DE19536429A1

DE19536429A1 - Tintenstrahldruckkopf und Verfahren zum Herstellen eines solchen Tintenstrahldruckkopfes

Info

Publication number: DE19536429A1
Application number: DE19536429A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Werner; Thomas Dr Zettler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1997-04-10
Also published as: EP0852539B1; WO1997011849A2; EP0852539A2; JP3065105B2; DE59602566D1; JPH10512205A; WO1997011849A3; US6397467B1; KR19990063906A; US6099106A

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf mit innerhalb eines Substrates parallel zueinander angeordneten und durch Trennwände getrennten Kanälen, welche mit einer Deckelplatte und an einem ihrer Enden jeweils mit einer Austrittsöffnung versehen sind, sowie mit einem einem jeden Kanal zugeordneten thermischen oder piezoelektrischen Element, welches bei Anregung und bei innerhalb des Kanales befindlicher Tintenflüssigkeit ein Ausstoßen eines Tintentröpfchens aus der Austrittsöffnung bewirkt, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Tintenstrahldruckkopfes.

Tintenstrahldruckköpfe werden heute in großem Umfang in Tin tenstrahldruckern eingesetzt. Der Tintenstrahldruckkopf ar beitet meist nach dem bekannten und zum Beispiel in DE 30 12 698 02 beschriebenen Drop-On-Demand-Verfahren, kurz DoD-%Ver fahren genannt. Hierbei wird zum Erzeugen eines Punktes auf einem zu bedruckenden Medium, z. B. Papier, aus einem Kanal des Tintenstrahldruckkopfes ein Tintentröpfchen ausgestoßen, sobald ein dem Kanal zugeordnetes thermisches oder piezoelek trisches Element mit einem hierfür geeigneten Stromimpuls aus einer Ansteuerschaltung angesteuert wird. Die Anregung er folgt z. B. durch einen Stromimpuls von 2 µs bis 10 µs Dauer, wobei eine thermische Energie von etwa 15 bis 50 µ Joule freigesetzt wird. Diese Aufheizung führt zur lokalen Verdamp fung der Tintenflüssigkeit (Blasenbildung), wobei die Flüs sigkeitssäule aus der entsprechenden Kanalaustrittsöffnung gedrängt wird, ohne zunächst anzureißen. Nach Beendigung des Stromimpulses kollabiert die Blase über dem thermischen Ele ment. Als Folge wird ein Teil der Flüssigkeitssäule zurückge zogen, wobei sich ein Tintentropfen außerhalb der Kanalaus trittsöffnungen abschnürt und sich entsprechend dem Impulser haltungssatz weiterbewegt. Dieses Tintentröpfchen erzeugt auf dem Papier einen im Falle von schwarzer Tinte schwarzen Druckpunkt. Die typische Emissionsfrequenz liegt bei etwa 5 kHz.

Zur Erzeugung eines Zeichens, z. B. eines Buchstabens, müssen die thermischen oder piezoelektrischen Elemente der parallel nebeneinander liegenden Kanäle in geeigneter Weise von der Ansteuerschaltung mit Stromimpulsen so versorgt werden, daß die für diesen Buchstaben notwendigen Punkte auf dem Papier durch das Aufprallen entsprechender Tintentröpfchen sichtbar werden.

Aufgrund der sehr kleinen Kanaldurchmesser und engen Rasterabstände zwischen den Kanälen (bzw. Düsen) werden zur Herstellung von Tintenstrahldruckköpfen aus der Halbleitertechnologie bekannte Bearbeitungsverfahren für Feinstrukturen eingesetzt. Beispiele solcher Bearbeitungsverfahren sind in EP 0 359 417 A2, EP 0 434 946 A2 sowie in der Veröffentlichung IEEE Transactions on Electron Devices, Volume 26, 1979, Seite 1918 beschrieben. Im Gegensatz zur Fertigung von integrierten Halbleiterschaltungen, die auf einem einzigen Substrat gebildet werden, sind bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Tintenstrahldruckköpfen stets zwei verschiedene Substrate notwendig. Auf einem Substrat werden Trennwände zwischen Kanälen gebildet und diese mit einer aus einem zweiten Substrat hergestellten Deckelplatte, die separat gefertigt wird, verschlossen.

Bei den bekannten Verfahren können zur thermischen Anregung Heizwiderstände am oder im Kanal angeordnet werden. Die Kanäle werden häufig durch orientierungsabhängiges Ätzen in einem Siliziumsubstrat gebildet. Die Heizwiderstände können durch Bonden an den Kanälen befestigt werden. Als Deckelplatte kann beispielsweise eine Glasplatte verwendet werden, die durch anodisches Bonden auf der Kanalplatte und damit im ersten Substrat aufgebracht wird.

Wie aus EP 0 443 722 A2 bekannt, können die Kanäle des Tintenstrahldruckkopfes auch dadurch gebildet werden, daß auf ein erstes Substrat, das mit Heizwiderständen versehen ist, eine mit Trennwänden versehene Deckelplatte justiert wird. Anstelle der mit Trennwänden versehenen Deckelplatte kann auch eine ebene Deckelplatte auf dem ersten Substrat aufgeklebt werden, wenn in das erste Substrat die erwähnten Kanäle jeweils in Form von Kanalböden und zwei Kanalseitenwandungen bereits eingearbeitet sind. Die aufgeklebte Deckelplatte bildet dann bei diesen Kanälen die Kanaldecke.

Problematisch bei diesen bekannten Verfahren zum Herstellen integrierbarer Tintenstrahldruckköpfe ist die zwingende Verwendung von zwei miteinander zu verbindenden Substraten. Dies erfordert eine komplizierte Justage, wobei die feinen Kanäle bei der Verklebung der beiden Substrate vor Verunreinigungen geschützt werden müssen, was zusätzlichen Aufwand bedeutet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tintenstrahldruckkopf und ein Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahldruckkopfes anzugeben, bei dem eine komplizierte Justage und ein Verkleben oder Bonden von zwei separat hergestellten Substraten nicht notwendig ist.

Diese Aufgabe wird für einen Tintenstrahldruckkopf der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Deckelplatte aus mindestens zwei Schichten besteht, daß unmittelbar auf dem Kanal eine mit einer Vielzahl von über den Kanal liegenden Öffnungen versehene erste Schicht angeordnet ist, und daß auf der dem Kanal abgewandten Oberfläche der ersten Schicht eine zweite Schicht angeordnet ist, die die Öffnungen abdeckt.

Weiterbildungen des Tintenstrahldruckkopfes sind in den Unteransprüchen 2 bis 14 angegeben.

Ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Tintenstrahldruckkopfes weist folgende Verfahrensschritte auf:

- Bereitstellen eines die Höhe der Kanalseitenwände bestimmenden Substrates, welchem thermische oder piezoelektrische Elemente im Bereich der späteren Kanäle zugeordnet sind;
- Abscheidung einer ersten Schicht auf diesem Substrat;
- Strukturierung dieser ersten Schicht mit einer Vielzahl von Öffnungen oberhalb der späteren Kanäle;
- isotrope Ätzung des Substrates durch die Öffnungen in der ersten Schicht solange, bis die Kanäle freigelegt sind;
- Abscheidung einer zweiten Schicht auf die erste Schicht solange bis die Öffnungen verschlossen sind;
- Bildung von Austrittsöffnungen an jeweils einem Ende der Kanäle.

Weiterbildungen dieses Herstellungsverfahrens sind in den Ansprüchen 16 bis 24 angegeben.

Der Tintenstrahldruckkopf nach der Erfindung und dessen Herstellverfahren wird nachfolgend im Zusammenhang mit Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Ausführungsbeispielen wird der Tintenstrahldruckkopf und dessen Herstellverfahren anhand eines Druckkopfes mit thermischer Anregung beschrieben. Es ist jedoch genauso gut möglich, einen Druckkopf mit piezoelektrischer Anregung herzustellen. Die Erfindung bezieht sich daher auch auf solche Druckköpfe mit piezoelektrischer Anregung. Es zeigen:

Fig. 1 Eine ausschnittsweise Schnittdarstellung durch einen Tintenstrahlkopf im Bereich des thermische Elementes eines Kanales in Längserstreckung des Kanales,

Fig. 2 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung durch den Tintenstrahlkopf von Fig. 1 im Bereich des thermischen Elementes, jedoch orthogonal zur Längserstreckung des Kanales,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Oberseite des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Tintenstrahldruckkopfes, bei welchem die zweite Schicht der Deckelplatte noch nicht aufgebracht ist,

Fig. 4 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1, jedoch mit innerhalb des Kanalraumes angeordneten thermischen Element,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung des Tintenstrahldruckkopfes von Fig. 4 entlang der dortigen Schnittlinie E-F,

Fig. 6 die ausschnittsweise Darstellung von zwei Kanalenden eines Tintenstrahldruckkopfes mit orthogonal zur Längserstreckung der Kanäle angeordneten Austrittsöffnungen,

Fig. 7 eine ausschnittsweise schematische Darstellung des Tintenstrahldruckkopfes mit integriertem Transistor auf Siliziumsubstrat.

In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.

Der Aufbau eines möglichen Ausführungsbeispieles eines Tin tenstrahldruckkopfes nach der Erfindung wird aus einer Zusammenschau der Fig. 1, 2 und 3 deutlich. Der Tintenstrahldruckkopf ist in Fig. 3 in Draufsicht schematisch ausschnittsweise dargestellt, wobei die im einzelnen noch zu erläuternde zweite Schicht 7 einer Deckelplatte der Deutlichkeit halber abgenommen ist. Der Tintenstrahldruckkopf verfügt über eine Vielzahl von parallel nebeneinander liegenden Kanälen K1, K2, K3, K4, die beispielsweise eine Breite von 50 µm aufweisen können. Zwischen den einzelnen Kanälen K1, K2 bzw. K2, K3 oder K3, K4 sind Trennwände 10 mit einer Breite von beispielsweise 30 µm angeordnet. Die Kanäle K1, K2, K3 und K4 sind an ihren in Fig. 3 oben gezeichneten Enden noch verschlossen. Die Kanäle K1, K2, K3 und K4 können insgesamt beispielsweise eine hänge von 1 cm aufweisen und enden an ihrer Unterseite in einem Reservoir R, das zur Aufnahme von Tintenflüssigkeit vorgesehen ist. Dieses Reservoir R kann mit Stützstellen S versehen sein, welche die Boden- und Deckenwand des Reservoirs R zur Erhöhung der Stabilität miteinander verbinden. Zusätzlich kann in das Reservoir R ein Zuführkanal Z münden, über welchen die Tintenflüssigkeit von einem Vorratsbehälter zugeführt wird.

Jeder der Kanäle K1, K2, K3 und K4 weist einen Bereich mit einem zugeordneten thermischen Element 2 auf, um nach dem an sich bekannten DCD-Verfahren bei Anregung durch einen geeigneten Stromimpuls ein Tintentröpfchen aus dem vorderen Ende des jeweiligen Kanales K1, K2, K3 und K4 auszustoßen. Hierfür ist in einem Herstellschritt der in Fig. 3 dargestellte Tintenstrahldruckkopf an der Schnittlinie S1 aufzutrennen. Die kann z. B. bei der Vereinzelung der integriert herstellbaren Tintenstrahlköpfe durch Sägen oder Ansägen, Anätzen oder Brechen entlang der Schnittlinie S1 erfolgen.

Der Tintenstrahldruckkopf ist in den Fig. 1 und 2 entlang der in Fig. 3 dargestellten Schnittlinie A-B und C-D im Bereich des thermischen Elementes 2 vergrößert dargestellt.

Das thermische Element 2 ist beispielsweise ein auf einer oberen Hauptfläche eines Substrates 1 angeordnet er Balken aus Polysilizium. Der Balken erstreckt sich orthogonal zur Längsrichtung des Kanales K, hat etwa eine Breite von 1,5 bis 2 µm und eine Länge, die etwas kürzer als die Breite eines Kanales K ist. Die thermischen Elemente 2 der einzelnen Kanäle K1, K2, K3, K4 sind, wie in Fig. 3 dargestellt, vorzugsweise nebeneinander angeordnet, um die aus den jeweiligen Kanälen K1, K2, K3, K4 heraustretenden Tintentröpfchen bei Anregung des jeweiligen thermischen Elementes 2 mit jeweils gleicher Energie und damit mit gleicher Geschwindigkeit aus den Austrittsöffnungen, die in Fig. 3 mit den Bezugszeichen 15 bezeichnet sind, heraustreten zu lassen.

Das thermische Element 2 dient als Heizwiderstandszone. Das Substrat 1 kann z. B. eine vollständige integrierte Ansteuerschaltung auf einem Siliziumsubstrat enthalten. Unterhalb des thermischen Elementes 2 ist vorzugsweise eine ausreichend dicke wärmespeichernde Schicht anzuordnen, welche verhindert, daß der Hauptteil der im thermischen Element 2 erzeugten thermischen Energie bei Anlegung eines Stromimpulses im Substrat 1 abfließt und die Flüssigkeit ("Tinte") im Kanal K nicht ereicht wird. Die wärmespeichernde Schicht ist z. B. SiO₂ mit einer Dicke größer gleich etwa 1,0 µm. Bei der Integration mit einer elektronischen Ansteuerschaltung auf einem Siliziumsubstrat kann hierfür z. B. ein Feldoxid, vorzugsweise mit einer Zusatzschicht aus Plasmaoxid oder TEOS, verwendet werden.

Auf dem Substrat 1 ist eine Schutzschicht 3, die z. B. aus 300 nm Plasmaoxid und 600 nm Plasmanitrid bestehen kann, angeordnet. Diese Schutzschicht 3 kann die obere Hauptfläche des Substrates 1 vollständig überdecken und dient zum Schutz des thermischen Elementes 2 vor Erosion durch die implodierenden Blasen in der Tintenflüssigkeit. Des weiteren kann diese Schutzschicht 3 auch zum Schutz einer innerhalb des Substrates 1 integrierten Ansteuerschaltung vor mobilen Ionen, die möglicherweise in der Tintenflüssigkeit enthalten sein können, dienen.

Vorzugsweise ist im Bereich des thermischen Elementes 2 eine weitere Schutzschicht 4 vorgesehen, die vor Erosion schützt. Diese Schutzschicht 4 erstreckt sich, wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, vollständig über die Außenkontur des thermischen Elementes 2 und zusätzlich über die Breite des Kanales K hinaus. Diese weitere Schutzschicht 4 kann z. B. aus gesputterten Tantal (Ta) bestehen, welches durch Fotolithographie und eine CF₄/O₂-Plasmatrockenätzung strukturiert wird.

Über das so an der Hauptfläche vorbereitete Substrat 1 ist ein weiteres Substrat 5 mit einer Dicke von vorzugsweise 5 bis 50 µm angeordnet. Dieses Substrat 5 bestimmt die Tiefe der Kanäle K und damit die Höhe der Seitenwände des Kanales K. Das Substrat 5 kann z. B. aus Plasmaoxid (SiO₂), sogenannten Spin-On-Gläsern (SOG), Polysiloksane oder Polyimid bestehen.

Auf das Substrat 5, welches zunächst unstrukturiert ist, wird eine erste Schicht 6, die mit einer Vielzahl von Öffnungen O versehen ist, durch Abscheidung aufgebracht. Diese Schicht 6 kann z. B. aus Plasmanitrid oder Polysilizium bestehen und eine Dicke von etwa 1 bis 3 µm aufweisen. Die Öffnungen O, die durch Fotolithographie und anschließendem Trockenätzen gebildet werden können, sind so in der Schicht 6 angeordnet, daß in einem nachfolgenden isotropen Ätzvorgang die für die Kanäle K1, K2, K3, K4 und das Reservoir R notwendigen Hohlräume im Substrat 5 gebildet werden. Die Öffnungen O weisen beispielsweise einen Durchmesser von 1 µm auf und sind zueinander im Bereich der Kanäle K1, K2, K3 und K4 einreihig untereinander und liegen im Bereich des Reservoirs, bis auf die erwähnten Stützstellen S, in einer Vielzahl nebeneinander und untereinander.

Des weiteren kann in der Schicht 6 ein Fenster für den Zuführungskanal Z aus Fig. 3 herausgeätzt werden.

Die Kanäle K1, K2, K3 und K4 sowie das Reservoir R (vgl. Fig. 3) werden durch eine isotrope Ätzung, die ausreichend selektiv zu den erwähnten Schichten 3, 4 und 6 sein muß, geätzt. Für den Fall, daß das Substrat 5 aus Plasmaoxid oder SOG und die Schicht 6 aus Polysilizium oder Siliziumnitrid besteht, kann die isotrope Ätzung trocken mit einem fluorhaltigen Plasma, in HF-Dampf oder naß mit BHF (buffered HF) erfolgen. Für den Fall, daß das Substrat 5 aus Poliamid oder einem anderen organischen Material besteht, kann die isotropische Ätzung durch ein O₂-Plasma erfolgen.

Nachdem die gewünschte Strukturierung der Kanäle K1, K2, K3, K4 usw. und des Reservoirs und damit auch die Unterätzung der Schicht 6 (vgl. Fig. 2) erreicht ist, wird auf die Schicht 6 eine zweite Schicht 7 aufgebracht, z. B. wieder durch Abscheidung. Diese Schicht 7 sollte vorzugsweise ausreichend nichtkonform sein. Dadurch wird ein vollständiger Verschluß der Öffnungen O erleichtert. Die Abscheidung der Schicht 7 erfolgt so lange, bis die Öffnungen O verschlossen sind (z. B. Plasma-Si₃N₄-Abscheidung) oder wird vorher beendet (z. B. CVD-Abscheidung von Bor-Phosphor-Silikat-Glas BPSG). Der Verschluß mit BPSG wird vorzugsweise durch einen nachfolgenden Verfließprozeß bei hohen Temperaturen vollendet.

Durch das beschriebene Verfahren können geschlossene Kanäle K und Reservoirs R unter Verwendung von nur einem einzigen Substrat erzeugt werden, wobei ein mechanischer Montageprozeß von zwei Komponenten wie im Stand der Technik nicht mehr notwendig ist.

Falls erforderlich, kann zur weiteren Stabilisierung bzw. als Schutz auf die Schicht 7 eine weitere Schicht bzw. weitere Schichten aufgebracht werden. Zur Massenproduktion können selbstverständlich eine Vielzahl der in Fig. 3 dargestellten Strukturen gleichzeitig auf einem gemeinsamen Substrat hergestellt und anschließend vereinzelt werden.

Anstelle der in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsformen eines Tintenstrahldruckkopfes nach der Erfindung, bei welchem die thermischen Elemente 2 im Bereich des Kanalbodens der Kanäle K angeordnet sind, ist es auch möglich, wie die Fig. 4 und 5 zeigen, das thermische Element 2 innerhalb des Kanales K anzuordnen.

Hierfür wird, wie aus Fig. 4 ersichtlich, innerhalb des Substrates 5 eine Widerstandsschicht angeordnet, die anschließend durch Fotolithographie und Ätzung strukturiert wird. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 4 ist die Widerstandsschicht des thermischen Elementes 2 auf etwa halber Höhe des Substrates 5 angeordnet. Hierfür wird auf eine in Fig. 4 nicht dargestellte Grundplatte zunächst das Substrat 5 zum Erreichen seiner gewünschten halben Dicke abgeschieden. Anschließend wird die Widerstandsschicht auf das Substrat 5 abgeschieden und strukturiert, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Das thermische Element 2 wird hierbei so gestaltet, daß innerhalb des Kanales K ein dünner Balken 2 _a hängt, der randseitig über breitere Stege innerhalb des Substrates 5 eingehängt ist. Das thermische Element 2 liegt somit nicht am Substrat 1 an, sondern ist innerhalb des Kanales K aufgehängt, so daß die vom thermischen Element 2 erzeugte Energie vorteilhafterweise ausschließlich an die Tintenflüssigkeit innerhalb des Kanales K abgegeben werden kann. Dies setzt, wie erwähnt, voraus, daß das Substrat 5 in zwei Schritten abgeschieden wird. Beim isotropen Ätzen des Substrates 5 wird das thermische Element 2 selbsttätig freigelegt. Die in Fig. 5, die eine Draufsicht von oben entlang der Schnittlinie E-F in Fig. 4 zeigt, links und rechts des Balkens 2a befindlichen breiteren Stege dienen als Widerstandsanschlüsse und können entweder von oben oder unten kontaktiert werden. Da im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 das thermische Element 2 der Tintenflüssigkeit ausgesetzt ist, empfiehlt es sich, das thermische Element 2 aus erosionsfestem Material, z. B. Tantal, herzustellen. Nach dem Abscheiden und Strukturieren der das thermische Element 2 bildenden Widerstandsschicht, wird der zweite Teil des Substrats 5 abgeschieden.

Im Zusammenhang mit Fig. 3 wurde erläutert, daß die oberen Enden der Kanäle K1, K2, K3 und K4 mit Austrittsöffnungen 15 versehen sind, welche auf den Stirnseiten der jeweiligen Kanäle K1, K2, K3 und K4 angeordnet sind. Die im Ausführungsbeispiel von Fig. 6 ausschnittsweise dargestellten Kanäle K1, K2 eines Tintenstrahldruckkopfes weisen an ihren Kanalenden ebenfalls Austrittsöffnungen 15 auf. Diese Austrittsöffnungen 15 sind jedoch an der oberen Kanalwandung durch kreisrunde Öffnungen gebildet. Die Austrittsöffnungen 15 befinden sich in der Schicht 6, die über dem Substrat 5 angeordnet wird. Damit die Austrittsöffnungen 15 bei dem erwähnten nachfolgenden Abscheiden der Schicht 7 nicht verschlossen werden, sind die Durchmesser der Austrittsöffnungen 15 so groß gewählt, daß zwar die Öffnungen O bei dem isotropen Ätzvorgang sicher verschlossen, die Aus trittsöffnungen 15 selbst jedoch sicher nicht verschlossen werden. Die Austrittsöffnungen 15 liegen im Ausführungsbeispiel von Fig. 6 parallel zur Substratoberfläche. Die Austrittsöffnungen 15 sind vorzugsweise größer als 1,0 µm. Zweckmäßigerweise wird der Durchmesser zwischen 5 und 50 µm gewählt. Der wesentliche Vorteil dieser Austrittsöffnungen 15 ist in ihrer kreisrunden Gestalt zu sehen, die das Heraustreten eines kreisrunden Tröpfchens erlaubt, wodurch ein Punkt auf dem Papier mit exakt kreisförmiger Außenkontur gebildet werden kann. Vorteilhaft ist an diesem Ausführungsbeispiel weiter, daß die Austrittsöffnungen 15 nicht nur in einer Reihe, sondern flächig in einer Matrix angeordnet werden können. Des weiteren ist kein Sägen oder Brechen wie im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 notwendig, wodurch eine Verunreinigung der Austrittsöffnung 15 vermieden werden kann.

In Fig. 7 ist ausschnittsweise der Tintenstrahldruckkopf im Bereich eines aus Polysilizium bestehenden thermischen Elementes 2 mit einem integrierten Transistor auf Siliziumsubstrat dargestellt. Die bereits bekannten Bezugszeichen stehen für die bekannten Teile. Der besseren Übersichtlichkeit ist auf die Darstellung des Kanales K und der Schichten 6 und 7 verzichtet worden. Das thermische Element 2 aus niedrig dotiertem Polysilizium ist randseitig von hochdotiertem Polysilizium kontaktiert. Die hochdotierten Polysiliziumabschnitte sind mit dem Bezugszeichen 31 markiert. Die beiden hochdotierten Polysiliziumabschnitte 31 sind von als Zuleitungen wirkenden Metallbahnen 30 kontraktiert. Unterhalb des thermischen Elementes 2 sind zwei wärmespeichernde Schichten 20, 21 angeordnet. Unmittelbar unterhalb des thermischen Elementes 2 befindet sich die Schicht 20, die beispielsweise aus TEOS-SiO₂ besteht. Unterhalb dieser Schicht 20 befindet sich eine weitere wärmespeichernde Schicht 21, die z. B. aus FOX-SiO₂ besteht.

Die Metallbahn 30, die an den rechten hochdotierten Polysiliziumabschnitt 31 anschließt, kontaktiert mit ihrem anderen Ende eine n⁺-dotierte Schicht, die beispielsweise den Sourceanschluß eines MOS-Transistors bildet. Die Metallbahn 30 kann aus Aluminium oder Wismut bestehen. Die aus Fig. 1 bereits bekannte Schutzschicht 3 besteht aus Plasma-SiO₂ und einer Schicht aus Plasma-Si₃N₄, die sich über die Metallbahn 30 in dem Bereich des MOS-Transistors erstreckt.

Bezugszeichenliste

1 Substrat
2 Thermisches Element
2a Balken
3 Schutzschicht
4 Schutzschicht
5 Substrat
6 Schicht
7 Schicht
10 Trennwand
15 Austrittsöffnung
20 Schicht
21 Schicht
30 Metallbahn
31 Abschnitt
A-B Schnitt
C-D Schnitt
E-F Schnitt
S1 Schnitt
S2 Schnitt
O Öffnung
K, K1, K2, K3, K4 Kanäle
S Stützstelle
Z Zuführungskanal

Claims

1. Tintenstrahldruckkopf mit innerhalb eines Substrates (5) parallel zueinander angeordneten und durch Trennwände (10) getrennten Kanälen (K; K1; K2 . . . ), welche mit einer Deckelplatte (6, 7) und an einem ihrer Enden jeweils mit einer Austrittsöffnung (15) versehen sind, sowie mit einem einem jeden Kanal (K; K1, K2 . . . ) zugeordneten thermischen oder piezoelektrischen Element (2), welches bei Anregung und bei innerhalb des Kanales (K; K1, K2 . . . ) befindlicher Tintenflüssigkeit ein Ausstoßen eines Tintentröpfchens aus der Austrittsöffnung (15) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckelplatte (6, 7) aus mindestens zwei Schichten (6, 7) besteht, daß unmittelbar auf dem Kanal (K; K1, K2 . . . ) eine mit einer Vielzahl von über dem Kanal (K; K1, K2 . . . ) liegenden Öffnungen (O) versehene erste Schicht (6) angeordnet ist, und daß auf der dem Kanal (K; K1, K2 . . . ) abgewandten Oberfläche der ersten Schicht (6) eine zweite Schicht (7) angeordnet ist, die die Öffnungen (O) abdeckt.

2. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Substrates (5) eine elektronische Ansteuerschaltung (A) integriert ist.

3. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das thermische Element (2) am Boden des Kanales (K; K1, K2 . . . ) als Heizwiderstand, der durch eine Polysiliziumschicht gebildet ist, angeordnet ist.

4. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kanalboden und der Polysiliziumschicht mindestens eine Schutzschicht (3, 4) angeordnet ist.

5. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das thermische oder piezoelektrische Element (2) innerhalb des Kanales (K; K1, K2 . . . ) angeordnet und randseitig an den Kanalseitenwänden aufgehängt ist, und daß das thermische oder piezoelektrische Element (2) aus erosionsfestem Material gebildet ist.

6. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Kanalboden gegenüberliegenden Oberfläche des chemischen Elementes (2) eine wärmespeichernde Schicht (20, 21), vorzugsweise eine Schicht aus Siliziumoxid (SiO₂) angeordnet ist.

7. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmespeichernde Schicht (20, 21) eine Dicke < etwa 1,0 µm aufweist.

8. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 3, 4, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kanalboden und dem thermischen Element (2) mindestens eine Schutzschicht (3, 4) angeordnet ist.

9. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (3) aus Plasmaoxid mit einer Dicke von vorzugsweise 300 nm und Plasmanitrid mit einer Dicke von vorzugsweise 600 nm besteht.

10. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß über der ersten Schutzschicht (3) eine weitere Schutzschicht (4), die vorzugsweise aus gesputterten Ta besteht, angeordnet ist.

11. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal Kanalseitenwände mit einer Höhe von etwa 5 µm bis 50 µm aufweist.

12. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalseitenwände aus Plasmaoxid, Polysiloksanen oder Polyimid gebildet ist.

13. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Öffnungen (O) versehene erste Schicht (6) der Deckelplatte eine strukturierte Plasmanitrid oder Polysiliziumschicht ist.

14. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (7) aus Borphosphorsilikatglas oder Si₃N₄ besteht.

15. Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahldruckkopfes nach einem der Ansprüche 1 bis 14 mit folgenden Verfahrensschritten:

- Bereitstellen eines die Höhe der Kanalseitenwände bestimmenden Substrates (5), welchem thermische oder piezoelektrische Elemente (2) im Bereich der späteren Kanäle (K; K1, K2 . . . ) zugeordnet sind;
- Abscheidung einer ersten Schicht (6) auf diesem Substrat (5);
- Strukturierung dieser ersten Schicht (6) mit einer Vielzahl von Öffnungen (O) oberhalb der späteren Kanäle (K; K1, K2 . . . );
- isotrope Ätzung des Substrates (5) durch die Öffnungen (O) in der ersten Schicht (6) solange, bis die Kanäle (K; K1, K2 . . . ) freigelegt sind;
- Abscheidung einer zweiten Schicht (7) auf die erste Schicht (6) solange, bis die Öffnungen (O) verschlossen sind;
- Bildung von Austrittsöffnungen (15) an jeweils einem Ende der Kanäle (K; K1, K2 . . . ).

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (5) als Plasmaoxid, Polysiloksane oder Polyimid mit einer Dicke von etwa 5 µm bis 50 µm auf eine Grundplatte abgeschieden wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturierung der ersten Schicht (6) durch Fotolithographie mit anschließendem Trockenätzen erfolgt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (5) aus Plasmaoxid oder Polysiloksane und die erste Schicht (6) aus Polysilizium oder Siliziumnitrid besteht und die Strukturierung der ersten Schicht (6) durch Fotolithographie mit anschließendem isotropen Ätzen trocken mit einem fluorhaltigen Plasma in HF- Dampf oder naß mit BHF erfolgt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (5) aus Polyimid oder einem anderen organischen Material besteht und die Strukturierung der ersten Schicht (6) durch Fotolithographie mit anschließendem isotropen Ätzen durch ein O₂-Plasma erfolgt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Schicht eine Abscheidung mit Plasma-Si₃N₄ oder eine CVD-Abscheidung von Borphosphorsilikatglas erfolgt.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Abscheidung der zweiten Schicht (7) auf die erste Schicht (6) ein Verfließprozeß bei hohen Temperaturen durchgeführt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (5) in einem ersten Schritt etwa bis zur Hälfte der gewünschten Dicke des Substrates (5) abgeschieden wird, daß in einem nachfolgenden Schritt eine Widerstandsschicht aufgebracht und diese Widerstandsschicht strukturiert wird, und daß in einem weiteren Schritt die zweite Hälfte des Substrates auf die Widerstandsschicht abgeschieden wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht eine erosionsfeste Schicht ist.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Schicht (6) an jeweils einem Ende der Kanäle eine so große Öffnung (A) angeordnet wird, daß diese beim darauffolgenden Abscheidevorgang der zweiten Schicht (7) nicht verschlossen wird und diese Öffnungen (A) als Austrittsöffnungen (15) dienen.