制し、かつ膜質も良好なも
のが得られた。一方、300℃以上で膜堆積をしたもの
は、膜質は良好なものの、ヒロックがかなり観察され
た。In Table 1, in the item of the substrate temperature, 200-35
“0” indicates that the film was deposited at 200 ° C. and then further deposited at 350 ° C.
Each numerical value of 0 indicates that the film was deposited at a constant temperature. In the item of numerical hillock suppression, x was observed when hillock growth was considerably observed, Δ was observed when it was observed slightly, and ○ was observed when it was hardly observed. In addition, in the item of film quality, X was particularly coarse, Δ was slightly coarse, and ○ was dense. Hillocks do not grow much when the film is deposited at 100-250 ° C. That is, the number and size (existing density and height) are both small, and growth is suppressed. However, films deposited and formed at low temperatures
The film quality is relatively “coarse”, which may cause a decrease in the reliability of the substrate and the recording head having this film. Also, 15
If the temperature is lower than 0 ° C., it is difficult to control the temperature due to the structure of the CVD apparatus. Therefore, when the film was deposited at 200 ° C. to a film thickness of 1500 ° and then additionally deposited at 350 ° C. to a film thickness of 8500 °, hillock growth was suppressed and a film having good film quality was obtained. On the other hand, when the film was deposited at 300 ° C. or higher, although the film quality was good, hillocks were considerably observed.
【0055】[0055]
【表1】表1. 検討結果 上記2段階のCVD法に限らず、成長初期の基体温度が
150〜250℃、成長終了時の基体温度が250〜4
50℃となるように、CVD法での炉内温度を3段階以
上に分けること、あるいは連続的に炉内温度を変化させ
て基体温度を変化させることもAl等のヒロック成長の
抑制に有効である。図22に炉内温度を200〜350
℃に連続的に変化させながらCVD法を行った場合の膜
厚の時間変化を示す。図22に示すように、CVD法を
開始してから60分経過した時点で10000Åを越え
る膜厚が得られた。[Table 1] Study results Not limited to the two-stage CVD method, the substrate temperature at the initial stage of growth is 150 to 250 ° C., and the substrate temperature at the end of growth is 250 to 4 ° C.
Dividing the furnace temperature in the CVD method into three or more steps so that the temperature becomes 50 ° C., or changing the substrate temperature by continuously changing the furnace temperature is also effective for suppressing hillock growth of Al or the like. is there. FIG. 22 shows that the furnace temperature was 200 to 350.
The time change of the film thickness when the CVD method is performed while continuously changing to ° C. is shown. As shown in FIG. 22, a film thickness exceeding 10,000 ° was obtained 60 minutes after the start of the CVD method.
【0056】この層間膜102は常圧CVD法によるも
のであってもよい。またSiO2 膜に限らずSiON
膜、SiO膜またはSiN膜であってもよい。The interlayer film 102 may be formed by a normal pressure CVD method. Not only SiO 2 film but also SiON
It may be a film, a SiO film or a SiN film.
【0057】次に、電気的接続をとるために、エミッタ
領域およびベース・コレクタ領域の上部にあたる層間膜
102の一部をフォトリソグラフィ法で開口し、スルー
ホールTHを形成した(以上図14)。Next, in order to establish electrical connection, a part of the interlayer film 102 above the emitter region and the base / collector region was opened by photolithography to form a through hole TH (FIG. 14).
【0058】層間膜102、保護膜105等の絶縁膜の
エッチングの際、NH4 F+CH3COOH+HF等の
混酸エッチング液を用い、レジスト(マスク用フォトレ
ジスト)と絶縁膜界面にエッチング液を侵み込ませるこ
とで、エッチング断面形状をテーパー(法線に対して3
0度以上75度以下が好ましい)をつけたものとするこ
とができる。これは、層間膜上に形成する各膜のステッ
プカバレージ性に優れ、製造プロセスの安定化、歩留り
向上に役立つ。When etching an insulating film such as the interlayer film 102 and the protective film 105, a mixed acid etching solution such as NH 4 F + CH 3 COOH + HF is used to penetrate the interface between the resist (photoresist for mask) and the insulating film. By doing so, the etched cross-sectional shape becomes tapered (3
0 ° to 75 ° is preferable). This is excellent in step coverage of each film formed on the interlayer film, and is useful for stabilizing the manufacturing process and improving the yield.
【0059】(7)次に、発熱抵抗層103としてのH
fB2 を層間膜102上と、電気的接続をとるためにエ
ミッタ領域およびベース・コレクタ領域の上部にあたる
電極13および電極12上とに、スルーホールTHを通
して1000Åほど堆積した。(7) Next, H as the heating resistance layer 103
fB 2 was deposited to a thickness of about 1000 ° on the interlayer film 102 and on the electrodes 13 and 12 corresponding to the upper portions of the emitter region and the base / collector region for electrical connection through the through hole TH.
【0060】(8)発熱抵抗層103の上に、電気熱変
換素子の一対の配線電極104,104およびダイオー
ドのカソード配線電極104,アノード配線電極109
としてのAl材料からなる層を約5000Å堆積させ、
AlおよびHfB2 (発熱抵抗層103)をパターニン
グし、電気熱変換素子とその他配線とを同時に形成し
た。ここで、Alのパターニングは、前記方法と同様で
ある(以上図15)。(8) On the heating resistance layer 103, a pair of wiring electrodes 104, 104 of the electrothermal transducer, a cathode wiring electrode 104 of a diode, and an anode wiring electrode 109
A layer of Al material as about 5000 ° deposited,
The Al and HfB 2 (heating resistance layer 103) were patterned to form an electrothermal transducer and other wiring at the same time. Here, the patterning of Al is the same as the above method (FIG. 15).
【0061】(9)その後、PCVD法等により、電気
熱変換素子の保護層およびAl配線間の絶縁層としての
SiO2 膜105を約10000Å堆積させた。最初、
比較的低温(150〜250℃)で膜成長を行い、ヒロ
ックの成長を抑制することは、前記と同様である。ま
た、保護膜105は、SiO2 膜以外にも、SiO,S
iN,SiON等の膜でもよい。(9) Thereafter, an SiO 2 film 105 as a protective layer of the electrothermal conversion element and an insulating layer between the Al wirings was deposited by about 10,000 ° by PCVD or the like. the first,
The film growth is performed at a relatively low temperature (150 to 250 ° C.) to suppress the growth of hillocks as described above. The protective film 105 is made of SiO, S, in addition to the SiO 2 film.
A film such as iN or SiON may be used.
【0062】その後、耐キャビテーションのための保護
層106としてTaを電気熱変換体の発熱部上部に20
00Åほど堆積した。Thereafter, Ta is applied as a protective layer 106 for cavitation resistance to the upper part of the heat generating portion of the electrothermal converter.
Deposited about 00Å.
【0063】(10)以上のようにして作成された電気
熱変換素子、TaおよびSiO2 膜105を部分的に除
去し、ボンディング用のパッド107を形成した(以上
図16)。(10) The electrothermal conversion element, the Ta and the SiO 2 film 105 formed as described above were partially removed to form a bonding pad 107 (FIG. 16).
【0064】(11)次に、半導体素子を有する基体
に、インク吐出部500を形成するための液路壁部材お
よび天板502を配設して、それらの内部にインク液路
を形成した記録ヘッドを製造した(以上図17)。(11) Next, a liquid path wall member for forming the ink discharge section 500 and a top plate 502 are arranged on a base having a semiconductor element, and an ink liquid path is formed in the inside thereof. The head was manufactured (FIG. 17).
【0065】このようにしてそれぞれAl配線電極のテ
ーパーエッチングの液温を変えることによりエッジ部の
法線に対する角度を変えて製造した複数の記録ヘッドに
ついて、それぞれ電気熱変換素子をブロック駆動し、記
録、動作試験を行った。動作試験では、一つのセグメン
トに8個の半導体ダイオードを接続し、各半導体ダイオ
ードに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、上記記録ヘッドは熱伝達効率がよい
ため、駆動電力が従来の80%ですみ、かつ高周波応答
性に優れたものであった。さらに、寿命、均一性に関し
ても優れた特性が得られた。また、配線寸法精度、配線
抵抗ばらつき、初期良品率および耐久試験結果をそれぞ
れ調べた。結果を表2に示す。法線に対する角度が30
〜75度のものでは、良好な最終判定が得られた。しか
し、法線に対する角度が5度および28度のものでは、
耐久試験結果により、また80度のものでは配線寸歩精
度および配線抵抗ばらつきにより、それぞれ良好な判定
結果が得られなかった。For a plurality of recording heads manufactured by changing the angle of the edge portion with respect to the normal line by changing the liquid temperature of the taper etching of the Al wiring electrode as described above, the respective electrothermal transducers are block-driven to perform recording. And an operation test. In the operation test, eight semiconductor diodes were connected to one segment, and a current of 300 mA (total 2.4 A) was applied to each semiconductor diode. However, the other semiconductor diodes did not malfunction and performed good ejection. Was completed. Further, since the recording head has a good heat transfer efficiency, the driving power is only 80% of that of the conventional recording head, and the recording head is excellent in high-frequency response. Furthermore, excellent characteristics were obtained in terms of life and uniformity. In addition, the wiring dimensional accuracy, wiring resistance variation, initial non-defective rate, and endurance test results were examined. Table 2 shows the results. Angle to normal is 30
Good results were obtained when the angle was 75 degrees. However, at angles of 5 degrees and 28 degrees with respect to the normal,
Good judgment results could not be obtained due to the endurance test results, and due to the wiring step accuracy and wiring resistance variation at 80 degrees.
【0066】[0066]
【表2】 本実施例において配線電極104は、発熱抵抗層に対し
て傾いたエッジ部1041 を有すると同時に、配線電極
104の長手方向においても傾いた側面1042 を有す
る構造が得られる。[Table 2] Wiring electrodes 104 in the present embodiment, at the same time has an inclined edge portion 104 1 with respect to the heat generating resistor layer, the structure having inclined side 104 2 even in the longitudinal direction of the wiring electrode 104 is obtained.
【0067】しかし、発熱層抵抗端部における電流密度
の集中を緩和する目的からすると、配線電極は、発熱抵
抗層の法線に対して30度〜75度の角度を有する接続
端面を有することが必要であり、配線の長手方向の側面
が傾いていることが絶対的な条件ではない。However, for the purpose of alleviating the concentration of the current density at the end of the heating layer resistance, the wiring electrode may have a connection end face having an angle of 30 to 75 degrees with respect to the normal line of the heating resistance layer. It is necessary, and it is not an absolute condition that the longitudinal side surface of the wiring is inclined.
【0068】以下に示す手法により、配線電極の接続端
面のみが傾きを有し、長手方向の側面は法線に対して0
〜30度の垂直に近い構造にすることが可能である。According to the method described below, only the connection end face of the wiring electrode has an inclination, and the side face in the longitudinal direction is zero with respect to the normal line.
It is possible to have a structure close to vertical of up to 30 degrees.
【0069】図18ないし図21に従って説明する。The operation will be described with reference to FIGS.
【0070】発熱抵抗層103aとしてのHfB2 およ
び配線電極104aを形成するAl材料からなる層を堆
積させた後、2度の従来公知のフォトリソ工程の繰り返
しで発熱抵抗層103aと配線電極104aを形成す
る。このとき、配線電極104aのエッチングには従来
用いられているウェットエッチング法あるいはCl系の
ガスによるRIE等によるドライエッチング法がある。
これらの手法により配線電極104aの長手方向の側面
104bはほぼ垂直な角度を有する(図18)。次に、
図19に示す如く、従来公知の手法によりレジスト11
1(マスク用フォトレジスト)で発熱抵抗層103a以
外を覆う。そして、エミッタ電極等を形成する手法と同
様の手法、つまり配線電極104aのエッチング動作時
にレジスト111がエッチング後退しても、該エッチン
グ動作終了時にレジスト111が配線電極104aの両
側面に達しない程度にレジスト111を配線電極104
a上に形成しておき、配線電極104aをエッチングす
る。なお、この場合、TMAHを主成分とする、液温の
異なる2種類のアルカリ性溶液を交互にスプレーして配
線電極104をエッチングしてもよい。このようにし
て、傾いたエッジ部104bを発熱抵抗層103との接
続部のみに有する構造が得られた(図20、図21)。After depositing a layer made of HfB 2 as the heating resistance layer 103a and an Al material for forming the wiring electrode 104a, the heating resistance layer 103a and the wiring electrode 104a are formed twice by repeating a conventionally known photolithography process. I do. At this time, the wiring electrode 104a may be etched by a conventional wet etching method or a dry etching method by RIE using a Cl-based gas.
With these methods, the longitudinal side surface 104b of the wiring electrode 104a has a substantially vertical angle (FIG. 18). next,
As shown in FIG. 19, a resist 11 is formed by a conventionally known method.
1 (mask photoresist) covers portions other than the heating resistor layer 103a. Then, a method similar to the method of forming the emitter electrode or the like, that is, even if the resist 111 is etched back during the etching operation of the wiring electrode 104a, the resist 111 does not reach both side surfaces of the wiring electrode 104a at the end of the etching operation. Resist 111 is applied to wiring electrode 104
a, and the wiring electrode 104a is etched. In this case, the wiring electrode 104 may be etched by alternately spraying two kinds of alkaline solutions having TMAH as main components and having different liquid temperatures. In this way, a structure having the inclined edge portion 104b only in the connection portion with the heating resistance layer 103 was obtained (FIGS. 20 and 21).
【0071】以上述べた構成の記録ヘッド510を記録
装置本体に装着して装置本体から記録ヘッド510に信
号を付与することにより、高速記録、高画質記録を行う
ことができるインクジェット記録装置を得ることができ
る。An ink jet recording apparatus capable of performing high-speed recording and high-quality recording by attaching the recording head 510 having the above-described configuration to the recording apparatus main body and applying a signal to the recording head 510 from the apparatus main body. Can be.
【0072】次に、本発明の記録ヘッドを用いたインク
ジェット機録装置について図23を参照して説明する。
図23は本発明が適用されるインクジェット機録装置7
00の一例を示す概観斜視図である。Next, an ink jet recording apparatus using the recording head of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 23 shows an inkjet recording device 7 to which the present invention is applied.
It is an outline perspective view showing an example of 00.
【0073】記録ヘッド510は、駆動モータ701の
正逆回転に連動して駆動力伝達ギア702,703を介
して回転するリードスクリュー704の螺旋溝721に
対して係合するキャリッジ720上に搭載されており、
前記駆動モータ701の動力によってキャリッジ720
とともにガイド719に沿って矢印a,b方向に往復移
動される。図示しない記録媒体給送装置によってプラテ
ン706上に搬送される記録用紙P用の紙押え板705
は、キャリッジ移動方向にわたって記録用紙Pをプラテ
ン706に対して押圧する。The recording head 510 is mounted on a carriage 720 that engages with a spiral groove 721 of a lead screw 704 that rotates via driving force transmission gears 702 and 703 in conjunction with forward and reverse rotation of a driving motor 701. And
The carriage 720 is driven by the power of the drive motor 701.
At the same time, it is reciprocated along the guide 719 in the directions of arrows a and b. Paper holding plate 705 for recording paper P conveyed onto platen 706 by a recording medium feeding device (not shown)
Presses the recording paper P against the platen 706 in the carriage movement direction.
【0074】707,708はフォトカプラであり、キ
ャリッジ720のレバー709のこの域での存在を確認
して駆動モータ701の回転方向切換等を行うためのホ
ームポジション検知手段である。710は前述の記録ヘ
ッド510の全面をキャップするキャップ部材711を
支持する支持部材で、712は前記キャップ部材711
内を吸引する吸引手段で、キャップ内開口713を介し
て記録ヘッド510の吸引回復を行う。714はクリー
ニングブレードで、715はこのブレードを前後方向に
移動可能にする移動部材であり、本体支持板716にこ
れらは支持されている。クリーニングブレード714
は、この形態でなく周知のクリーニングブレードが本例
に適用できることはいうまでもない。また、717は、
吸引回復の吸引を開始するためのレバーで、キャリッジ
720と係合するカム718の移動に伴って移動し、駆
動モータ701からの駆動力がクラッチ切換等の公知の
伝達手段で移動制御される。前記記録ヘッド510に設
けられた発熱部110に信号を付与したり、前述した各
機構の駆動制御を司ったりする印字制御部は、装置本体
側に設けられている(不図示)。Reference numerals 707 and 708 denote home position detecting means for confirming the presence of the lever 709 of the carriage 720 in this area and switching the rotation direction of the drive motor 701. Reference numeral 710 denotes a support member that supports a cap member 711 that caps the entire surface of the recording head 510, and 712 denotes a cap member 711.
A suction unit that suctions the inside recovers the recording head 510 through the cap opening 713. Reference numeral 714 denotes a cleaning blade. Reference numeral 715 denotes a moving member that enables the blade to move in the front-rear direction. These members are supported by a main body support plate 716. Cleaning blade 714
It goes without saying that a well-known cleaning blade can be applied to this embodiment instead of this embodiment. 717 is
The lever for starting suction for suction recovery moves with the movement of the cam 718 engaged with the carriage 720, and the driving force from the drive motor 701 is controlled by a known transmission means such as clutch switching. A print control unit for giving a signal to the heat generating unit 110 provided on the recording head 510 and controlling the driving of each mechanism described above is provided on the apparatus main body side (not shown).
【0075】上述のような構成のインクジェット記録装
置700は、前記記録媒体給送装置によってプラテン7
06上に搬送される記録用紙Pに対し、記録ヘッド51
0が前記記録用紙Pの全幅にわたって往復移動しながら
記録を行うものであり、記録ヘッド510は、前述した
ような方法で製造したものを用いているため、高精度で
高速な記録が可能である。In the ink jet recording apparatus 700 having the above-described configuration, the platen 7 is driven by the recording medium feeding apparatus.
The recording head 51 moves on the recording paper P conveyed on
0 performs recording while reciprocating over the entire width of the recording paper P. Since the recording head 510 is manufactured by the method described above, high-precision and high-speed recording is possible. .
【0076】以上の説明においては、基体をインクジェ
ット方式の記録ヘッドに採用した例ついて説明したが、
本発明により基体は、たとえば、サーマルヘッド用基体
にも応用できるものである。In the above description, an example was described in which the substrate was employed in an ink jet recording head.
The substrate according to the present invention can be applied to, for example, a substrate for a thermal head.
【0077】本発明は、特にインクジェット記録方式の
中でもキヤノン(株)の提唱する、熱エネルギーを利用し
てインクを吐出する方式の記録ヘッド、記録装置におい
て、優れた効果をもたらすものである。The present invention particularly provides an excellent effect in a recording head and a recording apparatus of a type which ejects ink using thermal energy, which is proposed by Canon Inc. among ink jet recording methods.
【0078】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第4,723,129号明細書、同第4,740,796号明
細書に開示されている基本的な原理を用いて行なうもの
が好 ましい。この方式はいわゆるオンデマンド型、コ
ンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特
に、オンデマンド型の場合には、液体(インク)が保持
されているシートや液路に対応して配置されている電気
熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急
速な温度上昇を与える少なくとも一つの駆動信号を印加
することによって、電気熱変換体に熱エネルギーを発生
せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰させて、結果的
にこの駆動信号に一対一対応し液体(インク)内の気泡
を形成出来るので有効である。この気泡の成長、収縮に
より吐出用開口を介して液体(インク)を吐出させて、
少なくとも一つの滴を形成する。この駆動信号をパルス
形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行なわれる
ので、特に応答性に優れた液体(インク)の吐出が達成
でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信号として
は、米国特許第4,463,359号明細書、同第4,345,262号明
細書に記載されているようなものが適している。なお、
上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第4,
313,124号明細書に記載されている条件を採用する と、
さらに優れた記録を行なうことができる。For the representative configuration and principle, it is preferable to use the basic principle disclosed in, for example, US Pat. Nos. 4,723,129 and 4,740,796. This method can be applied to both the so-called on-demand type and the continuous type. In particular, in the case of the on-demand type, it is arranged corresponding to the sheet or liquid path holding the liquid (ink). By applying at least one drive signal corresponding to the recording information and giving a rapid temperature rise exceeding nucleate boiling to the electrothermal transducer, heat energy is generated in the electrothermal transducer, and the recording head This is effective because it is possible to form a bubble in the liquid (ink) by one-to-one correspondence with the drive signal as a result of film boiling on the heat-acting surface. By discharging the liquid (ink) through the discharge opening by the growth and contraction of the bubble,
Form at least one drop. When the drive signal is formed into a pulse shape, the growth and shrinkage of the bubble are performed immediately and appropriately, so that the ejection of liquid (ink) having particularly excellent responsiveness can be achieved, which is more preferable. As the pulse-shaped drive signal, those described in US Pat. Nos. 4,463,359 and 4,345,262 are suitable. In addition,
U.S. Pat.
By adopting the conditions described in the specification of 313,124,
Further excellent recording can be performed.
【0079】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体
の組み合わせ構成(直線状液流路または直角液流路)の
他に熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開
示する米国特許第4,558,333号明細書、米国特許第4,45
9,600号明細書を用いた構成も本発明に含まれるもので
ある。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通する
スリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示する
特開昭59年第123670号公報や熱エネルギーの圧力波を吸
収する開口を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭
59年第138461号公報に基づいた構成としても本発明は有
効である。As the configuration of the recording head, in addition to the combination of a discharge port, a liquid path, and an electrothermal converter (a linear liquid flow path or a right-angled liquid flow path) as disclosed in the above-mentioned respective specifications, U.S. Pat.No. 4,558,333 and U.S. Pat.
The configuration using the specification of Japanese Patent No. 9,600 is also included in the present invention. In addition, JP-A-59-123670 discloses a configuration in which a common slit is used as a discharge portion of an electrothermal converter for a plurality of electrothermal converters, and an opening for absorbing a pressure wave of thermal energy. Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) discloses a configuration corresponding to the discharge section
The present invention is also effective as a configuration based on Japanese Patent Publication No. 138461/59.
【0080】さらに、記録装置が記録できる最大記録媒
体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているよう
な複数記録ヘッドの組み合わせによって、その長さを満
たす構成や一体的に形成された一個の記録ヘッドとして
の構成のいずれでもよいが、本発明は、上述した効果を
一層有効に発揮することができる。Further, as a full-line type recording head having a length corresponding to the width of the maximum recording medium that can be recorded by the recording apparatus, a combination of a plurality of recording heads as disclosed in the above specification is used. Either a configuration that satisfies the length or a configuration as a single recording head that is integrally formed may be used, but the present invention can more effectively exert the above-described effects.
【0081】加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッ
ジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効で
ある。In addition, the print head is replaceable with a print head of a replaceable chip type, which can be electrically connected to the main body of the apparatus or supplied with ink from the main body of the apparatus, or is integrated with the print head itself. The present invention is also effective when a cartridge-type recording head provided in a fixed manner is used.
【0082】また、本発明の記録装置の構成として設け
られる、記録ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助
手段などを付加することは本発明の効果を一層安定化で
きるので好ましいものである。これらを具体的に挙げれ
ば、記録ヘッドに対しての、キャッピング手段、クリー
ニング手段、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体ある
いはこれとは別の加熱素子あるいはこれらの組み合わせ
による予備加熱手段、記録とは別の吐出を行なう予備吐
出モードを行なうことも安定した記録を行なうために有
効である。It is preferable to add recovery means for the printhead, preliminary auxiliary means, and the like provided as components of the printing apparatus of the present invention since the effects of the present invention can be further stabilized. . Specifically, for the recording head, a capping unit, a cleaning unit, a pressurizing or suctioning unit, a preheating unit using an electrothermal transducer or another heating element or a combination thereof, and a recording unit It is also effective to perform a preliminary ejection mode for performing another ejection in order to perform stable printing.
【0083】さらに、記録装置の記録モードとしては黒
色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッ
ドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによってで
もよいが、異なる色の複色カラーまたは、混色によるフ
ルカラーの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極
めて有効である。Further, the recording mode of the recording apparatus is not limited to the recording mode of only the mainstream color such as black, but may be a single recording head or a combination of plural recording heads. The present invention is also very effective for an apparatus provided with at least one of full colors by color mixture.
【0084】以上説明した本発明実施例においては、イ
ンクを液体として説明しているが、室温やそれ以下で固
化するインクであって、室温で軟化もしくは液体あるい
は、上述のインクジェットではインク自体を30℃以上
70℃以下の範囲内で温度調整を行なってインクの粘性
を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的
であるから、使用記録信号付与時にインクが液状をなす
ものであればよい。加えて、積極的に熱エネルギーによ
る昇温をインクの固形状態から液体状態への態変化のエ
ネルギーとして使用せしめることで防止するかまたは、
インクの蒸発防止を目的として放置状態で固化するイン
クを用いるかして、いずれにしても熱エネルギーの記録
信号に応じた付与によってインクが液化してインク液状
として吐出するものや記録媒体に到達する時点ではすで
に固化し始めるものなどのような、熱エネルギーによっ
て初めて液化する性質のインク使用も本発明には適用可
能である。このような場合インクは、特開昭54-56847号
公報あるいは特開昭60-71260号公報に記載されるよう
な、多孔質シート凹部または貫通孔に液状または固形物
として保持された状態で、電気熱変換体に対して対向す
るような形態としてもよい。本発明においては、上述し
た各インクに対して最も有効なものは、上述した膜沸騰
方式を実行するものである。In the embodiments of the present invention described above, the ink is described as a liquid. However, the ink is solidified at room temperature or lower, and is softened or liquid at room temperature. Generally, the temperature is controlled within a range of not less than 70 ° C. and not more than 70 ° C., and the temperature is controlled so that the viscosity of the ink is in a stable ejection range. Good. In addition, positively prevent the temperature rise due to thermal energy by allowing the ink to change its state from the solid state to the liquid state as energy, or
In order to prevent evaporation of the ink, ink that solidifies in a standing state is used, and in any case, the ink is liquefied by application of a heat energy according to the recording signal, and the ink is discharged as a liquid ink or reaches a recording medium. The use of inks that liquefy for the first time with thermal energy, such as those that already begin to solidify at that point, is also applicable to the present invention. In such a case, as described in JP-A-54-56847 or JP-A-60-71260, the ink is held as a liquid or solid in a porous sheet recess or through hole, It is good also as a form which opposes an electrothermal transducer. In the present invention, the most effective one for each of the above-mentioned inks is to execute the above-mentioned film boiling method.
【0085】[0085]
【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、電気
熱変換素子と配線電極の接続端面が傾斜面で接触してい
るため、電気熱変換素子端部の電流集中を大幅に緩和す
ることができた。As described above, according to the present invention, since the connection end surfaces of the electrothermal transducer and the wiring electrode are in contact with each other on the inclined surface, the current concentration at the end of the electrothermal transducer is greatly reduced. I was able to.
【0086】また、下地の配線電極の接続端面が傾きを
もっているため配線電極によって生ずる上部膜の凹凸を
なだらかに形成することができ、優れたステップカバレ
ージを有するため、層間膜及び保護膜の薄膜化が可能と
なった。Further, since the connection end face of the underlying wiring electrode is inclined, the unevenness of the upper film caused by the wiring electrode can be formed gently, and excellent step coverage can be obtained. Became possible.
【0087】よって、薄膜化を行うことにより熱伝導効
率があがり低消費電力且つ周波数応答性の良い記録ヘッ
ドが安価に実現できた。また、電流集中を緩和できたた
めに、インクジェット記録ヘッド用基体およびインクジ
ェット記録ヘッドの寿命が延び且つ均一な特性のものが
得られる様になった。Thus, by making the film thinner, the heat conduction efficiency is increased, and a recording head having low power consumption and excellent frequency response can be realized at low cost. In addition, since the current concentration was reduced, the life of the ink jet recording head substrate and the ink jet recording head was extended, and uniform characteristics were obtained.
【0088】つまり高信頼性、高均一性のインクジェッ
ト記録ヘッド用基体およびインクジェット記録ヘッドが
低コストで得ることができた。That is, a highly reliable and highly uniform substrate for an ink jet recording head and an ink jet recording head could be obtained at low cost.
【0089】また、高速動作も達成できスイッチング特
性が速く、立ち上がり特性が向上し、寄生効果も少ない
ため液体に好適な熱エネルギを付与することができ吐出
特性が向上したインクジェット記録ヘッドおよびインク
ジェット記録装置が提供できた。In addition, an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus which can achieve high-speed operation, have fast switching characteristics, have improved rising characteristics, and have a small parasitic effect, can apply suitable thermal energy to liquid, and have improved ejection characteristics. Could be provided.
【0090】更に、基体温度を低温から高温に変えなが
ら前記配線電極上に絶縁膜を堆積するため、ヒロックの
成長を抑制することができた。Further, since the insulating film is deposited on the wiring electrodes while changing the substrate temperature from a low temperature to a high temperature, the growth of hillocks can be suppressed.
【0091】これらにより、インクジェット記録ヘッド
用基体およびインクジェット記録ヘッドの製造の歩留り
が向上できた。As a result, the production yield of the ink jet recording head substrate and the ink jet recording head could be improved.
【図1】本発明により製造される記録ヘッド用基体を示
す模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a recording head substrate manufactured according to the present invention.
【図2】記録ヘッド用基体の電極の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of an electrode of a recording head substrate.
【図3】記録ヘッド用基体の電極の平面図である。FIG. 3 is a plan view of electrodes of a recording head substrate.
【図4】記録ヘッド用基体の電気熱変換素子部の断面図
である。FIG. 4 is a cross-sectional view of an electrothermal conversion element portion of a recording head substrate.
【図5】記録ヘッド用基体の電気熱変換素子部の平面図
である。FIG. 5 is a plan view of an electrothermal conversion element portion of a printhead base.
【図6】本発明の実施例により製造される基体の発熱抵
抗体中の電流の流れを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a current flow in a heating resistor of a substrate manufactured according to an embodiment of the present invention.
【図7】本発明により製造される記録ヘッドの駆動方法
を説明するための模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a method of driving a recording head manufactured according to the present invention.
【図8】本発明により製造される記録ヘッドの外観を示
す模式的斜視図である。FIG. 8 is a schematic perspective view showing the appearance of a recording head manufactured according to the present invention.
【図9】本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を説
明するための模式的断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the method for manufacturing a recording head according to the present invention.
【図10】本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を
説明するための模式的断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the method for manufacturing a recording head according to the present invention.
【図11】本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を
説明するための模式的断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the method for manufacturing a recording head according to the present invention.
【図12】本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を
説明するための模式的断面図である。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the method for manufacturing a recording head according to the present invention.
【図13】本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を
説明するための模式的断面図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the method for manufacturing a recording head according to the present invention.
【図14】本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を
説明するための模式的断面図である。FIG. 14 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the method for manufacturing a recording head according to the present invention.
【図15】本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を
説明するための模式的断面図である。FIG. 15 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the method for manufacturing a recording head according to the present invention.
【図16】本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を
説明するための模式的断面図である。FIG. 16 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the method for manufacturing a recording head according to the present invention.
【図17】本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を
説明するための模式的断面図である。FIG. 17 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the method for manufacturing a recording head according to the present invention.
【図18】本発明による記録ヘッドの製造方法の他の例
を説明するための模式図である。FIG. 18 is a schematic view for explaining another example of the method for manufacturing a recording head according to the present invention.
【図19】本発明による記録ヘッドの製造方法の他の例
を説明するための模式図である。FIG. 19 is a schematic view for explaining another example of the method of manufacturing a recording head according to the present invention.
【図20】本発明による記録ヘッドの製造方法の他の例
を説明するための模式図である。FIG. 20 is a schematic diagram for explaining another example of the method for manufacturing a recording head according to the present invention.
【図21】本発明による記録ヘッドの製造方法の他の例
を説明するための模式図である。FIG. 21 is a schematic view for explaining another example of the method for manufacturing a recording head according to the present invention.
【図22】炉内温度を連続的に変化させた場合の膜厚の
時間変化を示すグラフである。FIG. 22 is a graph showing a time change of a film thickness when a furnace temperature is continuously changed.
【図23】本発明により製造される記録ヘッドを装着で
きるインクジェット機録装置の一例を示す概観斜視図で
ある。FIG. 23 is a schematic perspective view showing an example of an ink jet recording apparatus to which a recording head manufactured according to the present invention can be attached.
【図24】従来の記録ヘッド用基体の一部分を示す断面
図である。FIG. 24 is a cross-sectional view showing a part of a conventional recording head base.
【図25】(A)は基体の構成を示す摸式図であり、
(B)は(A)に示す基体にヒロックが成長した様子を
示す摸式図である。FIG. 25A is a schematic diagram showing a configuration of a base,
(B) is a schematic diagram showing a state in which hillocks have grown on the substrate shown in (A).
1 P型シリコン基板 2 N型コレクタ埋込領域 3 P型アイソレーション埋込領域 4 N型エピタキシャル領域 5 P型ベース領域 6 P型アイソレーション領域 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型アイソレーション領域 10 高濃度N型エミッタ領域 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 エミッタ電極 14 アイソレーション電極 100 記録ヘッド 101 蓄熱層 102 層間膜 103 発熱抵抗層 104 配線電極 105 保護膜 106 保護膜 107 ボンディングパッド 110 発熱部 500 吐出口 501 液路壁部材 502 天板 503 インク供給口 510 記録ヘッド REFERENCE SIGNS LIST 1 P-type silicon substrate 2 N-type collector buried region 3 P-type isolation buried region 4 N-type epitaxial region 5 P-type base region 6 P-type isolation region 7 N-type collector region 8 High-concentration P-type base region 9 high Concentration P-type isolation region 10 High-concentration N-type emitter region 11 High-concentration N-type collector region 12 Collector / base common electrode 13 Emitter electrode 14 Isolation electrode 100 Recording head 101 Thermal storage layer 102 Interlayer film 103 Heating resistance layer 104 Wiring electrode 105 Protective film 106 Protective film 107 Bonding pad 110 Heat generating part 500 Discharge port 501 Liquid path wall member 502 Top plate 503 Ink supply port 510 Recording head
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 桂 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 松本 繁幸 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−72867(JP,A) 特開 昭61−154047(JP,A) 特開 昭61−181149(JP,A) 特開 平3−29325(JP,A) 特開 平1−165126(JP,A) 特開 平2−258267(JP,A) 特開 昭62−202741(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/05 B41J 2/16 H01L 21/768 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Katsura Fujita 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Shigeyuki Matsumoto 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon (56) References JP-A-57-72867 (JP, A) JP-A-61-154047 (JP, A) JP-A-61-181149 (JP, A) JP-A-3-29325 (JP, A) A) JP-A-1-165126 (JP, A) JP-A-2-258267 (JP, A) JP-A-62-202741 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) ) B41J 2/05 B41J 2/16 H01L 21/768
Claims (6)
ネルギーを発生する複数の電気熱変換素子と、該各電気
熱変換素子をそれぞれ駆動する駆動用機能素子と、該各
駆動用機能素子と前記各電気熱変換素子とをそれぞれ接
続するとともに前記各電気熱変換素子に接続する端部が
テーパー状である複数の配線電極と、該配線電極上に設
けられる絶縁膜とを基板に形成するインクジェット記録
ヘッド用基体の製造方法において、 150〜250℃の基体温度で前記配線電極上に前記絶
縁膜の材料をプラズマCVD法により堆積した後、該堆
積された絶縁膜の材料の上に250〜450℃の基体温
度でさらに前記絶縁膜の材料をプラズマCVD法により
堆積することにより前記絶縁膜を形成する堆積工程を有
し、 前記配線電極の接続端面は、テトラメチルアンモニウム
ハイドロオキサイドを含有する水溶液により、マスク用
フォトレジストをエッチング後退させながら前記配線電
極の材料層をエッチングすることによりテーパー状に形
成されることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用
基体の製造方法。A plurality of electrothermal transducers for generating thermal energy used for ejecting ink; a driving functional element for driving each of the electrothermal transducers; Ink jet recording in which a plurality of wiring electrodes each having a tapered end connected to each electrothermal conversion element and connecting to each electrothermal conversion element, and an insulating film provided on the wiring electrode are formed on a substrate. In a method of manufacturing a head substrate, after the insulating film material is deposited on the wiring electrode by a plasma CVD method at a substrate temperature of 150 to 250 ° C., 250 to 450 ° C. is deposited on the deposited insulating film material. A deposition step of forming the insulating film by further depositing a material of the insulating film by a plasma CVD method at a substrate temperature of; The aqueous solution containing ammonium hydroxide, a manufacturing method of an ink jet recording head substrate, characterized in that it is formed into a tapered shape by etching the material layer of the wiring electrodes while the photoresist mask is etched backward.
に基体温度を連続的に変えて前記配線電極上に前記絶縁
膜の材料を堆積するものである請求項1に記載のインク
ジェット記録ヘッド用基体の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the deposition step is performed at a temperature of 200 ° C. to 350 ° C.
2. The method for manufacturing a substrate for an ink jet recording head according to claim 1, wherein the material of the insulating film is deposited on the wiring electrodes while continuously changing the substrate temperature.
SiN、SiONのいずれかである請求項1または2に
記載のインクジェット記録ヘッド用基体の製造方法。3. The material of the insulating film is SiO 2 , SiO,
3. The method according to claim 1, wherein the substrate is one of SiN and SiON.
ネルギーを発生する複数の電気熱変換素子と、該各電気
熱変換素子をそれぞれ駆動する駆動用機能素子と、該各
駆動用機能素子と前記各電気熱変換素子とをそれぞれ接
続するとともに前記各電気熱変換素子に接続する端部が
テーパー状である複数の配線電極と、該配線電極上に設
けられる絶縁膜とを基板に形成するインクジェット記録
ヘッド用基体作成工程と、インクを吐出する複数の吐出
口を有するインク吐出部を前記記録ヘッド用基体上に作
成するインク吐出部作成工程とを含むインクジェット記
録ヘッドの製造方法において、 前記基体作成工程が、150〜250℃の基体温度で前
記配線電極上に前記絶縁膜の材料をプラズマCVD法に
より堆積した後、該堆積された絶縁膜の材料の上に25
0〜450℃の基体温度でさらに前記絶縁膜の材料をプ
ラズマCVD法により堆積することにより前記絶縁膜を
形成する堆積工程を含み、 前記配線電極の接続端面は、テトラメチルアンモニウム
ハイドロオキサイドを含有する水溶液により、マスク用
フォトレジストをエッチング後退させながら前記配線電
極の材料層をエッチングすることによりテーパー状に形
成されることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの
製造方法。4. A plurality of electrothermal transducers for generating thermal energy used for ejecting ink, a driving functional element for driving each of the electrothermal transducers, and each of the driving functional elements. Ink jet recording in which a plurality of wiring electrodes each having a tapered end connected to each electrothermal conversion element and connecting to each electrothermal conversion element, and an insulating film provided on the wiring electrode are formed on a substrate. A method for manufacturing an ink jet recording head, comprising: a head base forming step; and an ink discharge section forming step of forming an ink discharge section having a plurality of discharge ports for discharging ink on the recording head base. Is obtained by depositing the material of the insulating film on the wiring electrode at a substrate temperature of 150 to 250 ° C. by a plasma CVD method, and then depositing the material of the deposited insulating film. 25 on top of the
A deposition step of forming the insulating film by further depositing a material of the insulating film by a plasma CVD method at a substrate temperature of 0 to 450 ° C., wherein a connection end face of the wiring electrode contains tetramethylammonium hydroxide A method of manufacturing an ink jet recording head, wherein the material layer of the wiring electrode is etched while the photoresist for a mask is etched back with an aqueous solution to form a tapered shape.
に基体温度を連続的に変えて前記配線電極上に前記絶縁
膜の材料を堆積するものである請求項4に記載のインク
ジェット記録ヘッドの製造方法。5. The method according to claim 1, wherein the deposition step is performed at a temperature of 200 ° C. to 350 ° C.
5. The method for manufacturing an ink jet recording head according to claim 4, wherein the material of the insulating film is deposited on the wiring electrode while continuously changing the substrate temperature.
SiN、SiONのいずれかである請求項4または5に
記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。6. The insulating film is made of SiO 2 , SiO,
6. The method for manufacturing an ink jet recording head according to claim 4, wherein the method is one of SiN and SiON.
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