DE2534853A1 - Thermo-drucker mit integrierten halbleiter-heizelementen - Google Patents

Thermo-drucker mit integrierten halbleiter-heizelementen

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DE2534853A1
DE2534853A1 DE19752534853 DE2534853A DE2534853A1 DE 2534853 A1 DE2534853 A1 DE 2534853A1 DE 19752534853 DE19752534853 DE 19752534853 DE 2534853 A DE2534853 A DE 2534853A DE 2534853 A1 DE2534853 A1 DE 2534853A1
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silicon
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polycrystalline silicon
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Leo L Wu
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    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
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    • B41J2/32Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material using thermal heads
    • B41J2/335Structure of thermal heads
    • B41J2/34Structure of thermal heads comprising semiconductors
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    • Y10S438/969Simultaneous formation of monocrystalline and polycrystalline regions

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Description

Amtliches Aktenzeichen:
Neuanmeldung
Aktenzeichen der Anmelderin: FI 973 104
Thermo-Drucker mit integrierten Halbleiter-Heizelementen
Die Erfindung betrifft einen Thermodrucker mit einzelnen integrierten Halbleiter-Heizelementenf bei deren Aktivierung auf einen thermisch sensitiven über die Halbleiter-Heizelementenoberfläche geführten Aufzeichnungsträger Information übertragbar ist sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Thermo-Drucker-Struktur.
Schreibköpfe mit integrierten Feldern von Heizelementen in der Form von Mesas haben Vorteile gegenüber anderen Typen von Druckelementen. Jedes Heizelement des Feldes umfaßt eine monokristallinen Halbleiterkörper. Wenn das Heizelement aktiviert wird, wird an der oberen Oberfläche des Mesas ein heißer Punkt gebildet. Wenn ein entsprechend thermisch sensitiver Aufzeichnungsträger diesen hießen Punkt passiert, wird ein Punkt auf diesem Aufzeichnungsträger erzeugt. Eine Gruppe von selektiv zu erregenden Heizelementen bildet eine Gruppe von Punkten auf dem thermisch sensitiven Material, welche ein Zeichen oder ähnliches darstellen kann.
Die geometrische Konfiguration der Mesas variiert. Eine übliche' Form ist die eines rechteckigen Prismas. Halbleiter-Mesas dieser Art haben einen Oberflächenbereich, welcher kleiner ist als
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die untere Oberfläche an der Basis. Durch diese Form wird Raum \ verschwendet und die gewünschte Auflösung erniedrigt.
Zusätzlich wurde versucht, neben den Heizelementen auch Schaltkreise auf dem Halbleitersubstrat zu integrieren. Eine dieser Techniken ist im US-Patent 3 813 513 beschrieben. Danach hat ι ein Heizelement die nötigen Treiber- und Zeichenerkennungsschaltkreise in dem gleichen Halbleitersubstrat.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Thermo-Druckanordnung mit integrierten Halbleiter-Heizelementen sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben.
Die Thermo-Druckanordnung soll dabei verringerte Abmessungen und ein besseres Auflösungsvermögen aufweisen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Heizelemente elektrisch und thermisch voneinander isoliert sind, und die Gesamtheit ihrer Druckflächen größer ist als die Gesamtheit der Flächen der sie umgebenden Bereiche des Druckkörpers
Vorteilhafte Weiterbildungen des Thenno-Druckers liegen erfindungsgemäß darin, daß
a) die Heizelemente durch Epoxyd voneinander isoliert sind,
b) die Heizelemente die Form eines Pyramidenstumpfes haben, wobei die größere Grundfläche des Pyramidenstumpfes die Druckfläche bildet. Dabei können die Druckflächen der Heizelemente in einer Ebene liegen.
c) das Halbleitersubstrat gleichzeitig die Schaltkreise für die selektive Aktivierung der Heizelemente enthält und daß die Schaltkreise und Heizelemente in jeweils einer anderen Halbleiterschicht liegen. - Danach kann jedem Heizelement ein als Konstantstromquelle wirkender Schalttransistor T2 zugeordnet sein, in dessen Kollektorkreis das Heizelement und in dessen Emitterkreis ein zusätzlicher außerhalb des Heizelementes angeordneter Widerstand liegt.
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Das Verfahren zur Herstellung der Thermo-Drucker-Struktur ist in vorteilhafter Weise erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
a) Oxydierung eines Siliziumhalbleitersubstrates mit einer kristallographischen Orientierung von "100" (Miller-Index) mit
p-Dotierung,
b)
1. Maskierung dieses Substrates für eine Rinnenbildung in "012"-kristallographischer Ausrichtung (wobei die Rinnen trapezförmigen Querschnitt aufweisen) und
2. Entfernung der oxydierten Siliziumschicht über den künftigen Rinnen durch einen Ätzprozeß und
3. Rinnenbildung durch einen Ätzprozeß in Anwendung auf das freigelegte Silizium nach Entfernung des oxydierten Siliziums .
c) Oxydation der Rinnenoberfläche,
d) Bedampfung der rinnenförmig strukturierten Oberfläche mit polykristallinem Silizium,
e) mechanisches Glätten der strukturierten Oberfläche zur Entfernung des polykristallinen Siliziums und der oberen horizontal ausgerichteten Oxydationsschichtteile des Rinnenwalles bis auf die mit polykristallinem Silizium gefüllten - an den Seiten und Grundflächen oxydierten - Rinnen zur Erreichung einer durch chemisch-mechanisches Polieren zu erzeugenden glatten Oberfläche,
f) weitere Schichtbildungen auf der glatten Oberfläche nach e) und Diffusionen zur Bildung der Schaltkreise,
g) Abtragen des Substrates auf der entgegengesetzten Seite der im Verfahrensschritt 1) hergestellten polierten Fläche, bis die Bereiche der mit polykristallinem Silizium gefüllten Rinnen freigelegt sind unter Beseitung der unteren Rinnenoxyds chi cht,
h) Auftragen von Siliziumdioxyd auf die im Schritt g) hergestellte Oberfläche, wobei Fenster über den Bereichen polykristallinen Siliziums freigelassen werden und
i) Herausätzen des polykristallinen Siliziums aus den Rinnenbereichen .
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Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens liegen erfindungsgemäß darin, daß
1. der Bereich zwischen den Rinnen mit Epoxydharz zur thermischen Isolation ausgefällt wird;
2. als Ätzmittel für den Schritt b3 nach Anspruch 7 Äthylendiamin plus Pyrocatechol (=Brenzcatechin) plus Wasser verwendet wird;
3. für das chemisch-mechanische Polieren des Schrittes e) nach Anspruch 7 eine Lösung aus Kupfer, Salpetersäure, Ammoniumfluorid und Wasser verwendet wird;
4. bei Verwendung eines Silizium-Halbleitersubstrates mit einer kristallographischen Orientierung von "111" (Miller-Index) die Verfahrensschritte a, c und d entfallen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt ynd wird iitu folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht von einem integrierten Halbleiter-Heizelementenfeld und der Treibermatrix;
Fig. IA eine Querschnittsdarstellung gemäß der Schnittlinie IA in Fig. 1;
Fign. 2 u. 3 eine Gegenüberstellung eines herkömmlichen Heizelementes mit Schalter und eines neuen Heizelementes mit Schalter;
Fig. 4 ein schematisches Leistungs-Diagramm zum Vergleich der neuen Heizelementenversion zu . einem herkömmlichen Heizelement;
Fign. 5 u. 6 schematische Darstellungen für eine vorzugsweise kristallographische Orientierung der Halbleiterheizelemente;
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Fign. 7A bis 7F eine schematische Darstellung des Herstellungsverfahrens für das Heizelementenfeld mit den verbundenen Schaltkreisen.
Jedes Mesa 6 ist von den benachbarten Mesas durch Isolationsmaterial 8 getrennt, welches vorzugsweise Epoxyd ist. Ebenso können aber auch andere Isolationsmaterialien verwendet werden. Außerdem können die Mesas luftisoliert sein. Der Bereich 3 auf dem Substrat 14 enthält Schaltkreiseleraente, Heizschalttransistoren zur Schaltung der einzelnen Heizelemente.
Die Steuer- und Treiberschaltkreise ebenso wie die Speicherschaltkreise, welche ein komplettes Druckgerät ausmachen, sind nicht gezeigt. Diese sind in der zuvor erwähnten US-Patentschrift 3 813 513 beschrieben und sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung. Die Unterschiede der vorliegenden Erfindung zu diesem Patent und dem anderen Stand der Technik liegen in: der Form der Heizelemente,
dem Herstellungsverfahren
und in der Plazierung der Heizschaltkreistransistoren und eines zusätzlichen Widerstandes außerhalb des Heizelementes.
Wie in Fig. IA gezeigt, ist das Halbleitersubstrat 10 über und mit einem Keramiksubstrat 14 durch leitende Anschlüsse 15 verbunden. Die Anschlüsse dienen der elektrischen Zwischenverbindung zwischen den Schaltkreisen im Substrat 10 und den leitenden Bereichen auf der Keramik 14 (nicht gezeigt) für die Verbindung zwischen den verschiedenen Systemelementen. Ein Epoxydkleber 12 verbindet den Wafer 10 und das keramische Substrat Jedes Heizelement ist über stark dotierte Diffusionszonen 7 mit den Elektroden 28 für die Verbindung zu den Heiztransistoren verbunden. Die Elektroden 28 sind vorzugsweise aus Aluminium.
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Generell bildet jeder Mesa 6 das Äquivalent zu einem Widerstand. Das Elektrodenpaar 7 bildet die Anschlüsse des Widerstandes: einen Anschluß für die Verbindung zu einer Potentialquelle, , einen anderen Anschluß für die Verbindung zum Kollektor des Heiztransistors 4, welcher mit einem der Heizmesas 6 verbunden ist.
Ein neuer Aspekt in der Struktur gemäß Fign. 1 und IA ist die geometrische Konfiguration der Mesas 6. Die Druckfläche dieser Mesas ist größer als die Fläche der Mesas, welche der Schicht zugewandt ist.
Herkömmliche Mesa-Strukturen wie nach dem US-Patent 3 813 513 sind in der Form eines Pyramidenstumpfes ausgeführt, dessen obere Oberfläche kleiner ist als die Kontaktoberfläche zum Substrat.
Ein Aspekt der Erfindung erwägt eine Struktur, welche einem invertierten Pyramidenstumpf gleichkommt und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Struktur. Vorteile der Erfindung liegen darin, daß die Heizoberfläche ansteigt wegen der invertierten Form der Mesas und daß der Abstand zwischen den Mesas reduziert werden kann im Vergleich zu konventionellen Strukturen. Z.B. kann der Abstand an der druckenden Oberfläche auf ungefähr 1 mil (I mil = 25,4 pm) reduziert werden unter Benutzung gegenwärtiger Technologie im Vergleich zu 5 oder 7 mils (1 mil = 25,4jjm) für konventionelle Strukturen. Solchermaßen hat die neue Struktur eine bessere Druckauflösung, während die gesamte thermische Isolation zwischen den Mesas die gleiche bleibt wie bei den herkömmlichen Mesas.
Die aktiven und passiven Komponenten des thermischen Druckers werden in den koplanaren Halbleiterschichten 19 und 24 entgegengesetzten Leitungstyps gebildet, welche einander angrenzen, um einen pn-übergang zu bilden. Auf der Substrat-Basisschicht ist
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eine Epitaxialschicht entgegengesetzten Leitungstyps angeordnet. Die aktiven und passiven Komponenten des Druckers werden in der zuletzt erwähnten Schicht gebildet.
Die beiden Schichtsubstrate (10, 24) gestatten die Herstellung von Halbleiter-Heizelementen und aktiven Komponenten der Heizschaltkreise. Während die Heizschaltkreise in der einen Schicht gebildet werden, wird die andere Schicht als Heizwiderstand in einer solchen Weise benutzt, daß ein erzwungener Strom fließt, begleitet von entsprechendem Heizeffekt in den Mesas. Der Heiz-Schaltkreis umfaßt einen Transistor, welcher in einem diskreten Teil der Epitaxialschicht gebildet wird, welche elektrisch durch einen ringförmigen Damm 36 isoliert ist. Die Konstruktion gestattet auch die Integration der Treiber- und Zeichen erzeugenden Schaltung mit den Heizschaltkreisen in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat.
Wie vorausgehend erwähnt, neigt eine Anordnung, in welcher der Schalttransistor in dem gleichen Substratbereich wie das Heizelement selbst gebildet wird, zu einer thermischen Instabilität. Nach Fig. 4 steigt die Temperatur des Heizsubstrates (Mesas) an; die Leistungabgabe des Schaltkreises 61 ist anfänglich niedrig, steigt dann aber schnell an bis eine ümkehrbedingung erreicht wird. Dieses geschieht dadurch, weil der spezifische elektrische Widerstand von dem Silizium-Heizelement erst mit dem Ansteigen der Temperatur ansteigt, dann aber abfällt, sobald die Temperatur auf über ca. 3OO 0C angestiegen ist. Im Betrieb muß somit die Betriebstemperatur des Heizers gesteuert werden, damit sie unterhalb eines bestimmten Niveaus verbleibt. Im praktischen Betrieb liegt die maximale Temperatur bei ca 300 0C.
Ein anderes Problem ergibt sich hinsichtlich des Schalttransistors Tl, welcher bei diesen erhöhten Temperaturen "zusammenbricht".
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In der erfindungsgemäßen Struktur ist die aktive Transistoranordnung, welche die Heizung steuert, nicht mehr in dem Teil des Substrates, welches das Heizelement selbst enthält. j Zusätzlich - wie in Fig. 3 gezeigt - ist ein Widerstand R0 ! zwischen der aktiven Transistoranordnung und Masse vorgesehen, j so daß die Leistungsabgabe des Heizelementes R„ reduziert wird j mit dem Ansteigen der Temperatur. Der Widerstand R_ korrespon- j diert mit dem Bereich 38 in Fig. IA. Der Schaltkreis nach Fig. 3 j eliminiert dabei das Problem des thermischen "Fortlaufens". In Fig. 3 ist der Widerstand R^ der. Substratwiderstand von dem ■ thermisch isolierten Siliziummesa. Der Transistor T2 und der Widerstand Rc sind beide außerhalb des Mesas lokalisiert und wirken als Konstantstromquelle. Der Widerstand R_ wird dazu benutzt, den Strom durch den Heizschaltkreis auf den Wert V0Zr0 zu begrenzen. Wie in Fig. 4 mit 52 dargestellt, zeigt die Leistungsverbrauchs-Charakteristik des Schaltkreises RR das Gegenteil von der des Heizelementes R ' in Fig. 2. Sowie die Temperatur von dem Heizelement ansteigt, steigt der Leistungsverbrauch an, aber fällt dann mit weiterem Ansteigen der Temperatur des Heizers wieder ab.
Herstellungsverfahren der Thermo-Drucker-Struktur
Die Fign. 5, 6 und 7 illustrieren einen Fabrikationsprozeß für die neue Thermo-Drucker-Struktur.
Eine dünne Scheibe von monokristallinem Silizium 19 von ungefähr 2 bis 20 mils (1 mil = 25,4 pm) Dicke erhält eine P-Leitungsdotierung mit 1 bis 20 Ohm-cm spezifischen Widerstandes. Die obere und untere Hauptoberfläche der Waferscheibe werden poliert und in der "100 Miller-Index" kristallographischen Orientierung ausgerichtet. j
Der auf "100" ausgerichtete Wafer wird dann in einem Halbleiter-Herstellungsofen mit einer Temperatur zwischen 900 und 1200 0C
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einer oxydierenden Atmosphäre ausgesetzt, so daß eine dünne Schicht von ungefähr 5000 S Siliziumdioxyd auf der Scheibe gebildet wird. Diese Schritte sind herkömmmlicher Art und nicht Teil der Erfindung .
1 Unter Benutzung konventioneller photolithographischer Techniken wird das Siliziumdioxyd maskiert mit der Ausnahme der Bereiche, in denen die Rinnen zu bilden sind. Das Oxyd wird dann durch einen Ätzer entfernt, wie z.B. durch gepufferte Chlorwasserstoffsäure. Die photolithographische Maske verhindert das Ätzen. Das verbleibende Siliziumdioxyd 18 bleibt auf die Bereiche lokalisiert, in welchen eine Entfernung des Siliziums nicht erwünscht ist.
Um eine scharfe Kante 16 vom Siliziummesa zu erhalten, wird die Seite von dem Wafer in der "012" kristallographischen Richtung wie es in Fig. 5 gezeigt ist, ausgerichtet, so daß alle Verarbeitungsschritte zum Anlegen der Rinnen in dieser Richtung erfolgen.
Das Silizium in den freigelegten "Fenstern" in der Oxydschicht wird dann einer Ätzlösung ausgesetzt, einer Kombination von Äthylendiamin, Brenzcatechin und Wasser, welches das "100" orientierte Silizium ätzt, aber nicht die Siliziumdioxydschicht angreift. Ein "111" orientierte Siliziumwafer, welcher nicht mit dem oben beschriebenen Ätzmittel bearbeitet werden soll, kann einem isotrophen Siliziumätzmittel, wie z.B. einer herkömmlichen Mixtur von HF, HNO3 und CH3 COOH ausgesetzt werden. Der Wafer verbleibt in der Ätzlösung, bis die Rinnen ungefähr 4 mils (lmil = 25,4 pm) Tiefe im Substrat 19 erreicht haben. Das Resultat ist ein Mesa mit einer geometrischen Konfiguration, gemäß Fig. 6, wobei die SEitenoberflachen 16 die Rinnen in der "121" kristallographischen Orientierung definieren.
Die Fign. 7A bis 7F repräsentieren bestimmte Zwischenschritte,
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welche benutzt werden, um die neue Struktur zu erhalten.
Fig. 7A ist eine Querschnittsansicht des Siliziummesas, entsprechend den Pign. 5 und 6. Die Oxydschicht 18 deckt das Siliziumsubstrat 19 ab, ausgenommen jene Bereiche, wo die Rinnen
17 durch Beseitigung von Silizium gebildet werden. Die scharfen Kanten 16 von den Mesas sind das Ergebnis des Prozesses bis zu diesem Schritt. Nach Fig. 7 wird das Substrat nach der Bildung der Rinnen reoxydiert, um die Oxydschicht 22 zu erhalten. Polykristallines Silizium 2O wird dann durch einen üblichen chemischen Bedampfungsprozeß mit einer Dicke von ungefähr 4 bis 6 mil (I mil = 25,4 um) auf der Oberfläche der Siliziumscheibe 19 abgelagert. Der Reoxydationsschritt ist erforderlich, um das "1OO" orientierte Silizium gegen den Einfluß des Äthylendiamin-Brenzcatechin-Wasser-Ätzmittels zu schützen, welches in einem späteren Schritt zur Entfernung des polykristallinen Siliziums aus den Rinnen benutzt wird. Dieser Schritt kann bei Verwendung von "111" orientierten Silizium entfallen, da dieses nicht von einem solchen Ätzmittel beeinflußt wird.
Die erhobenen Teile polykristallinen Siliziums 20 und des Oxyds
18 werden von der Oberfläche des Substrates 19 entfernt. Die Schichten können durch mechanisches Läppen entfernt werden, unter Verwendung von Aluminiumoxyd oder Siliziumkarbidpulver und einer Läppscheibe, um eine flache glatte Oberfläche zu erhalten. Dann folgt ein chemisch-mechanisches Polieren unter Verwendung einer Lösungskombination.von Kupfer, Salpetersäure, Ammoniumfluorid und Wasser und einer Polierscheibe. Durch diesen letzteren Schritt wird eine dünne Schicht von Silizium so entfernt, daß eine glatte schadenfreie Oberfläche entsteht. Die komplette Struktur nach diesem Glättungsprozeß ist in Fig. 7C gezeigt.
Ein fakultativer Schritt in dem Prozeß besteht im Untertauchen des Substrates 19 in einer Siliziumätzlösung, wie z.B. in der zuvor beschriebenen Äthylendiamin-Brenzcatechin-Wasser-Kombination. Die Ätzrate von polykristallinem Silizium in diesem Lösungsmittel
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ist höher als bei monokristallinem "lOO" orientierten Silizium, so daß eine kleine Einkerbung in der Oberfläche des polykristallinen Silizium-Auffüllers 21 im Vergleich zu der Oberfläche der monokristallinen Schicht 19 resultieren wird. Diese Einkerbung wird dann als eine Ausrichtmarke für den nächsten Herstellungsschritt benutzt.
Wie in Fig. 7D illustriert, wird der Bereich 33 dann in der Schicht 19 gebildet und eine Epitaxialschicht 24 wird auf der Oberfläche des Substrates 19 gebildet. Die Schicht ist vorzugsweise entgegengesetzten Leitungstyps zu dem von der Schicht 19, d.h., sie gehört zum η-Typ und ist ungefähr 3 bis 4 Mikron dick. Die Epitaxialschicht ist gewöhnlich eine Fortsetzung von dem monokristallinen Substrat 19, ausgenommen oberhalb der polykristallinen Bereiche, wo die Epitaxialschicht 19 auch polykristallin ist.
Der Bereich 33 diffundiert während seiner Absetzung in die Epitaxialschicht 24 hinein. Verschiedene Bereiche werden dann in der Epitaxialschicht 24 gebildet, um aktive Anordnungen zu bilden, durchgreifende Diffusionen 7 und andere Halbleiterelemente, um Operations-Schaltkreise zu erhalten. Der Transistor 4, welcher mit T2 von Fig. 3 korrespondiert, ist ein herkömmlicher bipolarer integrierter Typ mit einem Kollektor 32, einem Subkollektor 33, der Basis 31 und dem Emitter 30. Der Bereich 38 wird als Widerstand Rg - wie in Fig. 3 illustriert - benutzt. Der Transistor 4 und der Bereich 38 sind von Isolationsbereichen 36 bzw. 37 umgeben.
Die durchgreifenden Diffusionen 7 reichen von der oberen Oberfläche der Schicht 24 zu den Heizmesa-Bereichen des Substrates 19.
Der zur Herstellung der Transistoren und der anderen Bereiche im Substrat 19 und der Epitaxialschicht 24 benutzte Herstellungs-
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prozeß ist bekannt. Solche Prozesse sind im US-Patent 3 813 513 beschrieben. Natürlich können auch andere Prozesse zur Fabrikation der bipolaren Transistoren benutzt werden. Außerdem ist die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf bipolare Transistoren begrenzt, d.h., Feldeffekttransistoren können ebensogut benutzt werden. Im nächsten Herstellungsschritt nach Fig. 7E werden "Fenster" in der Oxydschicht 27 gebildet und die ohmschen Kontakte 28 zu den Diffusionsbereichen hergestellt. Schematisch dargestellte entsprechende leitende Bereiche werden durch herkömmliche Techniken gebildet, um Schaltkreiselemente miteinander !zu verbinden.
Zusätzlich wird die Seite des Substrates 19 auf der epitaxialen Schicht 24 abgewandten Seite 24 mechanisch poliert, um die polykristallinen Siliziumbereiche 21 freizulegen. Dieser Schritt schließt die Entfernung des Teils der Oxydschicht 22 ein, welcher horizontal zur Hauptoberfläches des Substrates 19 ausgerichtet ist. Dieses wird durch den gleichen Politurschritt erreicht, wie er zuvor im Zusammenhang mit Fig. 7C erwähnt wurde. Das Eintauchen von dem Wafer in eine Ätzlösung zur Entfernung polykristallinen Siliziums erzeugt kleine Vertiefungen in den Bereichen 21, welche dann als Ausrichtmarken verwendbar sind. Eine dünne Schicht 41 von Siliziumdioxyd wird auf die polierte Oberfläche des "100" orientierten Substrates 19 gestäubt. Die Fenster 40 werden dann in der Oxydschicht 41 über den polykristallinen Bereichen 21 gebildet zur Präparation für den letzten Schritt des Abtragens der Bereiche 21. Dieser Bestäubungsschritt könnte entfallen, wenn ein "111" orientiertes Substrat benutzt würde.
Nachdem Blei-Zinn-Anschlüsse 15 durch Verdampfung entsprechender Bereiche auf dem Substrat 24 für Zwischenverbindungen gebildet wurden, wird das Substrat umgedreht, so daß das Substrat 19 jetzt an der oberen Oberfläche gemäß Fig. 7F erscheint. Die Blei-Zinn-Anschlüsse münden in den Leitungsbereichen (nicht gezeigt) des
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keramischen Substrates 14. Die vorzugsweise Technik ist in dem US-Patent 3 429 040 beschrieben. Die Bereiche zwischen der Halbleiterschicht 24 und dem Keramiksubstrat 14 sind vorzugsweise mit einem Epoxydkleber 12 ausgefüllt, um eine zusätzliche Absteifung für den Chip wie auch eine Isolation zu erhalten. Das Epoxyd ist vorzugsweise durch eine Fuge 17 in dem keramischen Substrat 14 angelegt.
In dem nächsten Schritt wird die gesamte Struktur in ein Ätzbad für polykristallines Silizium eingetaucht, z.B. in eine Äthylen-Diamin-Mixtur. Weil von den Fenstern 40 in der oberen Oxydschicht 41 die polykristalline Siliziumfüllung 21 weggeätzt wird, haben die verbleibenden Mesas 6 die gewünschte kegeIstumpfartig umgekehrte Pyramidenform. Die Siliziumdioxydbereiche 22 und 41 schützen das monokristalline Silizium 19 gegen das Ätzmittel. Die verbleibenden Rinnen, nachdem das polykristalline Silizium weggeätzt wurde, sind vorzugsweise mit Epoxyd für thermische Isolation gefüllt. Dadurch ist der Prozeß für die Herstellung der Struktur gemäß Fig. 1 abgeschlossen.
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Claims (1)

  1. 7534853
    - 14 -
    PATENTANSPRÜCHE
    Thermodrucker mit einzelnen integrierten Halbleiter-Heizelementen, bei deren Aktivierung auf einem thermisch sensitiven über die Halbleiter-Heizelementen-Oberflache geführten Aufzeichnungsträger Information übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (6) elektrisch und thermisch voneinander isoliert sind und die Gesamtheit ihrer Druckflächen größer ist als die Gesamtheit der Flächen der sie umgebenden Bereiche des Druckkörpers.
    Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (6) durch Epoxyd (8) voneinander isoliert sind.
    Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (6) die Form eines Pyramidenstumpfes haben, wobei die größere Grundfläche des Pyramidenstumpfes die Druckfläche bildet.
    4. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckflächen der Heizelemente (6) in einer Ebene liegen.
    5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (24) gleichzeitig die Schaltkreise (3) für die selektive Aktivierung der Heizelemente (6) enthält und daß die Schaltkreise und Heizelemente (6) in jeweils einer anderen Halbleiterschicht liegen (24, 10).
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    6. Anordnung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß jedem Heizelement (6) ein als Konstantstromquelle wirkender Schalttransistor T2 zugeordnet ist, in dessen Kollektorkreis das Heizelement (6") und in dessen Emitterkreis ein zusätzlicher, außerhalb des Heizelementes angeordneter Widerstand (R ) liegt.
    7. Verfahren zur Herstellung der Thermo-Drucker-Struktur nach Anspruch 1 und 3,
    gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Oxydierung (18) eines Siliziumhalbleitersubstrates (19) mit einer kristallographischen Orientierung von "lOO" (Miller-Index) mit p-Dotierung, b)
    1. Maskierung dieses Substrates für eine Rinnenbildung
    (17) in "012"-kristallographischer Ausrichtung (wobei die Rinnen (17) trapezförmigen Querschnitt aufweisen) und
    2. Entfernung der oxydierten Siliziumschicht über den künftigen Rinnen durch einen Ätzprozeß und
    3. Rinnenbildung durch einen Ätzprozeß in Anwendung auf das freigelegte Silizium nach Entfernung des oxydierten Siliziums.
    c) Oxydation der Rinnenoberflächen (22),
    d) Bedampfung der rinnenförmig strukturierten Oberfläche
    mit polykristallinem Silizium (20)
    e) Mechanisches Glätten der strukturierten Oberfläche zur Entfernung des polykristallinen Siliziums und der oberen horizontal ausgerichteten Oxydationsschichtteile (22) des Rinnenwalls bis auf die mit polykristallinem Silizium gefüllten - an den Seiten und Grundflächen oxydierten - Rinnen zur Erreichung einer durch chemisch-mechanisches Polieren zu erzeugenden glatten Oberfläche,
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    f) weitere Schichtbildungen auf der glatten Oberfläche '' nach e) und Diffusionen zur Bildung der Schaltkreise,
    g) Abtragen des Substrates (19) auf der entgegengesetzten ;
    Seite der im Verfahrensschritt e) hergestellten po- ! lierten Fläche, bis die Bereiche der mit polykristallinem Silizium gefüllten Rinnen freigelegt sind unter Be- j seitigung der unteren Rinnenoxydschicht (22) , !
    h) Auftragen von Siliziumdioxyd auf die im Schritt g)
    hergestellte Oberfläche, wobei Fenster über den
    Bereichen polykristallinen Siliziums freigelassen
    werden und
    i) Herausätzen des polykristallinen Siliziums aus den
    Rinnenbereichen.
    8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, I
    daß der Bereich zwischen den Rinnen mit Epoxydharz zur '
    thermischen Isolation ausgefüllt wird. :
    9. Verfahren nach Anspruch 7, '
    dadurch gekennzeichnet,
    daß als Ätzmittel für den Schritt b3 Äthylendiammin j plus Pyrocatechol (=Brenzcatechin) plus Wasser verwendet
    wird.
    10. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß für das chemisch-mechanische Polieren des Schrittes e)
    nach Anspruch 7 eine Lösung aus Kupfer, Salpetersäure,
    Ammoniumfluorid und Wasser verwendet wird.
    11. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß bei Verwendung eines Siliziumhalbleitersubstrates mit
    einer kristalTographischen Orientierung von "111" (Miller-Index) die Verfahrensschritte a, c und d entfallen.
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DE19752534853 1974-08-29 1975-08-05 Thermo-drucker mit integrierten halbleiter-heizelementen Withdrawn DE2534853A1 (de)

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