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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Substrat für einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf
(im folgenden als Tintenstrahlaufzeichnungskopf-Substrat bezeichnet),
das in einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf zum Durchführen einer
Aufzeichnungsoperation durch Ausstoßen eines Tintentröpfchens aus
einer Ausstoßöffnung verwendet
wird und ein elektrothermisches Wandlerelement zum Erzeugen der
Ausstoßenergie,
ein Schaltelement zum Treiben des elektrothermischen Wandlerelements
und eine Logikschaltung zum Steuern des Schaltelements enthält, ferner
betrifft die Erfindung einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit einem solchen
Substrat, und eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, die
von einem solchen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf Gebrauch macht.
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Einschlägiger Stand der Technik
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Bei
einem Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren, bei dem Tinte über eine
Ausstoßöffnung unter Ausnutzung
von Wärme
ausgestoßen
wird, kommt eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung als Terminal
zum Erzeugen verschiedener Ausgabeformen zum Einsatz, wobei die
Vorrichtung einen an ihr angebrachten Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf
enthalten kann. Dieser Aufzeichnungskopf enthält ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf-Substrat
(im folgenden auch einfach als Substrat bezeichnet), auf dem elektrothermische
Wandlerelemente (Heizelemente), Elemente zum Schalten der elektrothermischen Wandlerelemente
(im folgenden als „Schaltelemente" bezeichnet) und
Logikschaltungen zum Treiben der Schaltelemente gemeinsam ausgebildet
sind, vergleiche zum Beispiel die
EP-A-1 221 720 .
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21 ist
eine schematische Schnittansicht, die einen Teil eines herkömmlichen
Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs veranschaulicht. Auf einem aus monokristallinem
Silicium gebildeten Halbleitersubstrat 901 befinden sich
ein p-Muldenbereich 912, ein n-Drainbereich 908 mit
einer hohen Störstellendichte,
ein der E-Feldentspannung
dienender n-Drainbereich 916 mit einer niedrigen Störstellendichte,
ein n-Sourcebereich 907 mit einer hohen Störstellendichte
und eine Gateelektrode 914, die ein Schaltelement 930 unter
Verwendung eines MIS-Feldeffekttransistors
bilden. Darüber
hinaus sind auf der Oberfläche
des Halbleitersubstrats 901 eine Siliciumoxidschicht als
Wärmeansammlungsschicht 917 und
Isolierschicht, eine Tantalnitrid-Schicht als Wärmewiderstandsschicht 918,
eine Schicht 919 aus einer Aluminiumlegierung zu Verdrahtungszwecken
und eine Siliciumnitridschicht 920 als Schutzschicht ausgebildet. Auf
diese Weise wird das Substrat für
den Aufzeichnungskopf gebildet. Der Wärmeerzeugungsteil ist hier
mit dem Bezugszeichen 950 bezeichnet. Tinte wird aus dem
Wärmeausstoßteil 960 gegenüber dem Wärmeerzeugungsteil 950 ausgestoßen. Außerdem wirkt
mit dem Substrat eine obere Platte 970 zusammen, um einen
Flüssigkeitsweg 980 zu
bilden.
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Was
nun den Aufzeichnungskopf und das Schaltelement mit dem oben beschriebenen
jeweiligen Aufbau angeht, wurden zwar in den vergangenen Jahren
zahlreiche Verbesserungen erreicht, sowohl was den speziellen Gegenstand
als auch das Endprodukt angeht, allerdings bestand andauernder Bedarf
an einer Hochgeschwindigkeits-Treiberanordnung (die Anordnung einer
größeren Anzahl
elektrothermischer Wandlerelemente), an einer Energieeinsparung
(Verbesserung des Verhältnisses
des elektrischen Stromverbrauchs bei dem elektrothermischen Wandlerelement;
Hochspannungs-Treibereinrichtung), an einer hohen Integrationsdichte
(Verbesserung der Anordnungsdichte elektrothermischer Wandlerelemente
und Schaltelemente in dazu paralleler Anordnung), an einer Kostensenkung
(Verbesserung der Anzahl von Chips pro Wafer dadurch, dass die Chipgröße verkleinert
wird durch Reduzierung der Größe des Schaltelements
pro elektrothermischem Wandlerelement; identische Spannung zwischen
Motor-Versorgungsspannung
(beispielsweise 20 bis 30 V) des Hauptkörpers und der elektrothermischen
Wandlerelement-Treiberspannung), und an einer Hochleistungsfähigkeit
(Verbesserung der Pulssteuerung durch schnelles Schalten).
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Allerdings
kann unter den Umständen,
unter denen starke elektrische Ströme zum Treiben der Last erforderlich
sind, wie dieses bei dem elektrothermischen Wandlerelement der Fall
ist, bei einem herkömmlichen
MIS-Feldeffekttransistor 930 im Betrieb ein in Sperrrichtung
betriebener pn-Übergang
zwischen Drain und Mulde keine starken elektrischen Felder aufnehmen,
so dass Leckströme
entstehen mit der Folge, dass die für das Schaltelement erforderliche
Spannungsfestigkeit nicht erreicht werden kann. Wenn außerdem der
Durchlasswiderstand des als Schaltelement verwendeten MIS-Transistors
groß ist,
ergibt sich aufgrund des nutzlosen Stromverbrauchs das Problem,
dass der zum Treiben des elektrothermischen Wandlerelements benötigte elektrische
Strom nicht bereitgestellt werden kann.
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In
jüngerer
Zeit wurde hingegen eine Methode vorgeschlagen, nach der ein DMOS-Transistor (dual
diffusion MOS) in kleiner Baugröße als Treiber verwendet
wird. Wie weiter unten noch beschrieben werden wird, besitzt der
DMOS-Transistor zwar eine hohe Drain-Spannungsfestigkeit, hingegen
ist die Spannungsfestigkeit zwischen Source und Substrat nicht so
groß.
Für den
Fall, dass der DMOS-Transistor
als Schaltelement für
das elektrothermische Wandlerelement eingesetzt wird, kann es also
bei einer Zunahme der Source-Spannung, die durch das Produkt des
durch das elektrothermische Wandlerelement fließenden elektrischen Stroms
und des Masse-Verdrahtungswiderstands verursacht wird, zu einem
Durchbruch zwischen Soure und Substrat kommen.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung einen
DMOS-Transistors,
der große
elektrische Ströme
zu führen
vermag, der ferner eine hohe Spannungsfestigkeit, eine hohe Treibergeschwindigkeit,
Einsparung von Energie und eine hohe Integrationsfähigkeit
zu erreichen vermag darüber
hinaus in der Lage ist, die Gesamtkosten für die Aufzeichnungsvorrichtung
gering zu halten und ein Mittel zu bilden, um einen Durchbruch zwischen Source
und Substrat zu verhindern, was für den Fall zu berücksichtigen
ist, dass der DMOS-Transistor als Schaltelement für ein elektrothermisches
Wandlerelement eingesetzt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Erreicht
werden diese Ziele durch das Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf-Substrat
nach Anspruch 1, durch den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch
13 und durch die Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung nach den
Ansprüchen
14 und 15. Die übrigen
Ansprüche
beziehen sich auf Weiterentwicklungen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein
Tintenstrahlaufzeichnungskopf-Substrat gemäß der Erfindung enthält ein Halbleitersubstrat vom
ersten Leitungstyp, auf dem vorgesehen sind:
eine Mehrzahl
elektrothermischer Wandlerelemente,
erste Verdrahtungen, die
an die mehreren elektrothermischen Wandlerelemente gemeinsam angeschlossen,
mit einer Treiberenergiequelle verbunden und dazu ausgebildet sind,
den mehreren elektrothermischen Wandlerelementen elektrische Leistung zuzuführen,
zweite
Verdrahtungen zum Verbinden der mehreren elektrothermischen Wandlerelemente
mit Massepotential, und
eine Mehrzahl Schaltelemente, die sich
zwischen den zweiten Verdrahtungen und den elektrothermischen Wandlerelementen
befinden und dazu ausgebildet sind, eine elektrische Verbindung
zu den mehreren elektrothermischen Wandlerelementen zu schaffen;
wobei
das Schaltelement ein Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate ist,
welcher beinhaltet:
eine erste Halbleiterzone vom zweiten Leitungstyp, vorgesehen
auf einer Hauptfläche
des Halbleitersubstrats;
eine zweite Halbleiterzone vom ersten
Leitungstyp, vorgesehen auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats
in Nachbarschaft zur ersten Halbleiterzone, um eine Kanalzone zu
schaffen, und umfassend einen Halbleiter mit einer Dotierstoffdichte,
die größer ist als
diejenige der ersten Halbleiterzone;
eine Source-Zone vom zweiten
Leitungstyp, teilweise vorgesehen auf einer Oberfläche der
zweiten Halbleiterzone gegenüber
dem Halbleitersubstrat;
eine Drain-Zone des zweiten Leitungstyps,
teilweise vorgesehen auf einer Oberfläche der ersten Halbleiterzone
gegenüber
dem Halbleitersubstrat; und
eine Gate-Elektrode, die auf der
Kanalzone über
einer Gateisolierschicht angeordnet ist;
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verdrahtungswiderstand der zweiten, mit der Source-Zone
verbundenen Verdrahtung kleiner st als der Verdrahtungswiderstand
der ersten, mit der Drain-Zone verbundenen Verdrahtung.
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Das
Substrat für
einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß der Erfindung, aufgebaut
in der oben beschriebenen Weise, macht typischerweise von einem
Halbleitersubstrat Gebrauch, welches in erster Linie eine p-leitende
Halbleiterzone als Halbleitersubstrat aufweist. In dem erfindungsgemäßen Tintenstrahl-Aufzeichnungssubstrat
gemäß der Erfindung
sind beispielsweise mehrere elektrothermische Wandlerelemente, erste
Verdrahtungen, die gemeinsam an die mehreren elektrothermischen
Wandlerelemente und an eine Treiberenergiequelle angeschlossen sind,
um den mehreren elektrothermischen Wandlerelementen elektrische
Energie zuzuführen,
zweite Verdrahtungen zum Verbinden der mehreren elektrothermischen
Wandlerelemente mit Massepotential, und mehrere Schaltelemente zwischen
den zweiten Verdrahtungen und den elektrothermischen Wandlerelementen
zur Schaffung einer elektrischen Verbindung mit den mehreren elektrothermischen
Wandlerelementen auf einem Halbleitersubstrat integriert, und das
Halbleitersubstrat ist ein Substrat, welches hauptsächlich eine
p-leitende Zone aufweist. Das Schaltelement ist ein Feldeffekttransistor
mit isoliertem Gate, enthaltend eine n-leitende Halbleiterzone auf
einer Fläche
einer p-Zone des Halbleitersubstrats, eine p-Halbleiterzone, die sich
durch die n-Halbleiterzone zu der Oberfläche der p-Halbleiterzone des
Halbleitersubstrats erstreckt, um eine Kanalzone zu bilden, und
bestehend aus Halbleitermaterial mit einer Dotierstoffdichte, die
größer ist
als die der n-Halbleiterzone, eine teilweise auf der Oberfläche der
p-Halbleiterzone vorhandene hochdichte n-Source-Zone, eine hochdichte n-Drain-Zone,
die teilweise auf einer Oberfläche
der n-Halbleiterzone vorgesehen ist, und eine an der Kanalzone unter
Zwischenschaltung eines Gateisolierfilms vorhandene Gateelektrode,
wobei der Verdrahtungswiderstand der zweiten Verdrahtung, die an
die Source-Zone angeschlossen ist, geringer ist als der Verdrahtungswiderstand
der ersten Verdrahtung, die mit der Drain-Zone verbunden ist. Durch
diese Ausgestaltung lässt
sich zuverlässig
ein Durchbruch des Schaltelements verhindern, auch wenn ein Element wie
ein DMOS-Transistor verwendet wird, in dem der Druckwiderstand zwischen
der Source und dem Substrat (der Mulde) relativ klein ist.
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Erfindungsgemäß kann die
zweite Halbleiterzone benachbart zu dem Halbleitersubstrat ausgebildet
sein.
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Außerdem kann
eine Verdrahtungsbreite der ersten Verdrahtung größer als
diejenige der zweiten Verdrahtung sein. Die Source-Zonen und die Drain-Zonen können abwechselnd
in seitlicher Richtung angeordnet sein. Zwei Gateelektroden können unter
Zwischenschaltung der Source-Zone angebracht sein. Die Anordnungsrichtung
der mehreren elektrothermischen Wandlerelemente kann parallel mit
der Anordnungsrichtung der mehreren Schaltelemente sein. Die Drain-Zonen von mindestens
zwei Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate können mit einem
elektrothermischen Wandlerelement verbunden sein, und die Source-Zonen
der mehreren Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate können zusammengeschaltet
sein. Eine Länge
eines effektiven Kanals des Feldeffekttransistors mit isoliertem
Gate kann bestimmt werden durch eine Differenz der Dotierstoff-Diffusionsstärke in seitlicher
Richtung zwischen der zweiten Hableiterzone und der Source-Zone.
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Außerdem können die
elektrothermischen Wandlerelemente mehrere Wärmeerzeugungselemente aufweisen,
die elektrisch in Reihe geschaltet sind, und die mehreren in Reihe
geschalteten Wärmeerzeugungselemente
können
einander benachbart angeordnet sein. Typischerweise beträgt die Anzahl
der in Reihe geschalteten Wärmeerzeugungselemente
zwei. Das elektrothermische Wandlerelement wird gebildet aus Tantalnitrid-Siliciumwerkstoff mit
einem spezifischen Widerstand von gleich oder größer 450 μΩ·cm, vorzugsweise beträgt der Flächenwiderstand
gleich oder mehr als 70 Ω/⎕.
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Vorzugsweise
ist die Spannung der Energiequelle zum Einspeisen der Energie in
das elektrothermische Wandlerelement des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs
die gleiche wie die Spannung einer Energiequelle zum Zuführen von
Energie zu dem Motor, der den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf treibt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Teil-Draufsicht auf ein Substrat eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ist
eine Schnittansicht des Substrats nach 1;
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3 ist
eine Ansicht einer Betriebsschaltung für das in 1 gezeigte
Substrat;
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4 ist
eine Ansicht einer Ersatzschaltung für das in 1 gezeigte
Substrat;
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5 ist
eine Draufsicht auf einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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6A und 6B sind
Ansichten zum Erläutern
der Druckfestigkeit zwischen einer Source und einem Substrat in
einem DMOS-Transistor;
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7 ist
eine vergrößerte Ansicht,
die einen Hauptteil (VII) in 5 veranschaulicht;
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8 ist
eine weitere vergrößerte Ansicht des
Hauptteils nach 6A und 6B und
zeigt ein weiteres Konstruktionsbeispiel für das elektrothermische Wandlerelement;
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9 ist
eine Ersatzschaltung des Aufbaus nach 8;
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10 ist
eine Draufsicht und zeigt den Aufbau eines Tintenstrahlaufzeichnungskopf-Substrats gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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11A, 11B, 11C, 11D und 11E sind Schnittansichten des Substrats nach 10;
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12 ist
eine Schnittansicht, die den Schnittaufbau eines Teils des Tintenstrahl- Aufzeichnungskopfs
veranschaulicht;
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13 ist
eine Draufsicht auf ein MIS-Feldeffekttransistor-Array;
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14 ist
eine Schnittansicht des in 13 gezeigten
MIS-Feldeffekttransistor-Arrays;
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15 ist
eine Draufsicht auf ein weiteres MIS-Feldeffekttransistor-Arrays;
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16 ist
eine Schnittansicht des in 15 gezeigten
Feldeffekttransistor-Arrays;
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17 ist
ein Blockdiagramm von Schaltkreisen auf dem Tintenstrahlaufzeichnungskopf-Substrat;
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18 ist
eine schematische bauliche Ansicht eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs,
der von dem in 1 gezeigten Substrat Gebrauch
macht;
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19 ist
eine perspektivische Ansicht des in 18 dargestellten
Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs;
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20 ist
eine perspektivische Ansicht eines baulichen Beispiels für eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung,
die von dem in den 18 und 19 gezeigten
Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf Gebrauch macht; und
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21 ist
eine schematische Schnittansicht eines Teils eines herkömmlichen
Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Als
nächstes
sollen anhand der beigefügten Zeichnungen
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben werden.
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(Erste Ausführungsform)
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Zunächst soll
anhand der 1 bis 4 ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf-Substrat für eine Flüssigkeits-Ausstoßvorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung vollständig
erläutert werden.
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N-Muldenzonen
(erste Halbleiterzonen) 2, Gate-Elektroden 4,
p-Basiszonen (zweite Halbleiterzone) 6, n-Source-Zonen 7,
n-Drain-Zonen 8 und 9, Kontakte 11, Soure-Elektroden 12 und
Drain-Elektroden 13 sind auf einem p-leitenden Halbleitersubstrat 1 ausgebildet.
Ein durch eine strichpunktierte Linie umkreister Bereich kennzeichnet
einen Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate als Schaltelement 30. Wie
in einer in 4 gezeigten Ersatzschaltung
ersichtlich ist, sind die einen Enden von elektrothermischen Wandlerelementen 31 bis 33 als
Lasten mit den Drains der Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate,
Tr1, Tr2 und Tr3 als Schaltelemente mit der Source auf Masse gelegt.
Die anderen Enden der elektrothermischen Wandlerelemente 31 bis 33 sind gemeinsam
an eine Versorgungsspannung VH für das
elektrothermische Wandlerelement angeschlossen. Schalter 34 bis 36 zum
Anlegen einer Gatespannung VG sind an die Gates der Feldeffekttransistoren mit
isoliertem Gate Tr1, Tr2 und Tr3 angeschlossen. Im folgenden werden
diese Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate verkürzt mit
IGFET bezeichnet.
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Die
elektrothermischen Wandlerelemente 31 bis 33 sind
auf einer Hauptfläche
des Halbleitersubstrats 1 durch einen Dünnschichtprozess ausgebildet und
integriert. N ähnlicher
Weise sind die Schaltelemente Tr1 bis Tr3 auf der Hauptfläche des Halbleitersubstrats 1 gebildet.
Wenn die Anordnungsrichtung der elektrothermischen Wandlerelemente
wunschgemäß parallel
zu einer Anordnungsrichtung der Schaltelemente verläuft, lässt sich
die Integrationsgenauigkeit und -fähigkeit zusätzlich verbessern. In diesem Fall
ist es außerdem
bevorzugt, wenn die Schaltelemente so angeordnet sind, wie dies
in den 1 bis 3 gezeigt ist. Die Aufbauten
der Transistoren, die mit den elektrothermischen Wandlerelementen
verbunden sind, sind sämtlich
identisch, die Ausgestaltung ist derart gewählt, dass innerhalb eines Transistor-Arrays
keine exklusiven Bauelement-Trennzonen zwischen den Transistoren
erforderlich sind.
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Ein
Segment ist derart ausgebildet und gestaltet, dass zwei Gateelektroden
und zwei Source-Zonen mit der dazwischen angeordneten Drain-Zone
vorhanden sind, wobei in diesem Fall die Source-Zone mit dem benachbarten
Segment gemeinsam ist.
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In
einem in 3 dargestellten Beispiel sind die
Drains der beiden Segmente mit ersten Anschlüssen der elektrothermischen
Wandlerelemente verbunden, und die gemeinsame Source ist mit einer niedrigen
Referenzspannungsquelle (GNDH) verbunden, die eine geringere Referenzspannung
von zum Beispiel 0 V (Massepotential) liefert. Die anderen Anschlüsse der
elektrothermischen Wandlerelemente sind mit einer Spannungsversorgung
verbunden, die eine relativ hohe Referenzspannung liefert (Versorgungsspannung),
beispielsweise + 10 bis +30 V.
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Im
folgenden soll die Arbeitsweise des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf-Substrats
kurz erläutert werden.
Die Referenzspannung, zum Beispiel Massepotential, wird an das p-leitende
Halbleitersubstrat 1 und an die Source-Zonen 7 gelegt.
Eine hohe Versorgungsspannung VH wird an die ersten Anschlüsse der
elektrothermischen Wandlerelemente 31 bis 33 gelegt.
Wenn hier zum Beispiel ein elektrischer Strom nur an das elektrothermische
Wandlerelement 31 gegeben wird, so wird nur der Schalter 34 eingeschaltet,
so dass die Gatespannung VG an die Gates der Transistoren der beiden
Segmente gelangt, die das Schaltelement Tr1 bilden, um hierdurch das
Schaltelement Tr1 einzuschalten. Im Ergebnis fließt der elektrische
Strom von dem Spannungsversorgungsanschluss zu dem Masseanschluss über das
elektrothermische Wandlerelement 31 und das Schaltelement
Tr1, mit dem Ergebnis, dass in dem Wandlerelement 31 Wärme entsteht.
Bekanntlich dient diese Wärme
zum Ausstoßen
von Flüssigkeit.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
sind nach 2 Basiszonen 6 so gebildet,
dass sie die Muldenzonen 2, die in geeigneter Tiefe ausgebildet sind,
in seitlicher Richtung trennen. In dem Transistor 30 dienen
die Muldenzone 2 und die Basiszone 6 als Drain
bzw. als Kanal. Damit ist es im Gegensatz dazu, dass die Drains
nach der Ausbildung von Halbleiterzonen der Kanäle gebildet werden, wie dies
bei dem normalen MOS-Transistor der Fall ist, die Kanäle also
nach den Drains gebildet werden, möglich, die Dotierstoffdichte
des Drains (hier die Donatordichte der ersten Halbleiterzone 2)
auf einen geringeren Wert einzustellen als die Dotierstoffdichte
des Kanals (hier die Akzeptordichte der zweiten Halbleiterzone 6).
Die Spannungsfestigkeit des Transistors bestimmt sich durch die
Spannungsfestigkeit seines Drains, und normalerweise gilt: je geringer
die Dichte des Drains und je größer die
Tiefe des Drains ist, desto größer ist
die Spannungsdichtigkeit. Bei der dargestellten Ausführungsform
lässt sich
also die Nennspannung auf einen höheren Wert einstellen, und man
kann einen starken elektrischen Strom verwenden, was einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb
gestattet.
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Darüber hinaus
wird eine effektive Kanallänge
des Transistors 30 bei der dargestellten Ausführungsform
bestimmt durch eine Differenz des seitlichen Diffusionsbetrags des
Dotierstoffs zwischen der Basiszone 6 und der Source-Zone 7.
Da der seitliche Diffusionsbetrag bestimmt wird auf der Grundlage von
physikalischen Koeffizienten, lässt
sich die effektive Kanallänge
so einstellen, dass sie kleiner als im herkömmlichen Fall wird, mit dem
Ergebnis, dass der Einschaltwiderstand reduziert werden kann. Die
Reduzierung des Einschaltwiderstands führt zu einer Zunahme der pro
Flächeneinheit
fließenden
Menge Strom, was wiederum einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb fördert, Energie
einspart und eine hohe Integration gestattet.
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Da
die beiden Gateelektroden 4 unter Zwischenschaltung der
Source-Zone 7 angeordnet sind und sowohl die Basiszone 6 als
auch die Source-Zone 7 in selbstausrichtender Weise unter
Verwendung der Gateelektrode 4 als Maske gebildet werden
können,
wie weiter unten noch beschrieben wird, gibt es keine Abmessungsunterschiede
aufgrund der Ausrichtung, und die Schaltelemente (Transistoren) 30 können ohne
Streuung eines Schwellenwerts und mit großem Durchsatz bei hoher Zuverlässigkeit
gefertigt werden.
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Außerdem erreicht
die Basiszone 6 das darunter liegende p-leitende Halbleitersubstrat 1,
um die Muldenzonen 2 vollständig abzutrennen, und die Basiszone
wird bis zu einer Tiefe gebildet, die ausreicht, damit der Boden
der Basis 200 dem Substrat 1 benachbart ist. Bei
diesem Aufbau können
die Drains der einzelnen Segmente individuell elektrisch voneinander
getrennt werden. Damit sind, wie in den 1 bis 3 gezeigt
ist, selbst dann, wenn die Source-Zonen 7 und die Drain-Zonen 8, 9 abwechselnd
in seitlicher Richtung angeordnet sind, ohne dass exklusive Elementen-Trennzonen
vorgesehen sind, die Arbeitsabläufe
der Schaltelemente nicht beeinträchtigt.
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Wie
in den 1 und 2 zwar nicht zu sehen ist, ist
außerdem
eine Diffusionsschicht zum Abnehmen eines Potentials des p-leitenden
Halbleitersubstrats 1 vorgesehen, so dass die Basiszone 2 über die
Diffusionsschicht und das p-leitende Halbleitersubstrat 1 auf
einem vorbestimmten Potential gehalten werden kann. In 3 ist
die Potential-Abgreif-Diffusionsschicht
mit einer Masseverdrahtung (GNDL) verbunden, um das Potential des
p-Halbleitersubstrats 1 zu definieren.
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Bei
der in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsform
sind als Beispiel zwei Drains (zwei Segmente) der parallel geschalteten
Transistoren mit einer Last verbunden und können unabhängig voneinander angesteuert
werden. Wenn ein Einschaltsignal zum Treiben der Last an das Gate
gelegt wird, wird der Transistor eingeschaltet, so dass elektrischer
Strom von einem Drain über
die Kanäle
auf beiden Seiten des Drains zu der gemeinsamen Source fließt. Wie
oben erwähnt,
kann die an dem Grenzbereich befindliche Source gemeinsam benutzt
werden. Deshalb sind, wenn die Transistoren der dargestellten Ausführungsform
als Array angeordnet sind und als Flüssigkeits-Ausstoßvorrichtung
verwendet werden, exklusive Elementen-Trennzonen aus trennenden
pn-Übergängen aus
Halbleitermaterial oder LOCOS, oder ein dielektrischer Graben-Trennkörper zwischen
den Transistoren nicht erforderlich, mit dem Ergebnis, dass sich
ein in hohem Maße
integriertes Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf-Substrat für starke Stromdurchflüsse mit
einem einfachen Schichtaufbau, wie er in den 2 und 3 dargestellt
ist, bei gleichzeitiger Kostenreduzierung realisieren lässt.
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Darüber hinaus
lässt sich
auch der von den Drains zu dem p-Halbleitersubstrat 1 fließende Leckstrom
gut beherrschen. Die Erfinder haben festgestellt, dass ein weiteres
zu berücksichtigendes
Problem auftritt, wenn man den Feldeffekttransistor mit isoliertem
Gate als Schaltelement 30 in dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf-Substrat
mit dem oben beschriebenen Aufbau (DMOS-Transistor) vorsieht.
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Das
Problem besteht nämlich
in einer Verringerung der Spannungsfestigkeit zwischen der Source-Zone
und dem Substrat. Man kann dieses Problem als ein Problem betrachten,
welches typisch ist für
das Substrat des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs.
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Dies
soll im folgenden ausführlich
erläutert werden.
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5 ist
eine Draufsicht auf eine Ausgestaltung unterschiedlicher Elemente
des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf-Substrats („Substrat” im folgenden). Das Substrat 21 hat
eine im wesentlichen rechteckige Form, wobei sich eine Tintenzuführöffnung 20 als
Durchgangsloch in Längsrichtung
in der Mitte des Substrats erstreckt. Entlang den beiden Seiten
der Tintenzuführöffnung 20 sind
mehrere elektrothermische Wandlerelemente 24 (entsprechend den
in den 3 und 4 gezeigten Wandlerelementen 31 bis 33)
vorgesehen. Das elektrothermische Wandlerelement 24 dient
zum Erhitzen von Flüssigkeit
(Tinte), die von der hinteren Oberflächenseite des Substrats 21 durch
de Tintenzuführöffnung 20 geleitet
wird, so dass ein Bläschen
in der Flüssigkeit
erzeugt wird und dadurch ein Tintentröpfchen aus einer Ausstoßöffnung ausgestoßen wird,
die sich gegenüber
dem elektrothermischen Wandlerelement befindet. An einer von der
Tintenzuführöffnung 20 entfernten
Seite jedes Wandlerelements 24 ist ein entsprechendes Schaltelement 30 vorgesehen.
Außerdem
gibt es an dem Substrat 21 Logikschaltungsteile 23 und
mehrere Anschlussstellen 22 zum Zuführen von Energie sowie einem
Signal von einem Hauptkörper
der Aufzeichnungsvorrichtung zu dem Substrat 21. Der Logikschaltungsteil 23 enthält eine Logikschaltung
zum Steuern des Zustands EIN/AUS des Schaltelements 30 auf
der Grundlage eines Signals, wenn ein solches Signal von dem Hauptkörper der
Lesevorrichtung über
die Anschlussstelle 22 zugeführt wird.
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Hier
wird in dem Beispiel nach 3 durch bloßes Anlegen
der Referenzspannung mit der Folge, dass das Massepotential an das
p-Halbleitersubstrat 1 und die Source-Zonen 7 gelangt,
die hohe Referenzspannung (Versorgungsspannung) VH an die ersten
Anschlüsse
der elektrothermischen Wandlerelemente 31 bis 33 angelegt,
bei einem tatsächlich ausgeführten Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf-Substrat, wie es
in 5 dargestellt ist, sind aber die mehreren elektrothermischen
Wandlerelemente entsprechend Hunderten von Düsen in einer Linie angeordnet,
und die Kombination von Schreibwiderständen wird so ausgewählt, dass
die zu sämtlichen
Wandlerelementen gelangenden Energiemengen gleich groß sind.
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Wie
in 5 zu sehen ist, unterscheidet sich die Verdrahtungslänge von
der Anschlussstelle 22 zu dem elektrothermischen Wandlerelement 24 von
derjenigen zwischen Wandlerelement und Wandlerelement, so dass in
diesem Zustand die Verdrahtungswiderstände voneinander abweichen.
Bei einer solchen Abweichung unterscheiden sich aber auch die Wärmeerzeugungsmengen,
die von den elektrothermischen Wandlerelementen 24 erhalten
werden, mit dem Ergebnis, dass die Tinten-Ausstoßmengen aus den zugehörigen Ausstoßöffnungen
ungleichmäßig werden.
Dementsprechend wird in dem Substrat eine Kombination aus Verdrahtungswiderständen in
der Weise ausgewählt,
dass die Widerstände
der einzelnen Wandelelemente weitestgehend ähnlich werden, auch wenn sich
die Verdrahtungslängen
voneinander unterscheiden, beispielsweise durch Ändern der Verdrahtungs-Breiten
in Stufenform. Da eine solche Kombination von Verdrahtungswiderständen auf
der Grundlage desjenigen elektrothermischen Wandlerelements erfolgt,
das den höchsten
Verdrahtungswiderstand als Bezugsgröße insgesamt besitzt, werden die
Verdrahtungswiderstände
der Wandlerelemente relativ hoch eingestellt.
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In
den 3 und 4 sind die Verdrahtungswiderstände von
den Anschlussstellen 22 an der Seite der Versorgungsspannung
VH zu den elektrothermischen Wandlerelementen 31 bis 33 als
Widerstände
RVH dargestellt.
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Da
die elektrothermischen Wandlerelemente 31 bis 33 und
die dazugehörigen
Schaltelemente 30 (Transistoren Tr1 bis Tr3) dicht nebeneinander
angeordnet sind, lassen sich die dazwischen liegenden Widerstände vernachlässigen.
Die Verdrahtungswiderstände
von den Sources der Transistoren Tr1 bis Tr3 zu den Masseanschlussstellen
(GND) 22 sind als Widerstände RS dargestellt.
Insbesondere wirken die Verdrahtungswiderstände RS an
den Transistoren Tr1 bis Tr3 als Source-Widerstände für die Schaltelemente 30.
Im Ergebnis ergibt sich eine Potentialdifferenz, dargestellt durch
das Produkt des Widerstandswert und eine Stromstärke des Stroms durch das elektrothermische
Wandlerelement (das ist der elektrische Drain-Strom des Schaltelements 30)
zwischen der Source-Zone des Schaltelements 30 und dem
Masseanschluss (GND) des Wandlerelements. Andererseits ist die Masseverdrahtung
(GNDL) zum Definieren des Potentials des p-Halbleitersubstrats 1 eine
Verdrahtung, die unabhängig
von den elektrothermischen Wandlerelementen ist, so dass eine Potentialänderung
aufgrund des durch das Wandlerelement fließenden Stromflusses in dieser
Verdrahtung nicht wirklich in Erscheinung tritt. Bei einem Aspekt des
normalen Aufzeichnungskopf-Substrats
wird, wenn das elektrothermische Wandlerelement angesteuert wird,
eine Sperrspannung an den pn-Übergang
zwischen dem p-Halbleitersubstrat 1, das heißt der p-Basiszone
(der zweiten Halbleiterzone) 6 des Schaltelements 30 und
die Source-Zone 7 des Schaltelements 30 gelegt.
Die Masse (GNDH) des elektrothermischen Wandlerelements und das
Substratpotential, welches die Masseverdrahtung (GNDL) definiert,
sind in der durch die gestrichelte Linie angedeuteten Weise elektrisch
verbunden, und die Verbindungsstelle befindet sich nicht direkt
an dem Substrat, sondern an der Seite des Hauptkörpers der Aufzeichnungsvorrichtung.
Hierdurch kann der Verdrahtungswiderstand des Pfads der Masseverdrahtung (GNDH)
des elektrothermischen Wandlerelements ebenso wie das hierdurch
erzeugte Potential nicht vernachlässigt werden.
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Erfindungsgemäß wird nun,
wie oben ausgeführt
wurde, die DMOS-Transistor-Ausgestaltung verwendet,
und in dem Schaltelement 30 wird die Dotierstoffdichte
für die
p-Basiszone (die zweite Halbleiterzone) 6 auf einen höheren Wert
eingestellt als die Dotierstoffdichte der Muldenzone 2,
um eine hohe Spannungsfestigkeit, Energieersparnis und Miniaturisierung
zu erreichen. Wenngleich dieser Aufbau zu einer hohen Spannungsfestigkeit,
zur Energieersparnis und zur Miniaturisierung führt, weil die p-leitende Dotierstoffdichte
relativ hoch ist, verringert sich die Sperrspannungsfestigkeit zwischen
der Source-Zone 7 und der p-Basiszone 6 im Vergleich
zu herkömmlichen
Formen.
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Anhand
der 6A und 6B soll
nun die Notwendigkeit bei der Betrachtung der Spannungsfestigkeit
zwischen der Source-Zone und dem Substrat für den Fall erläutert werden,
dass der oben angesprochene DMOS-Transistor als Schaltelement verwendet
wird, wobei ein Vergleich mit einer herkömmlichen Ausführung erfolgt,
bei der ein MIS-Feldeffekttransistor verwendet wird.
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6A zeigt
eine Schnittansicht des herkömmlichen
MIS-Feldeffekttransistors. Obschon dieser MIS-Feldeffekttransistor
der gleiche ist wie in 21, ist aus 6A deutlich
entnehmbar, dass eine p+-Diffusionsschicht 909 auf einem
Teil der Zonenoberfläche
einer p-Muldenzone 902 gebildet ist. Die p+-Diffusionsschicht 909 ist
zum Definieren des Substratpotentials mit der Masseverdrahtung (GNDL)
verbunden.
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Andererseits
ist 6B eine Ansicht eines Schnitts durch das Schaltelement 30 nach
der dargestellten Ausführungsform.
Das Schaltelement 30 ist das gleiche wie die in den 1 bis 3 dargestellten
Elemente. Allerdings ist deutlich hervorgehoben, dass zur Fixierung
des Potentials des Halbleitersubstrats 1 eine von der Basiszone
zur Bildung der Source-Zone verschiedene Basiszone 6 vorgesehen
ist und auf einem Teil einer Zonenoberfläche dieser Basiszone 6 eine
P+-Diffusionsschicht 19 zum Herausgreifen des Potentials
vorgesehen ist.
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Bei
dem herkömmlichen
MIS-Feldeffekttransistor (Schaltelement) nach 6A gab
es selbst dann, wenn das Potential der Source-Zone 907 aufgrund
des Verdrahtungswiderstands zwischen der Source-Zone 907 und
der Masseverdrahtung (GNDH) des Wandlerelements zunahm, so dass
das Sperrpotential an den pn-Übergangsbereich
zwischen der Source-Zone 907 und dem Substrat 901 anlag
(p-leitender Muldenbereich 902), kein Problem mit der Spannungsfestigkeit
an dem pn-Übergang, da
die p-Dotierstoffdichte auf der Seite der p-Muldenzone 902 gering
ist.
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Andererseits
wird auch bei dem Schaltelement 30 der in 6B dargestellten
Ausführungsform
dann, wenn das Source-Potential höher ist als das des Substrats 1,
die Sperrspannung an den pn-Übergang
zwischen der n-Source-Zone 7 und der p-Basiszone 6 gelegt,
so dass die n-Source-Zone 7 elektrisch von dem Halbleitersubstrat 1 getrennt
ist. In dem Schaltelement 30, welches durch den DMOS-Transistor
gebildet wird, ist die p-Basiszone 6, die den Kanal bildet,
mit dem p-Halbleitersubstrat 1 verbunden, und die p-Dotierstoffdichte
in der p-Basiszone
ist größer als
die Dotierstoffdichte der p-Muldenzone 902 des herkömmlichen
Schaltelements, welches in 6A dargestellt
ist. Damit war in dem Schaltelement 30 der dargestellten
Ausführungsform die
Sperrspannungsfestigkeit am pn-Übergang
zwischen der Source-Zone 7 und der Basiszone 6 (dem Halbleitersubstrat 1)
kleiner als die Sperrspannungsfestigkeit des pn-Übergangs zwischen der Source-Zone 907 und
der p-Muldenzone 902 (dem Halbleitersubstrat 901)
des in 6A gezeigten herkömmlichen
Schaltelements. Damit muss berücksichtigt
werden, dass die Spannung (das Source-Potential), dargestellt durch
das Produkt des Verdrahtungswiderstands RS der
GNDH-Verdrahtung,
und des durch das Wandlerelement fließenden elektrischen Stroms,
unterdrückt
wird.
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Zu
diesem Zweck ist bei dieser Ausführungsform
in Hinblick auf den Umstand, dass die Sperrspannungsfestigkeit des
Schaltelements zur Abnahme neigt, nach 7 eine solche
Ausgestaltung gewählt,
dass im Vergleich zu einem Verdrahtungswiderstandswert RVH der Verdrahtung der Seite der Spannungsversorgung
(VH) für
die Zufuhr der Energie zu dem Wandlerelement 24, das ist
eine Leistungsverdrahtung 29A für das Wandlerelement, ein Verdrahtungswiderstand
RS der Masseverdrahtung (GNDH) 29B für das Wandlerelement,
das mit der Source-Zone des Schaltelements 30 verbunden
ist, um schließlich
mit der Masse des Hauptkörpers
der Aufzeichnungsvorrichtung verbunden zu werden, kleiner wird.
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Durch
diese Ausgestaltung kann, wenn das Layout der Verdrahtungen in einer
begrenzten Zone vorgenommen wird, in der die Verdrahtungsmuster auf
dem Substrat integriert sind, das Problem der Spannungsfestigkeit
wirksam verkleinert werden.
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7 entspricht
einer vergrößerten Ansicht, die
einen Bereich VII in 5 entspricht. Um solche Verdrahtungswiderstände einzustellen,
wird, wie in den 6A und 6B gezeigt
ist, eine Breite der Verdrahtung aus Al (Aluminium) auf der GNDH-Seite größer gewählt als
bei der Verdrahtung 29A auf der VH-Seite. Die Verdrahtung 29A auf
der Seite der Versorgungsspannung (VH) ist mit einer Anschlussstelle 22A für die Spannungsversorgung
verbunden, und die Masseverdrahtung (GNDH) 29B für das elektrothermische
Wandlerelement ist mit einer Anschlussstelle 22B für GNDH verbunden.
Im Ergebnis ist die Anschlussstelle 22A mit dem elektrothermischen Wandlerelement 24 über den
Verdrahtungswiderstand RVH der VH-Verdrahtung 29A verbunden,
und die Anschlussstelle 22B ist mit der Source des Schaltelements 30 über den
Verdrahtungswiderstand RS der GNDH-Verdrahtung 29B verbunden.
Außerdem ist
die GNDL-Verdrahtung 29C zur Fixierung des Substratpotentials
auf das Massepotential vorhanden, und diese Verdrahtung 29C ist
mit einer Anschlussstelle 22C für GNDL verbunden. Obschon durch
die GNDH-Verdrahtung 28B ein starker elektrischer Strom
fließt,
fließt
dieser starke elektrische Strom nicht durch die GNDL-Verdrahtung 29C.
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Außerdem werden
bei dieser Ausführungsform
nicht nur durch Verringern des Widerstandswerts der GNDH-Verdrahtung 29B,
sondern auch durch Steigern des Werts der Spannungsversorgung für das elektrothermische
Wandlerelement 24 durch bestmögliche Verwendung der Besonderheiten
der Erfindung und durch Einstellen des Widerstandswerts des elektrothermischen
Wandlerelements auf einen hohen Wert die elektrischen Ströme, die
durch die VH-Verdrahtung 29A und die GNDH-Verdrahtung 29B fließen, reduziert
ohne wesentliche Änderung der
in dem elektrothermischen Wandlerelement verbrauchten Energie. Um
den Widerstandswert des elektrothermischen Wandlerelements 24 zu
steigern, wird bei der dargestellten Ausführungsform als Werkstoff für das Wandlerelement
anstelle des herkömmlichen
Tantalnitrids ein Werkstoff wie beispielsweise Tantalnitrid-Silicium mit hohem
spezifischen Widerstand und stabilem Widerstandswert in bezug auf Wärme verwendet.
Der spezifische Widerstand eines solchen Werkstoffs beträgt 450 μΩ·cm oder
mehr, verglichen mit dem herkömmlichen
spezifischen Widerstand, der unter 450 μΩ·cm liegt. Bei der dargestellten
Ausführungsform
wird, wenn die Form des elektrothermischen Wandlerelements 24 die
gleiche wie bei der herkömmlichen
Ausführungsform
ist, durch Verwenden des Werkstoffs für das Wandlerelement mit einem
spezifischen Widerstand von 800 bis 100 μΩ·cm der Flächenwiderstand des Wandlerelements
zu 200 Ω/⎕.
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Als
weitere Methode zum Steigern des Widerstandswerts gibt es gemäß 8 eine
Methode, bei der das elektrothermische Wandlerelement derart ausgebildet
wird, dass zwei oder mehr voneinander getrennte Wärmeerzeugungselemente
für das
einzelne Schaltelement 30 vorgesehen sind und diese Wärmeerzeugungselemente
in Reihe geschaltet benachbart zueinander angeordnet werden. Im
dargestellten Beispiel sind zwei Wärmeerzeugungselemente 24A und 246 vorgesehen.
Das Wärmeerzeugungselement
bedeutet hier ein Element mit dem gleichen Aufbau wie das elektrothermische
Wandlerelement, welches zum Anlegen einer Ausstoßenergie an die Flüssigkeit
(Tinte) dient und eine ähnliche Funktion
hat wie das einzelne elektrothermische Wandlerelement, indem die
mehreren Wärmeerzeugungselemente
kombiniert werden. Die Ausstoßöffnung,
die auf der Vorderseite des elektrothermischen Wandlerelements 24 gebildet
ist, hat eine vollständig kreisförmige Gestalt
oder eine dieser nahekommende elliptische Form. Damit ist eine übertrieben
längliche
Form als Wärmeerzeugungsfläche für das Wandlerelement
nicht bevorzugt. Um den Widerstandswert des Wandlerelements zu steigern
und damit die Beschränkung
der Form der Wärmeerzeugungsfläche einzuhalten,
ist es damit bevorzugt, wenn die mehreren Wärmeerzeugungselemente 24A und 24B elektrisch
in Reihe geschaltet sind und sich in gegenseitiger Nachbarschaft
befinden, um eine insgesamt im wesentlichen quadratische Wärmeerzeugungsfläche zu bilden.
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Durch
diese Ausgestaltung kann eine zur Blasenbildung beitragende Zone
im wesentlichen quadratische Form haben, die sich gegenüber der herkömmlichen
Form nicht nennenswert ändert,
wobei aber der Widerstandswert des Wandlerelements gegenüber dem
der herkömmlichen
Ausgestaltung um etwa das Vier-Fache gesteigert werden kann.
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9 ist
ein Ersatzschaltbild entsprechend dem in 8 gezeigten
Aufbau. 9 veranschaulicht den Umstand,
dass das Potential des Substrats an das Schaltelement 30 angelegt
wird von der Anschlussstelle 22C über die Verdrahtung 29C für die Potentialfixierung
der Masse (GNDL), wobei die Anschlussstelle 298 an die
Source des Schaltelements 30 über den Verdrahtungswiderstand
RS der Masseverdrahtung (GNDL) 298 für das elektrothermische Wandlerelement
angeschlossen ist und die Anschlussstelle 22A mit dem elektrothermischen
Wandlerelement 24 über
den Verdrahtungswiderstand RVH der Energieversorgungsverdrahtung 29A des
Wandlerelements angeschlossen ist. Wie oben erwähnt, ist RS kleiner
als RVH.
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Als
nächstes
soll im Vergleich zu der bei dem herkömmlichen elektrothermischen
Wandlerelement angelegten Spannung und dem herkömmlichen Widerstand durch Anwendung
des Aufbaus nach der vorliegenden Ausführungsform gezeigt werden,
wie die Energieeinsparung konkret erreicht wird.
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In
der herkömmlichen
Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung wurde eine Versorgungsspannung von
16 bis 19 V für
das elektrothermische Wandlerelement verwendet. Im Gegensatz dazu
wird bei der vorliegenden Ausführungsform,
da der oben erläuterte
DMOS-Transistor als Schaltelement eingesetzt werden kann, als Spannungsversorgung
für das
Bauelement eine Spannung von 20 bis 30 V verwendet, die gleich oder ähnlich groß ist wie
die Spannungsversorgung für
den Motor des Hauptkörpers
der Druckvorrichtung (Aufzeichnungsvorrichtung). Hier wurde eine
Spannung von 24 V angelegt. Wenn dabei der Widerstandswert des elektrothermischen Wandlerelements
nicht geändert
wird, erhöht
sich der Stromfluss bei zunehmender Versorgungsspannung mit dem
Ergebnis, dass, weil nicht nur der Energieverbrauch des Wandlerelements
größer wird,
sondern auch das Source-Potential des Schaltelements (bezüglich des
p-Substrats) größer wird
durch den Widerstand der Verdrahtung zum Zuführen der Energie zu dem elektrothermischen
Wandlerelement, die Spannungsfestigkeit zwischen der Source und
der Mulde (dem Substrat) in dem Schaltelement ebenfalls beträchtlich.
Folglich wurde in der dargestellten Ausführungsform als Widerstands-Filmschicht
des elektrothermischen Wandlerelements eine Dünnschicht mit einem Flächenwiderstand
von 200 Ω/⎕ verwendet,
anstelle des herkömmlichen
Flächenwiderstands
von 100 Ω/⎕.
Die Größe des elektrothermischen
Wandlerelements wird zu 37 × 37 μm gewählt. Außerdem wird
der Widerstand der Verdrahtung für das
elektrothermische Wandlerelement auf 30 Ω auf der Stromversorgungsseite
eingestellt (30 Ω ist
hier ein Wert, den man erhält
durch Messen des Widerstands von dem Elektrodenverdrahtungsteil
auf der Spannungsversorgungsseite nahe dem elektrothermischen Wandlerelement
in bezug auf die Anschlussstelle des Substrats für den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf)
und wird auf 10 Ω auf
der Source-Seite des Schaltelements eingestellt (10 Ω ist hier ein
Wert, den man erhält
durch Messen des Widerstands von dem Verdrahtungsteil in der Nähe der Source
des Schaltelements in bezug auf die Anschlussstelle des Substrats
des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs). Unter dieser Bedingung beträgt, wenn
das Schaltelement eingeschaltet wird, obschon der elektrische Strom
von etwa 100 mA fließt,
die bei einem Verdrahtungswiderstand von 10 Ω auf der Source-Seite erzeugte
Spannung etwa 1 V. Solange eine solche Spannung erzeugt wird, lässt sich
die Spannungsfestigkeit zwischen Source und Substrat ohne irgendein
Problem erreichen.
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Als
weiteres Beispiel, bei dem der Widerstand des elektrothermischen
Wandlerelements erhöht
wird, sind zwei Wärmeerzeugungselementzonen
mit jeweils einer Größe von 12 × 27 μm elektrisch in
Reihe geschaltet, und diese Elemente sind benachbart zueinander
mit einem Abstand von etwa 3 μm
angeordnet und bilden damit das elektrothermische Wandlerelement
mit einer Größe von etwa
27 × 27 μm. In diesem
Fall wird zwar als Material für
das elektrothermische Wandlerelement ein Werkstoff mit einem Flächenwiderstand
von etwa 80 Ω/⎕ verwendet,
dessen Widerstandswert etwa 360 Ω (das 4,5-Fache)
beträgt,
so dass der Widerstandswert höher
ist, als wenn man ein Material mit einem Flächenwiderstand von 200 Ω/⎕ verwendet,
dabei lässt
sich aber ein elektrischer Stromfluss weiter reduzieren. Durch diese
Maßnahme
lässt sich
das Sourcepotential innerhalb des Spannungsfestigkeitsbereichs zwischen
der Source und dem Substrat in dem Schaltelement unterdrücken, und
der Verlust aufgrund des Widerstands der Verdrahtung lässt sich
reduzieren, um damit insgesamt eine Energieeinsparung zu erreichen.
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(Zweite Ausführungsform)
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Ein
grundlegender Aufbau eines Halbleiterbauelements (eines Substrats
für einen
Tintenstrahlaufzeichnungskopf) für
eine Flüssigkeits-Ausstoßvorrichtung
nach einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung ist der gleiche wie der bei der ersten Ausführungsform.
Hauptunterschiede zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform
sind die Positionen der Drain-Zonen 8 und 9 und
deren Herstellungsprozesse.
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10 zeigt
einen Grundriss eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf-Substrats (im folgenden einfach
als Substrat bezeichnet) für
eine Flüssigkeits-Ausstoßvorrichtung
nach einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung, und 11A, 11B, 11C, 11D und 11E zeigen Schnittansichten des Substrats.
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Bei
einem Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterbauelements, in welchem
mehrere elektrothermische Wandlerelemente und mehrere Schaltelemente
für den
Stromdurchfluss in den mehreren Wandlerelementen auf einem Halbleitersubstrat
vom ersten Leitungstyp integriert sind, enthält ein Verfahren zum Fertigen
dieses Substrats einen Schritt (11A)
zur Ausbildung einer Halbleiterschicht 2 vom zweiten Leitungstyp
auf einer Hauptfläche
des Substrats 1 vom ersten Leitungstyp, einen Schritt zum
Ausbilden einer Gateisolierschicht 203 auf der Halbleiterschicht,
einen Schritt (11B) zur Ausbildung einer Gateelektrode 4 auf
der Gateisolierschicht, einen Schritt (11C)
zum Dotieren von Dotierstoff eines ersten Leitungstyps unter Verwendung
der Gateelektrode als Maske, einen Schritt (11D)
zur Ausbildung einer Halbleiterzone 6 durch Verstreuen
der Dotierstoffe des ersten Leitungstyps derart, dass diese Dotierstoffe
tiefer eindringen als die Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp,
und einen Schritt (11E) zur Ausbildung der Source-Zone 7 des
zweiten Leitungstyps auf der Oberfläche der Halbleiterzone 6 und
der Drain-Zonen 8 und 9 des zweiten Leitungstyps
auf der Oberfläche der
Schicht 2 des zweiten Leitungstyps unter Verwendung der
Gateelektrode als Maske. Im folgenden soll eine detaillierte Erläuterung
gegeben werden.
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Zunächst wird
gemäß 11A das p-Halbleitersubstrat 1 vorbereitet,
und es werden auf der Oberfläche
des Substrats 1 durch selektives Einbringen von n-Dotierstoffen
in Bereiche, in denen Mulden gebildet werden sollen, die n-Muldenzonen 2 ausgebildet.
Diese n-Muldenzonen 2 können
auf der gesamten Oberfläche
des Substrats 1 gebildet werden.
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Wenn
die n-Muldenzonen 2 auf der gesamten Oberfläche des
p-Halbleitersubstrats 1 gebildet werden, kann man von epitaxischem
Wachstum Gebrauch machen.
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Dann
wird nach 11B eine Gateoxidschicht (eine
Gateisolierschicht) 203 mit einer Schichtdicke von etwa
50 nm durch Wachstum auf den n-Muldenzonen 2 gebildet,
beispielsweise durch Verbrennungs-Wasserstoffoxidation, und auf
der Gateoxidschicht 203 wird mehrkristalliges Material mit
einer Dicke von etwa 300 nm gebildet, beispielsweise durch Anwenden
eines LPCVD-Verfahrens (chemisches Niederdruck-Aufdampfen). Gleichzeitig mit
dem Niederschlagen des mehrkristallinen Siliciums mit Hilfe des
LPCVD-Verfahrens wird beispielsweise phosphordotiert, oder es wird
nach dem Niederschlagen phosphordotiert, zum Beispiel mit Hilfe eines
Ionenverfahrens oder eines Feststoffphasen-Dispersionsverfahrens, um den gewünschten Verdrahtungswiderstandswert
zu erreichen. Im Anschluss daran erfolgt die Musterbildung durch
Photolithographie, so dass der mehrkristalline Siliciumfilm geätzt wird.
Auf diese Weise lassen sich die Gateelektroden 4 des MIS-Feldeffekttransistors
ausbilden.
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Dann
erfolgt nach 11C die Musterbildung mittels
Photolithographie, um eine (nicht gezeigte) Maske aus Photoresistmaterial
für das
Ionen-Eintreiben zu bilden, und es wird ein p-Dotierstoff, beispielsweise
Bor, selektiv unter Verwendung dieser Maske in Form von Ionen eingetrieben,
außerdem
unter Verwendung der Gateelektrode 4 als Maske, um dadurch
die Dotierstoffschicht 205 zu bilden.
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Dann
erfolgt nach 11D eine Wärmebehandlung in einem Elektroofen,
beispielsweise für
60 Minuten bei einer Temperatur von 1100°C, um dadurch die Basiszonen 6 mit
einer Tiefe von etwa 2,2 μm
zu bilden und so die Muldenzonen 2 in seitlicher Richtung
elektrisch voneinander zu trennen. In der dargestellten Ausführungsform
ist bei dieser Wärmebehandlung
wichtig, die Basiszonen 6 tiefer sind als die Muldenzonen 2,
um letztere vollständig
abzutrennen, wobei die Bedingung für die Wärmebehandlung nach Maßgabe der
Tiefe und der Dichte der Muldenzone 2 bestimmt werden,
auch abhängig
vom Typ des Dotierstoffs oder von der Dichte der Dotierstoffschicht 205 und
dem Typ des Dotierstoffs. Die Tiefe der Basiszone 6, von
der bei der Erfindung Gebrauch gemacht wird, kann beispielweise
aus einem Bereich von etwa 1 μm
bis 3 μm
ausgewählt
werden, die Dichte der Basiszone 6 an der äußersten
Oberfläche
lässt sich
auswählen
aus einem Bereich von etwa 1 × 1015/cm3 bis 1 × 1019/cm3.
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Dann
werden nach 11E die Source-Zonen 7,
die ersten Drain-Zonen 8 und die zweiten Drain-Zonen 9 beispielsweise
durch Ionenimplantation von Arsen unter Verwendung der Gateelektrode 4 als
Maske ausgebildet. Auf diese Weise werden die Source-Zonen 7 und
die Drain-Zonen 8 und 9 in etwas überlappender
Weise unter Selbstausrichtung durch die Gateelektroden ausgebildet.
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Anschließend erfolgt
zum Beispiel eine Wärmebehandlung
während
30 Minuten bei einer Temperatur von 950°C, so dass die Source-Zonen 7,
die ersten Drain-Zonen 8 und die zweiten Drain-Zonen 9 aktiviert
werden.
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Obschon
nicht dargestellt, wird anschließend eine Oxidschicht mit Hilfe
des CVD-Verfahrens
(chemisches Niederschlagen aus der Dampfphase) aufgebracht, um eine
Zwischenschicht-Isolierschicht auszubilden, und es werden Kontaktlöcher für die Kontakte 11 (siehe 10)
geöffnet,
und dann werden durch Niederschlagen und Muster-Bildung des Leitermaterials
die Verdrahtungen gebildet. Auf Wunsch können mehrlagige Verdrahtungen
gebildet werden, um dadurch das Substrat als integrierte Schaltung
zu vervollständigen.
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Die
elektrothermischen Wandlerelemente werden in diesem Schritt der
Verdrahtungsbildung unter Verwendung eines bekannten Dünnschichtverfahrens
gebildet und auf dem Substrat 1 integriert. Der Schaltungsaufbau
ist der gleiche wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform.
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Bei
der hier dargestellten Ausführungsform werden,
da die Basiszonen 6, die Source-Zonen 7 und die
Drain-Zonen 8, 9 mit Hilfe der Gateelektrode als
Ionenimplantationsmaske ausgebildet werden, diese Zonen ausgerichtet
mit Hilfe der Gateelektroden, wodurch eine hohe Integration des
Schaltelement-Arrays ebenso erreicht wird wie eine Gleichmäßigkeit
der Eigenschaften der verschiedenen Elemente. Da außerdem die
Soure-Zonen 7 und die Drain-Zonen 8, 9 im
gleichen Schritt hergestellt werden, lassen sich die Fertigungskosten
niedrig halten.
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12 zeigt
ein Beispiel für
einen Schnitt durch einen Teil eines Aufzeichnungskopfs für den Fall,
dass das Substrat nach dem in den 1 bis 10 und
den 11A bis 11E dargestellten Verfahren
hergestellt wurde und in eine Flüssigkeits-Ausstoßvorrichtung,
beispielsweise den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf,
eingebaut wurde. Obschon 12 schematisch
einen Zustand zeigt, in welchem die n-Muldenzonen 2, die
Gateelektroden 4, die p-Basiszonen 6,
die n-Source-Zonen 7 und die n-Drain-Zonen 8 auf
dem p-Halbleitersubstrat
aus monokristallinem Silicium ausgebildet sind, welche Zonen den
MIS-(Metall-)Isolierstoff-Halbleiter-)Feldeffekttransistor bilden,
wie oben erläutert
wurde, ist es bevorzugt, wenn die Transistoren in dem Array ohne
exklusive Elementen-Trennzonen zwischen den Transistoren (Segmenten)
ausgebildet sind.
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Außerdem sind
auf dem Halbleitersubstrat 1 eine Isolierschicht 817 als
Wärmansammlungsschicht
und Isolierschicht aus Siliciumoxid, eine Wärmeerzeugungs-Widerstandsschicht 818 in
Form einer Tantalnitrid-Schicht oder einer Siliciumnitrid-Tantal-Schicht,
eine Verdrahtung 819 in Form einer Aluminiumlegierungsschicht
und eine Schutzschicht 820, beispielsweise in Form einer
Siliciumnitridschicht, ausgebildet. Auf diese Weise wird ein Substrat 940 des
Aufzeichnungskopfs gebildet. Der Wärmeerzeugungsteil ist hier
durch das Bezugszeichen 850 bezeichnet, die Tinte wird
aus einem Tintenaustragteil 860 ausgebildet. Außerdem wirkt
eine obere Platte 870 mit dem Substrat 940 zusammen,
um einen Flüssigkeitsweg 880 zu
bilden.
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Im
folgenden sollen die Arbeitsweisen der unterschiedlichen, oben beschriebenen
Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben werden.
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13 und 14 zeigen
eine Grundrissansicht bzw. eine Schnittansicht eines MIS-Feldeffekttransistor-Arrays.
Durch unabhängiges
oder gleichzeitiges Betreiben der MIS-Feldeffekttransistoren, die
in dem Halbleitersubstrat 1 gebildet sind, lässt sich
die elektrische Trennung zwischen den elektrothermischen Wandlerelementen,
die zu einer Matrix verschaltet sind, aufrecht erhalten. An dieser Stelle
ist gezeigt, dass die Gateelektrode 4, die n-Source-Zonen 7,
die n-Drain-Zonen 8, weitere n-Drain-Zonen 9,
Kontakte 11, Source-Elektroden 12, Drain-Elektroden 13 und
die n-leitenden Flächenspannungs-Drainzonen 18 auf
dem Halbleitersubstrat 1 vorgesehen sind.
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Allerdings
ist zum Treiben der elektrothermischen Wandlerelemente ein starker
Strom erforderlich, wenn der oben beschriebene herkömmliche MIS-Feldeffekttransistor
betrieben wird, so dass der in Sperrrichtung vorgespannte pn-Übergang zwischen Drain und
Mulde (hier zwischen dem Drain und dem Halbleitersubstrat) das starke
elektrische Feld nicht vertragen konnte und es folglich zu elektrischen Leckströmen kam
mit dem Ergebnis, dass die Spannungsfestigkeit, die für ein Substrat
eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs zum Treiben der Wandlerelemente
erforderlich ist, nicht erfüllt
werden konnte. Da außerdem
das starke elektrische Feld benötigt wird,
wenn der Einschaltwiderstand des MIS-Feldeffekttransistors groß ist, kann
aufgrund des nutzlosen Verbrauchs des elektrischen Felds der zum
Betreiben der elektrothermischen Wandlerelemente erforderliche elektrische
Strom nicht erreicht werden.
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Um
außerdem
die Spannungsfestigkeit zu verbessern, kann man ein MIS-Feldeffekttransistor-Array
betrachten, wie es in 15 im Grundriss und in 16 im
Querschnitt dargestellt ist. Auf dem p-Halbleitersubstrat 1 befinden
sich n-Muldenzonen 2, Gateelektroden 4, p-Basiszonen 106,
n-Source-Zonen 7, n-Drain-Zonen 8, weitere n-Drain-Zonen 9,
Basiselektroden-Einleitschichten 10, Kontakte 11, Source-Elektroden 12 und
Drain-Elektroden 13.
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Der
Aufbau des MIS-Feldeffekttransistors unterscheidet sich von dem
normalen Aufbau und ist so ausgestaltet, dass die Tiefe des Drains,
welche die Spannungsfestigkeit bestimmt, dadurch erhöht ist, dass
der Kanal in dem Drain und den Kanälen mit geringer Dotierstoffdichte
ausgebildet ist, wodurch die Spannungsfestigkeit gesteigert ist.
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Wenn
allerdings die MIS-Feldeffekttransistoren als Array ausgestaltet
sind, lässt
sich die elektrische Trennung zwischen den elektrothermischen Wandlerelementen
nicht beibehalten, da die Drains der einzelnen Transistoren durch
eine einzelne gemeinsame Halbleiterschicht gebildet sind und sämtliche
Drainpotentiale identisch werden, solange die exklusiven Elemente-Trennzonen
sich zwischen den Schaltelementen befinden, die zum Trennen der Drains
unabhängig
betrieben werden müssen.
Wenn man außerdem
versucht erneut solche Elementen-Trennzonen
auszubilden, verkompliziert sich der Prozess mit Erhöhung der
Kosten, außerdem
wird die Fläche
zur Ausbildung der Elemente größer. Damit
eignet sich der in den 15 und 16 dargestellte
Aufbau des MIS-Feldeffekttransistors nicht für das Transistor-Array der
Flüssigkeits-Ausstoßvorrichtung.
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Da
andererseits bei dem Substrat für
Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfe
der obigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen
die Dichte der Drains geringer eingestellt werden kann als die Dichte
der Kanäle,
und die Drains sehr tief ausgebildet werden können, kann ein starker elektrischer
Strom aufgrund der hohen Spannungsfestigkeit fließen, und
man kann einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb bei geringem Einschaltwiderstand
erreichen, so dass man eine hohe Integrationsdichte bei beträchtlicher
Energieeinsparung erzielen kann. Ohne Erhöhung der Kosten lässt sich
in dem Substrat, in welchem die Array-Ausbildung durch mehrere Transistoren
erforderlich ist, die Trennung zwischen den Elementen in einfacher
Weise erreicht werden.
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Wenn
die vorliegende Erfindung und die MIS-Feldeffekttransistoren mit
der Einzelelementeigenschaft ähnlich
wie bei der Erfindung und mit einem Aufbau, wie er in den 15 und 16 gezeigt
ist, tatsächlich
ausgebildet werden, indem man die Elementen-Trennzonen vorsieht,
um die elektrische Trennung zu garantieren, und man die gleiche Anzahl
von Masken entsprechend der gleichen Entwurfsregel verwendet, so
erfordert der MIS-Feldeffekttransistor nach der Methode gemäß den 15 und 16 in
Array-Anordnungsrichtung 12,0 μm zur
Ausbildung eines Segments. Im Fall des MIS-Feldeffekttransistors
des erfindungsgemäßen Aufbaus
nach den 1 und 2 hingegen
beträgt die
Länge in
der Array-Anordnungsrichtung 6,0 μm, so
dass sich das Segment mit 1/2 der Länge ausbilden lässt. Dieses
Abmessungsverhältnis
(Verhältnis von
Länge in
der Array-Anordnungsrichtung des Aufbaus nach den 1 und 2 zu
der Referenzlänge
in der Array-Anordnungsrichtung des Aufbaus nach den 15 und 16)
lässt sich
dann verkleinern, wenn die Entwurfsregel immer feiner wird.
-
{Flüssigkeits-Ausstoßvorrichtung}
-
Im
folgenden wird ein Tintenstrahldrucker (Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung)
als Tinten-Ausstoßvorrichtung
gemäß der Erfindung
erläutert.
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17 ist
eine Ansicht eines Schaltungsaufbaus eines Halbleiterbauelements
(eines im folgenden einfach als Substrat bezeichneten Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf-Substrats),
das einen Aufzeichnungskopf der Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß der Erfindung
bildet. Als Halbleiterbauelement können sämtliche Bauelemente verwendet
werden, die gemäß den oben
erläuterten
Ausführungsformen
gefertigt werden.
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In 17 sind
die mehreren elektrothermischen Wandlerelemente 24 auf
dem Substrat 21 vorgesehen, und erste Enden der Wandlerelemente 24 sind
gemeinsam an eine Treiber-Spannungsversorgung VH angeschlossen,
während
die anderen Enden über
die Schaltelemente 30 geerdet sind, die entsprechend den
Wandlerelementen 24 vorhanden sind. Eine Zwischenspeicherschaltung 403 und
ein Schieberregister 404 befinden sich auf dem Substrat 21.
Zum Zweck der kompakteren Ausgestaltung der Spannungsversorgung
des Hauptkörpers
der Aufzeichnungsvorrichtung durch Reduzierung der Anzahl von elektrothermischen
Wandlerelementen 24, die gleichzeitig angesteuert werden,
um den momentanen elektrischen Strom zu verringern, ist die Gruppe
elektrothermischer Wandlerelemente in Blöcke unterteilt, die eine vorbestimmte
Anzahl von Wandlerelementen enthalten, und es ist eine zeitlich
abgestuft arbeitende Blocktreiber-Auswahllogik 405 vorhanden,
beispielsweise in Form eines Decoders, um das unterteilte Ansteuern
für jeden
Block zu steuern. Außerdem
ist ein logischer Systempuffer 406 mit Hystereseeigenschaften
auf dem Substrat 21 ausgebildet. Als Eingangssignale gibt
es einen Takt zum Treiben des Schieberegisters, Bilddaten, die einen Bilddateneingang
zum Empfangen von Bilddaten in serieller Form, einen Zwischenspeichertakt
zum Daten von Halten in einer Zwischenspeicherschaltung, ein Blockfreigabesignal
zum Auswählen
des Blocks, einen Heizimpuls zum externen Steuern der Einschaltzeit
eines Leistungstransistors, das heißt der Zeit, während der
das elektrothermische Wandlerelement angesteuert wird, eine Logikschaltungs-Versorgungsspannung
(5V), eine Masseleitung (GND) und eine Treiberversorgungsspannung
VH, die über
Anschlussstellen 407, 408, 409, 410, 411, 412, 413 und 414 an
dem Substrat eingegeben werden. Außerdem gibt es eine UND-Schaltung 420,
die für
jedes Schaltelement 330 das logische Produkt (UND-Verknüpfung) eines
Heizimpulses, eines Ausgangssignals des Zwischenspeichers 403 und
eines Ausgangssignals des Decodierers 405 bildet, um das
Schaltelement 30 auf der Grundlage des Ergebnisses zu steuern
und dadurch den Fluss des Treiberimpulses durch das elektrothermische
Wandlerelement zu bestimmen. Digitale Bildsignale, die über die
Anschlussstelle 408 eingegeben werden, werden von dem Schieberegister 404 zu einer
parallelen Anordnung umgebildet und in der Zwischenspeicherschaltung 403 gespeichert.
Wenn das Logikgatter freigegeben wird, abhängig von den in der Zwischenspeicherschaltung 403 gespeicherten
Signalen, gelangen die Schaltelemente 30 in den Einschalt-
oder Ausschaltzustand, wodurch elektrischer Strom durch die ausgewählten elektrothermischen
Wandlerelemente 24 fließt.
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Die
Transistoren nach den obigen Ausführungsformen lassen sich vorzugsweise
als die Schaltelemente einsetzen. Wie oben ausgeführt, sind
die exklusiven Elementen-Trennzonen
nicht zwischen den Schaltelementen in dem Array gebildet, und es ist
bevorzugt, wenn die Elementen-Trennzonen wie beispielsweise Feldisolierschichten
zwischen mehreren Arrays vorgesehen sind, so zum Beispiel zwischen
dem Schaltelement-Array und dem Array aus elektrothermischen Wandlerelementen,
außerdem zwischen
dem Schaltelement-Array und dem Logikgatter (oder der Zwischenspeicherschaltung
oder dem Schieberegister).
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18 ist
eine schematische Ansicht des Tintenstrahlkopfs. An dem Substrat 21,
auf dem die Schaltungen nach 17 ausgebildet
sind, sind in mehreren Reihen mehrere elektrothermische Wandlerelemente 24 angeordnet,
jeweils vorgesehen zum Erzeugen von Wärme durch den elektrischen
Stromfluss und zum Ausstoßen
der Tinte aus einer Ausstoßöffnung 53 durch
Bläschen,
die von der Wärme erzeugt
werden. Jedes elektrothermische Wandlerelement ist einer entsprechenden
Verdrahtungselektrode 54 zugeordnet, wobei ein Ende der
Verdrahtungselektrode elektrisch mit dem Schaltelement 30 verbunden
ist. Ein Strömungsweg 55 zum
Zuführen der
Tinte zu der Ausstoßöffnung 53 gegenüber dem elektrothermischen
Wandlerelement 24 ist entsprechend der Ausstoßöffnung 53 vorgesehen.
Wände, die
die Ausstoßöffnungen 53 und
die Strömungswege 55 bilden,
sind in einem mit Nuten versehenen Element 56 vorgesehen,
und durch Verbinden des mit Nuten versehenen Elements 56 mit
dem Substrat 21 wird eine gemeinsame Flüssigkeitskammer 57 zum
Zuführen
der Tinte zu den mehreren Strömungswegen 55 gebildet.
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19 zeigt
den Aufbau eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs, bei dem das Substrat 21 gemäß der Erfindung
eingebaut ist, wobei das Substrat 21 in einen Rahmen 58 eingefügt ist.
Wie oben ausgeführt,
ist das die Ausstoßöffnung 53 und
die Strömungswege 55 bildende
Element 56 an dem Substrat befestigt. Es sind Kontaktanschlussstellen 59 zum
Empfangen elektrischer Signale von der Vorrichtung vorgesehen, so
dass die elektrischen Signale als unterschiedliche Treibersignale
dem Substrat 21 über
ein flexibles Verdrahtungssubstrat 60 seitens einer Steuerung
des Hauptkörpers
der Vorrichtung zugeführt
werden.
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20 ist
eine schematische Ansicht einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung IJRA, in der der
erfindungsgemäße Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf
eingesetzt ist.
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Ein
mit einer schraubenförmigen
Nut 5004 einer Führungsspindel 5005,
die von Kraftübertragungszahnrädern 5011 und 5009 synchron
mit der normalen und Rückwärtsdrehung
eines Treibermotors 5013 gedreht wird, ist ein Schlitten
HC in Eingriff. Er trägt
abnehmbar den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf und besitzt (nicht
dargestellte) Anschlussstifte und wird in Pfeilrichtungen a und
b hin und her verschoben. Eine Papierniederhalteplatte 5002 hat
die Aufgabe, einen Druckträger
(typischerweise einen Papierbogen) gegen eine Gegendruckauflage 5000 zu
drängen,
und dient als Druckträger-Transporteinrichtung über die
gesamte Schlittenverschiebungsrichtung hinweg. Photokoppler 5007 und 5008 bilden Ruhestellungs-Detektoreinrichtungen
zum Erkennen des Vorhandenseins eines Hebels 5006 des Schlittens,
um die Drehrichtung des Motors 5013 umzuschalten. Ein Element 5016 dient
zum Haltern eines Deckelelements 5022 zum Abdecken der
Vorderseite des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs, und eine Saugeinrichtung 5015 dient
zum Ansaugen des Innenraums des Deckels, um eine durch Saugen bewirkte Wiederherstellung
des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs über eine Deckelöffnung 5023 vorzunehmen. Eine
Reinigungsklinge 5017 und ein Element 5019 zum
Verschieben der Klinge in Vorwärts-Rückwärts-Richtung
werden von einer Hauptkörper-Trägerplatte 5018 aufgenommen.
Es sei hier angemerkt, dass hier auch jede andere bekannte Reinigungsklinge
als die dargestellte Klinge eingesetzt werden kann. Außerdem wird
ein Hebel 5012 zum Starten des Saugvorgangs für die Ansaug-Wiederherstellung synchron
mit einer Schiebebewegung einer Steuerkurve 5020, die mit
dem Schlitten in Eingriff steht, verschoben, und eine Treiberkraft
von dem Antriebsmotor wird von einer an sich bekannten Übertragungseinrichtung,
beispielsweise einer Kupplungsanordnung, in der Verschiebung gesteuert.
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Obschon
das Abdecken, das Reinigen und das Wiederherstellen durch Ansaugen
derart durchgeführt
werden, dass, wenn der Schlitten eine Ruheposition erreicht, lässt sich
der gewünschte
Prozess auch an zugehörigen
Stellen aufgrund der Wirkung der Führungsspindel 5005 durchführen, solange
die gewünschten
Vorgänge
in einem bekannten zeitlichen Ablauf stattfinden, so dass jede bekannte
Methode für
dieses Beispiel verwendet werden kann. Die oben beschriebenen Ausgestaltungen
sind hervorragende Erfindungsbeispiele, sowohl unabhängig voneinander
als auch in Kombination, und sie sind bauliche Beispiele, die für die vorliegende
Erfindung bevorzugt sind.
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Die
Aufzeichnungsvorrichtung enthält
außerdem
eine Signalzuführeinrichtung
zum Zuführen
eines Treibersignals zum Treiben des Wärmeerzeugungselements sowie
weitere Signale zu dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf (dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf-Substrat).