JP2000062168A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板サイズの小サイズ化、実装工程の簡略化
及び低価格化、振動板の対向電極の高密度化、工程の簡
略化等を図る。 【解決手段】 ノズル３３０と、ノズルに連通するイン
ク液室１３０と、流路の一部に設けられた振動板１２０
と、振動板に対向して設けられた個別電極２２０とを有
する。振動板１２０に取り付けられた共通電極と個別電
極２２０間に駆動電圧を印加し、振動板１２０を静電力
により変形させ、ノズル３３０からインク液滴を吐出す
る。個別電極２２０は単結晶シリコン基板２１０の表面
に形成されており、個別電極２２０に外部から電位を与
えるための電極取り出しパッド２５０が単結晶シリコン
基板２１０の振動板側１２０と反対の面に設けられてい
る。個別電極２２０と個別電極取り出しパッド２５０間
が、単結晶シリコン基板２１０中に埋め込まれた多結晶
シリコン２４０で電気的に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッド、より詳細には、インクジェット記録装置のプリン
トヘッドに関し、例えば、プリンタ、ファクシミリ、複
写機等の記録に使用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】図１６は、特開平７−１２５１９６号公
報に開示されたインクジェットヘッドの一例を説明する
ための断面図で、図１６（Ａ）は要部断面図、１６
（Ｂ）は図１６（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図で、図中、１は
第１の基板、２は第２の基板、３は第３の基板で、これ
らの基板を図示のごとく接合することによって、ノズル
孔４、インク室６、オリフィス７、インクキャビティ８
等が形成される。第１の基板１には、振動板５が一体的
に形成され、第２の基板２には、該振動板５に対して、
ギャップＧを介して個別電極９が形成されている。個別
電極９と振動板５の共通電極との間には、駆動回路１１
が接続され、該駆動回路１１より、個別電極９と共通電
極（振動板５）との間に電圧を印加すると、これら個別
電極９と振動板５との間にギャップＧを介して静電引力
が働き、印加電圧を解除した時に、振動板５が跳ね返
り、インク室６内のインクを加圧し、ノズル孔４よりイ
ンク滴を噴射し、記録紙１２上に印写するものである。
而して、このインクジェットヘッドにおいては、個別電
極と振動板電極とは、それぞれの同一の平面１，２上に
引き出され、そこで電圧が印加されるようになってい
る。

【０００３】図１７は、特開平５−１６９６６０号公報
に開示されたインクジェットヘッドの一例を説明するた
めの要部断面図で、このインクジェットヘッドは、支持
体２１と、該支持体２１に沿って配置され、記録信号に
応じて吐出口２２からインクを吐出するために利用され
るエネルギーを発生するエネルギー発生手段が設けられ
たエネルギー基板２３と、前記支持体２１に沿って配置
され、接続端子２４を介して記録装置本体からの前記記
録信号を前記エネルギー基板２３に伝達するための配線
基板２５とを有し、前記支持体２１の前記エネルギー基
板２３が配置されている側とは反対側に前記接続端子２
４が配置されている。

【０００４】図１８は、本出願人の先に提案したインク
ジェットヘッド（特開平７−１２５１９５６号公報）の
一例を説明するための要部断面図で、このインクジェッ
トヘッドは、ガラス基板３１へ導体埋め込み用スルーホ
ール３２が形成され、ここに導体を埋め込み、振動板３
３の対向電極３４をスルーホール３２内に埋め込まれた
導体（図示せず）を通してガラス基板３１の裏面に引出
し、バンプ状導体３５を介して実装し、電圧をかけられ
るようにしている。なお、３７はインク導入口、３８は
インク室、３９はノズルで、図１６に示したインクジェ
ットヘッドと同様、対向電極（個別電極）３４と振動板
３３との間に電圧を印加して、振動板３３を撓ませ、そ
の反動力でインク室３８内のインクをノズル３９より吐
出させるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開平７−１２５１９
５号公報のインクジェットヘッド構造では、個別電極側
の実装表面高さＩと振動板側の実装表面高さIIが異なる
ため、それぞれに実装工程を行なう必要がある。また、
それぞれ個別電極、振動板から実装する領域まで電極を
引出して実装する必要があるとともに、個別電極を実装
する領域は振動板側の電極へ実装する領域よりも外側に
張り出す必要があり、必然的に基板のサイズが大きくな
る。

【０００６】特開平５−１６９６６０号公報のインクジ
ェットヘッド構造では、インクにエネルギーを伝達する
ためにエネルギー基板部と駆動回路部分をフレキシブル
基板やワイヤーボンディング、半田等を用いて接続する
が、その際、 １）エネルギーを伝達するための配線基板であるフレキ
シブル基板の曲がる範囲が限定され、支持体の厚みが必
要とされる。 ２）支持体裏側まで電極を引出すために、ワイヤーボン
ディング、配線基板、半田接続を用いる工程を踏んでお
り、実装にかかる時間を要し、また、コスト高になる。

【０００７】特開平７−１２５１９５号公報のインクジ
ェットヘッド構造では、ガラス基板に対してスルーホー
ルを開けて導体を埋め込むという困難な工程を要する。

【０００８】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、基板サイズの小サイズ化、実装工程の簡略
化及び低価格化、振動板の対向電極の高密度化、工程の
簡略化等を図ることを目的としてなされたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ノズ
ルと、該ノズルに連通するインク流路と、該流路の一部
に設けられた振動板と、該振動板に対向して設けられた
個別電極とを有し、前記振動板に取り付けられた共通電
極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を
静電力により変形させ、前記ノズルからインク液滴を吐
出するインクジェットヘッドにおいて、前記個別電極は
第１導電型の単結晶シリコン基板表面に形成されてお
り、該個別電極に外部から電位を与えるための電極取り
出しパッドが前記単結晶シリコン基板の前記振動板側と
反対の面に設けられており、前記個別電極と前記個別電
極取り出しパッド間が、前記単結晶シリコン基板中に埋
め込まれた第２導電型の多結晶シリコンで電気的に接続
されていることを特徴としたものである。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１において、前
記第１導電型の単結晶シリコン基板は表面が（１１０）
方向となるような単結晶シリコンであって、該単結晶シ
リコン基板中に埋め込まれた前記第２導電型多結晶シリ
コンとの界面が（１１１）面となっていることを特徴と
したものである。

【００１１】請求項３の発明は、ノズルと、該ノズルに
連通するインク流路と、該流路の一部に設けられた振動
板と、該振動板に対向して設けられた個別電極とを有
し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電
極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変
形させ、前記ノズルからインク液滴を吐出するインクジ
ェットヘッドにおいて、前記個別電極が単結晶シリコン
基板表面に形成されており、前記個別電極に外部から電
位を与えるための電極取り出しパッドが前記単結晶シリ
コン基板の前記振動板側と反対の面に設けられており、
前記個別電極と前記個別電極取り出しパッド間が、前記
単結晶シリコン基板中に絶縁膜を介して埋め込まれた多
結晶シリコンで電気的に接続されていることを特徴とし
たものである。

【００１２】請求項４の発明は、請求項３において、前
記単結晶シリコン基板は表面が（１１０）方向となるよ
うな単結晶シリコンであって、前記絶縁膜を介して前記
単結晶シリコン基板中に埋め込まれた前記多結晶シリコ
ンとの界面が（１１１）面となっていることを特徴とし
たものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１は、本発明の請
求項１および２のインクジェットヘッドの構成を示す図
で、ウエハサイズで振動板基板１１０、振動板１２０の
対向電極２２０をなす電極基板２１０を加工、組立後に
個別のチェップに切り出した状態を示している。図１
（Ａ）は、ヘッドの主要部をノズル側から見たときの平
面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、図１
（Ｃ）は、図１（Ｂ）のＣ−Ｃ断面図、図１（Ｄ）は、
図１（Ｂ）のＤ−Ｄ断面図である。振動板基板１１０
は、例えば、（１００）面もしくは（１１０）面を基板
表面に有するＳｉウエハからなり、そのＳｉウエハを加
圧液室の形状に合わせて溝加工し、板厚５μｍの振動板
１２０を構成している。

【００１４】振動板１２０の対向電極２２０が形成され
ている電極基板２１０は、本実施例においては（１１
０）面を基板表面に有するシリコン基板からなり、その
電極基板２１０には、振動板１２０に対向させた位置に
対向電極２２０が配置され、振動板１２０とその対向電
極２２０間には微小間隔（ギャップ）１５０を確保して
ある。電極基板２１０中に、対向電極２２０の位置に整
合させて、電極基板２１０の導電型と異なる導電型の多
結晶シリコン２４０を形成し、その多結晶シリコン２４
０を介して、電極基板２１０表側にある振動板１２０に
対向する対向電極２２０の電位を電極基板２１０の裏側
に引出している。さらに、電極基板２１０の対向電極が
形成されている面とは反対側の面（以後、この面を電極
基板裏面（第１表面）と称す。また、対向電極が形成さ
れている面を電極基板表面（第２表面）と称す）に多結
晶シリコン２４０に接続するように外部接続用パッドメ
タル２５０が形成されている。

【００１５】本実施例においては、多結晶シリコン中の
不純物はプロセス中の熱履歴により単結晶シリコン基板
中にも拡散していき、ＰＮ接合は単結晶シリコン中にで
きる。そのため、ＰＮ接合の逆方向リークも単結晶シリ
コンのみで作成した通常のものと比べて遜色ない。これ
らの構成の振動板基板１１０と電極基板２１０は直接接
合などにより張り合されており、さらにはインク供給口
３２０とインク吐出口であるノズル孔３３０を形成した
ノズル基板３１０が振動板基板１１０上に張り合わされ
ている。

【００１６】このようなインクジェットヘッドにおいて
振動板１２０と対向電極２２０の間に電圧を印加する
と、振動板１２０と電極２２０間に静電引力が働き、振
動板１２０は対向電極２２０の方向にたわむ。このとき
液室１３０は引圧となりインク供給のための流路１６０
を経て共通液室１４０から個別液室１３０へとインクが
供給される。電圧を切ると振動板１２０はＳｉの剛性に
よりもとの位置へと戻り、このとき個別液室１３０内の
インクが加圧され、ノズル孔３３０を経て記録紙上へと
インクが吐出される。

【００１７】図２は、本発明のインクジェットヘッドの
パッド取り出し部分のレイアウトについて概略（電極基
板２１０の裏面側から見た図）を示したものである。前
述したように、第１導電型半導体からなる電極基板２１
０中には、対向電極２２０に接するように第２導電型多
結晶シリコン２４０が形成されていて、電極基板２１０
の裏面側ではコンタクトホールを介して第２導電型多結
晶シリコン２４０に接するようにパッドメタル２５０が
形成されている。また、パッドメタル上に形成されたパ
ッシベーション膜２７０の１部にパッド取り出し孔２７
１が開口している。

【００１８】このとき、図２（Ａ）に示すように第２導
電型多結晶シリコン２４０直上もしくはその付近にパッ
ド取り出し孔２７１が開口されている場合もあれば、図
２（Ｂ）に示すように第２導電型不純物拡散領域２４０
とパッドメタル２５０のコンタクト領域からメタル２８
０を引き延ばして、別の場所にパット取り出し孔２７２
を開口することもできる。また、場合によっては多層メ
タル構造にしてもかまわない。また、電極基板の表面に
トランジスタ等を作り込んで、スイッチやドライブ回路
等を一体化することも可能である。

【００１９】図３乃至図５は、図１の構成のインクジェ
ットヘッドを形成する製造工程を説明するための要部断
面概略図で、製造工程を工程順に従って（Ａ）〜（Ｈ）
にて示す。なお、各工程に２つの断面図を示したが、上
の図は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、下の図は、図１
（Ａ）のＣ−Ｃ線断面に対応する断面図である。

【００２０】工程（Ａ）（図３（Ａ））：電極基板２１
０用ウエハとして厚さ４００μｍ程度のＰ型（１１０）
シリコンウエハを用い、その表面に約５００ｎｍの熱酸
化膜２６０を成長させる。続いて、電極基板２１０の裏
側表面上にフォトリソグラフィー技術を用いて所定の場
所が開口するようなレジストマスクを形成し、そのレジ
ストマスクを用いて先に成長させた酸化膜２６０をエッ
チングした後レジストマスクを除去して、酸化膜からな
るウエットエッチング用のマスクを形成する。そのマス
クを用いてＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロ
キシド）にてシリコンの異方性エッチングを行ない、電
極基板に貫通孔２１１を開ける（この時点ではエッチン
グマスクに用いた酸化膜が残っているが後の工程で除去
される）。ＴＭＡＨを用いて（１１０）ウエハを異方性
エッチすると、（１１０）面に比べて（１１１）面のエ
ッチング速度が非常に遅いため、（１１１）面がエッチ
ストップ面として現れる。その結果、エッチングマスク
の開口方向を特定の方向にすることにより、図に示した
ように垂直にエッチングされる面とテーパがついてエッ
チングされる面の両方が現れる。このとき隣接するビッ
ト間の壁面が垂直なエッチング面になるようにすること
により、ビット間隔が高密度になった場合においても、
隣接するビット用の貫通孔を分離させて開けることがで
きる。

【００２１】なお、上記実施例において、基板２１０と
してｐ型のものを用いたが、ｎ型基板を用いることも可
能である。また、基板２１０の厚みも前述した値に限っ
たものではない。また、本実施例では基板に貫通孔を開
けたが、完全に貫通させるのではなく、シリコン層を残
しておいても良い。

【００２２】工程（Ｂ）（図３（Ｂ））：工程（Ａ）で
貫通孔２１１を開けたシリコン基板２１０上に、マスク
に用いた酸化膜を除去した後に、ＣＶＤ法により多結晶
シリコン２４０を成長させる。工程（Ａ）で開けた貫通
孔の短手方向幅の概ね１／２の膜厚を成長させることに
より、貫通孔は多結晶シリコン２４０で埋められる。こ
のとき、反応ガスに、例えば、ＰＨ３を混ぜることによ
り、ｎ型の多結晶シリコンを成長することができる。ｎ
型不純物を導入する方法は、これ以外にも、ノンドープ
の多結晶シリコンを貫通孔が埋まらない程度に成長させ
た後に、リンデポによって不純物導入を行い、その後、
貫通孔が埋まるように再度多結晶シリコンを成長させる
ことによっても可能である。その後の熱拡散により、埋
め込まれた多結晶シリコン中にほぼ均一に不純物が導入
される。また、本実施例では、ｐ型基板２１０を用いて
いるので、ｎ型の多結晶シリコン２４０を貫通孔２１１
中に埋め込んだが、ｎ型基板を用いた場合にはｐ型の多
結晶シリコンを貫通孔中に埋めるようにする。

【００２３】工程（Ｃ）（図３（Ｃ））：シリコン基板
表面に成長した多結晶シリコン２４０を研磨によって除
去する。本実施例においては研磨により基板表面の多結
晶シリコンを除去したが、エッチングによって除去して
も良い。また、工程（Ａ）で完全に貫通孔を開けるので
はなくシリコン層を残しておいた場合には、この時点で
（もしくは後の工程で）残っていたシリコン層も多結晶
シリコン層に続けて除去することにより、貫通孔を開け
た場合と同様の構造を得ることができる。

【００２４】工程（Ｄ）（図４（Ｄ））：工程（Ｃ）に
おいて表面に成長した多結晶シリコンを除去した基板表
面に、約５００ｎｍの熱酸化膜２６１を成長させる。 工程（Ｅ）（図４（Ｅ））：その後、フォトリソ・エッ
チング技術を用いて、対向電極２２０の一部が先に形成
したシリコン基板２１０中に埋め込まれたｎ型多結晶シ
リコン２４０に接するように整合させて対向電極２２０
が形成される部分の酸化膜２６１を開口させ、続いてイ
オン注入法によりｎ型導電型領域を形成するような不純
物、例えば、リンを注入する。ここで注入されたリンは
後の熱工程によって活性化され、ｎ型導電型領域を形成
し、このｎ型導電型領域が振動板１２０の対向電極２２
０となる。また、先に成長した熱酸化膜２６１は振動板
１２０と振動板１２０の対向電極２２０とのギャップ１
５０を形成する。

【００２５】本実施例において、ｎ型導電型領域を形成
するための不純物としてリンを用いたが、ヒ素やアンチ
モンなどｎ型の導電型領域を形成する不純物であれば他
の元素でもかまわない。また、電極基板にｎ型基板を用
いた場合には電極部分にはｐ型の導電型領域を形成する
ような不純物、たとえば、ボロンやアルミ等を注入すれ
ばよい。また、本実施例ではイオン注入法を用いたが、
気相拡散法や固相拡散法を用いて不純物導入を行っても
かまわない。また、本実施例ではギャップ形成のパター
ンと同一パターンで不純物導入をおこなったが、ギャッ
プ形成用マスクとは別のマスクで不純物導入してもかま
わない。また、不純物をイオン注入法にて導入する場合
には薄い酸化膜、例えば、２５０ｎｍ程度の酸化膜をと
おして注入することもできる。また、本実施例では省い
たが、対向電極２２０と振動板１２０の絶縁のために、
対向電極２２０の表面に絶縁膜を形成したり、その絶縁
膜表面を凹凸形状に加工したりすることも、成膜及びフ
ォトリソ・エッチング技術を用いて行うことが可能であ
る。また、本実施例ではギャップは電極基板側に形成し
たが、液室・振動板基板側に形成してもよい。

【００２６】工程（Ｆ）（図４（Ｆ））：工程（Ｅ）で
ギャップ１５０及び対向電極２２０が形成された電極基
板２１０と液室・振動板基板１１０を直接接合法を用い
て張り合わせたのち、電極基板２１０の裏面に第２導電
型多結晶シリコン２４０に整合させてコンタクトホール
を開口し、外部接続用パッドメタル２５０形成、バッシ
ベーション膜２７０の成膜、パッド開口を行う。コンタ
クトホール形成以降の工程は通常半導体プロセスで用い
られている成膜およびフォトリソ・エッチング工程によ
ってなされる。また、本実施例ではこの時点でこれらの
工程を行ったが、後述する液室形成後やノズル張り付け
後にこれらの工程のすべてまたは１部を行うことも可能
である。

【００２７】工程（Ｇ）（図５（Ｇ））：ＴＭＡＨ（テ
トラメチルアンモニウムヒドロキシド）にて振動板・液
室基板１１０のシリコン異方性エッチングを行ない共通
液室１４０および個別液室１３０を形成する。共通液室
１４０から個別液室１３０へインクを供給するための流
路１６０となる部分はエッチングであらかじめくぼませ
ておく。異方性エッチングのマスクは電極基板２１０と
振動板・液室基板１１０の接合の前に形成しておくか、
接合後に形成するか、もしくは電極基板のメタライゼー
ション工程後のいずれであっても可能である。また、あ
らかじめ振動板と液室を形成した基板を電極基板と接合
しても良い。

【００２８】工程（Ｈ）（図５（Ｈ））：ノズル孔３３
０、インク供給口３２０を形成したノズル基板３１０を
振動板基板１１０に位置整合させ、エポキシ系接着剤を
用いて接着し、インクジェットヘッドは完成する。な
お、本実施例では説明を省略したが、電極基板２１０の
電位固定のための電極も形成しておくことはもちろんで
ある。

【００２９】（実施例２）図６は、請求項１または２の
インクジェットヘッドの第２の実施例を説明するための
図で、図６（Ａ）は、図１（Ａ）のＣ−Ｃ線に相当する
場所の断面図である。前述の第１の実施例では、電極基
板２１０の貫通孔は多結晶シリコン２４０でのみ埋めら
れていたが、以下で説明する第２の実施例では多結晶シ
リコン２４０に加え酸化膜２４１で埋め込まれている。
動作としては、第１の実施例と同様に対向電極２２０、
第２導電型多結晶シリコン２４０、メタル２５０が導通
していて、外部からメタル２５０にパット接続すること
により対向電極２２０の電位がとられる。

【００３０】図７は、図６の構成のインクジェットヘッ
ドを形成するための電極基板の製造工程を説明するため
の断面図であり、製造工程を工程順に従って（Ａ）〜
（Ｃ）にて示す。

【００３１】工程（Ａ）（図７（Ａ））：電極基板２１
０用ウエハとして厚さ４００μｍ程度のｐ型（１１０）
シリコンウエハを用て、基板２１０の第１表面（裏面）
に約２００ｎｍの熱酸化膜２６０からなるエッチングマ
スクを形成したのち、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニ
ウムヒドロキシド）にてシリコンの異方性エッチングを
行ない電極基板２１０に孔２１１を開ける。本実施例に
おいて基板２１０はｐ型のものを用いたが、ｎ型基板を
用いることも可能である。また、エッチングマスクは、
第１の実施例と同様に、熱酸化膜を成長後フォトリソ・
エッチングを行うことにより形成する。

【００３２】工程（Ｂ）（図７（Ｂ））：工程（Ａ）で
孔２１１を開けたシリコン基板２１０に、マスクに用い
た酸化膜２６０を除去した後、ＣＶＤ法によりリンドー
プの多結晶シリコン２４０を成長させ、続いてＳＯＧ
（Spin on GlＡss）２４１をスピンコートし、続いてキ
ュアーする。ｎ型基板を用いた時にはリンドープ多結晶
シリコンの代わりにボロンドープの多結晶シリコンを成
長させる。

【００３３】工程（Ｃ）（図７（Ｃ））：第１表面（裏
面）については、ＳＯＧ２４１および多結晶シリコン２
４０を研磨によって除去する。第２表面（表面）につい
ては多結晶シリコン層２４０を研磨で除去し、続けてシ
リコン基板２１０を、埋め込まれた多結晶シリコン２４
０が表面に現れるまで研磨する。その後、第１の実施例
と同様にギャップおよび対向電極形成、液室・振動板基
板との張り合わせ、電極基板裏面のメタライゼーショ
ン、液室形成、ノズル張り付け等の工程を経て図６に示
したインクジェットヘッドが完成する。このような構成
および製造方法によると、第１の実施例に比べ多結晶シ
リコンの成長厚みを薄くすることが可能である。

【００３４】（実施例３）図８は、請求項１または２の
インクジェットヘッドの第３の実施例を示すもので、図
８は、図１（Ａ）のＣ−Ｃ線に相当する場所の断面図で
ある。第２の実施例との違いは、多結晶シリコン２４０
とメタル２５０とのコンタクト面積を増大するために、
多結晶シリコン２４０を基板貫通孔部分だけでなく、基
板裏面上にも設けたことである。

【００３５】図９は、図８に示した構成のインクジェッ
トヘッドを形成するための電極基板の製造工程を説明す
るための断面図であり、製造工程を工程順に従って
（Ａ）〜（Ｄ）にて示す。

【００３６】工程（Ａ）（図９（Ａ））：電極基板２１
０用ウエハとして厚さ４００μｍ程度のｐ型（１１０）
シリコンウエハを用い、その表面に約５００ｎｍの熱酸
化膜からなるエッチングマスク２６０を形成したのち、
ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）に
てシリコンの異方性エッチングを行ない電極基板２１０
に孔２１１を開ける。本実施例において基板２１０はｐ
型のものを用いたが、ｎ型基板を用いることも可能であ
る。また、エッチングマスクは熱酸化膜を成長後、フォ
トリソ・エッチングにより形成する。

【００３７】工程（Ｂ）（図９（Ｂ））：工程（Ａ）で
孔２１１を開けたシリコン基板２１０に、マスクに用い
た酸化膜２６０を除去した後、ＣＶＤ法によりリンドー
プの多結晶シリコン２４０を成長させ、続いてＳＯＧ
（Spin on GlＡss）２４１をスピンコートし、続いてキ
ュアーする。ｎ型基板２１０を用いた時にはリンドープ
多結晶シリコンの代わりにボロンドープの多結晶シリコ
ンを成長させる。

【００３８】工程（Ｃ）（図９（Ｃ））：表面（表面）
については、ＳＯＧ２４１を研磨によって除去し、多結
晶シリコン２４０は完全に除去せずに一部残しておく。
第１表面（裏面）については多結晶シリコン層２４０お
よびシリコン基板２１０に埋め込まれた多結晶シリコン
２４０が表面に現れるまで研磨する。

【００３９】工程（Ｄ）（図９（Ｄ））：フォトリソ・
エッチングにて、第１表面（裏面）の貫通孔周辺の所定
領域に多結晶シリコン層２４０を残して、該多結晶シリ
コン２４０を除去する。その後、この第１表面が基板２
１０の電極基板の裏面になるようにして、第１の実施例
と同様にギャップ１５０および対向電極２２０の形成、
液室・振動板基板１１０との張り合わせ、電極基板２１
０の裏面のメタライゼーション２５０、液室１３０，１
４０の形成、ノズル基板３１０の張り付け等の工程を経
て図８に示したインクジェットヘッドが完成する。

【００４０】なお、本実施例であげた電極基板裏面上に
設けるコンタクト用の多結晶シリコン２４０は、図８に
示した場所以外にも、例えば、図１０に示すように他の
場所に設けることも可能である。

【００４１】（実施例４）図１１，図１２は、請求項１
または２のインクジェットヘッドの第４の実施例を説明
するための図で、ウエハサイズで振動板基板１１０、振
動板１２０の対向電極２２０をなす電極基板２１０を加
工、組立後に、個別のチップに切り出した状態を示して
いる。図１１（Ａ）は平面図であり、図１２（Ａ）は図
１１のＡ−Ａ線断面図、図１２（Ｂ）は図１１のＢ−Ｂ
線断面図、図１２（Ｃ）は図１１のＣ−Ｃ線断面図であ
る。

【００４２】基本的な構成・動作は第１の実施例と同様
である。第１の実施例との違いについて述べると、第１
の実施例では、第２導電型多結晶シリコン２４０は、対
向電極２２０と外部接続用パッドメタル２５０を電気的
に接続するためにだけ形成されていて、その形成領域は
対向電極２２０が形成されている領域に対して部分的で
あったのに対し、この第４の実施例では、第２導電型多
結晶シリコン２４０が対向電極２２０が形成されるべき
全領域にわたって形成され、対向電極２２０としても用
いられているものである。

【００４３】図１３は、第４の実施例のインクジェット
ヘッドを形成するための製造工程を説明するための図
で、（Ａ）〜（Ｅ）の工程順に従って説明する。なお、
各図の左側の図は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ線に相当する断
面図、右側の図は、図１（Ａ）のＣ−Ｃ線に相当する断
面図である。

【００４４】工程（Ａ）（図１３（Ａ））：電極基板２
１０用ウエハとして厚さ４００μｍ程度のｐ型（１１
０）シリコンウエハを用い、その表面に約５００ｎｍの
熱酸化膜２６０からなるエッチングマスクを形成した
後、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシ
ド）にてシリコンの異方性エッチングを行ない電極基板
に貫通孔２１１を開ける（この時点ではエッチングマス
クの酸化膜が残っているが後の工程で除去される）。

【００４５】ＴＭＡＨを用いて（１１０）ウエハを異方
性エッチすると、（１１１）面のエッチング速度が遅い
ために右側の図に示したように垂直にエッチングされる
面と、左側の図に示したようにテーパがついてエッチン
グされる面の両方が現れる。右側の図のように隣接する
ビット間の壁が垂直な面になるようにすることにより、
隣接するビット用の貫通孔を分離させて開けることがで
きる。また、本実施例では貫通孔の基板表面での開口部
のうち、テーパがついていることにより、長さが短くな
っている方の開口が、のちに対向電極２２０となるよう
にあらかじめマスクを作成する。基板の導電型、厚みは
これに限ったものではない。

【００４６】工程（Ｂ）（図３（Ｂ））：工程（Ａ）で
貫通孔２１１を開けたシリコン基板２１０上に、マスク
に用いた酸化膜２６０を除去した後に、ＣＶＤ法により
リンドープの多結晶シリコン２４０を成長させる。工程
（Ａ）で開けた貫通孔２１１の短手方向の幅の概ね１／
２の膜厚を成長させることにより、貫通孔２１１は多結
晶シリコン２４０で埋められる。リンドープの方法に関
しては第１の実施例と同様である。

【００４７】工程（Ｃ）（図１３（Ｃ））：シリコン基
板表面に成長した多結晶シリコン２４０を研磨によって
除去する。 工程（Ｄ）（図１３（Ｄ））：工程（Ｃ）において表面
に成長した多結晶シリコンを除去した基板表面に約５０
０ｎｍの熱酸化膜２６１を成長させたのち、フォトリソ
・エッチング技術を用いて対向電極２２０上の酸化膜を
開口させ、ギャップ１５０を形成する。本実施例ではギ
ャップ１５０は電極基板２１０側に形成したが、液室・
振動板基板側に形成してもよい。

【００４８】工程（Ｅ）（図１３（Ｅ））：工程（Ｄ）
でギャップ１５０が形成された電極基板２１０と液室・
振動板基板１１０を直接接合法を用いて張り合わせたの
ち、電極基板２１０の裏面に第２導電型多結晶シリコン
２４０に整合させてコンタクトホールを開口し、外部接
続用パッドメタル２５０形成、パッシベーション膜２７
０の成膜、パット開口を行う。

【００４９】コンタクトホール形成以降の工程は通常半
導体プロセスで用いられているようなフォトリソ・エッ
チング工程によってなされる。後述する液室形成後やノ
ズル張り付け後にこれらの工程のすべてまたは１部を行
うことも可能である。その後、第１の実施例と同様に液
室形成、ノズル張り付けを行い本実施例のインクジェッ
トヘッドは完成する。なお、本実施例では説明を省略し
たが、電極基板２１０の電位固定のための電極も形成し
ておくことはもちろんである。

【００５０】（実施例５）図１４は、請求項３または４
のインクジェットヘッドの構成を説明するための図で、
ウエハサイズで振動板基板１１０、振動板１２０の対向
電極２２０をなす電極基板２１０を加工、組立後に個別
のチップに切り出した状態を示している。図１４（Ａ）
はヘッドの主要部をノズル側から見たときの平面図、図
１４（Ｂ）は図１４（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図１４
（Ｃ）は図１４（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図、図１４（Ｄ）
は図１４（Ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。

【００５１】振動板基板１１０は、例えば、（１００）
面もしくは（１１０）面を基板表面に有するＳｉウエハ
からなり、そのＳｉウエハを加圧液室の形状に合わせて
溝加工し、板厚５μｍの振動板１２０を構成している。
振動板１２０の対向電極２２０が形成されている電極基
板２１０は、本実施例においては、（１１０）面を基板
表面に有するシリコン基板からなり、その電極基板２１
０には、振動板１２０に対向させた位置に対向電極２２
０が配置され、振動板１２０とその対向電極２２０間に
は微小間隔１５０を確保してある。電極基板２１０中に
絶縁膜（酸化膜）２６４を介して多結晶シリコン２４０
が形成されていて、さらに多結晶シリコン２４０は対向
電極２２０の位置に整合させて配置されている。その多
結晶シリコン２４０を介して、電極基板２１０の表面に
ある対向電極２２０の電位を電極基板２１０の裏面に引
出している。さらに、電極基板２１０の裏面には多結晶
シリコン２４０に接続するように外部接続用パッドメタ
ル２５０が形成されている。

【００５２】本実施例の構造によると多結晶シリコン２
４０と電極基板２２０の間は絶縁膜（酸化膜）２６４で
絶縁されているため、絶縁耐圧が高く、リーク電流も少
なく、信頼性の高い分離が可能となっている。これらの
構成の振動板基板１１０と電極基板２１０は直接接合な
どにより張り合されており、さらにはインク供給口３２
０とインク突出口であるノズル孔３３０を形成したノズ
ル基板３１０を振動板基板１１０上に張り合わされてい
る。

【００５３】図１５は、図１４の構成のインクジェット
ヘッドを形成する製造工程を説明するための図で、各図
とも図１４（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図で、製造工程を工程
順に従って（Ａ）〜（Ｅ）に示す。

【００５４】工程（Ａ）（図１５（Ａ））：電極基板２
１０作成用ウエハとして厚さ４００μｍ程度のｐ型（１
１０）シリコンウエハを用い、その表面に約５００ｎｍ
の熱酸化膜２６０からなるエッチングマスクを形成した
後、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシ
ド）にてシリコンの異方性エッチングを行ない電極基板
に貫通孔２１１を開ける（この時点ではエッチングマス
クの酸化膜が残っているが後の工程で除去される）。な
お、本発明において基板はｐ型のものを用いたが、ｎ型
基板を用いることも可能である。また、基板の厚みも前
述した値に限ったものではない。また、本実施例では基
板に貫通孔を開けたが、完全に貫通させるのではなく、
シリコン層を残しておいても良い。

【００５５】工程（Ｂ）（図１５（Ｂ））：工程（Ａ）
で貫通孔２１１を開けたシリコン基板２１０上に、エッ
チングマスクに用いた酸化膜を除去した後に、熱酸化に
より約５００ｎｍのシリコン酸化膜２６４を成長させ、
続いてＣＶＤ法により多結晶シリコン２４０を成長させ
る。工程（Ａ）で開けた貫通孔２１１の短手方向の幅の
概ね１／２の膜厚を成長させることにより、貫通孔は多
結晶シリコンで埋められる。

【００５６】工程（Ｃ）（図１５（Ｃ））：シリコン基
板２１０の表面に成長した多結晶シリコン層２４０およ
び絶縁膜２６４を研磨によって除去する。なお、本実施
例においては研磨により基板表面の多結晶シリコン層お
よび絶縁膜層を除去したが、エッチングによって除去し
ても良い。また、工程（Ａ）で完全に貫通孔を開けるの
ではなくシリコン層を残しておいた場合には、この時点
（もしくは後の工程で）残っていたシリコン層も除去す
ることにより、貫通孔を開けた場合と同様の構造を得る
ことができる。

【００５７】工程（Ｄ）（図１５（Ｄ））：工程（Ｃ）
において表面に成長した多結晶シリコンを除去した基板
表面に約９００ｎｍの熱酸化膜２６１を成長させたの
ち、フォトリソ・エッチング技術を用いて対向電極の形
成される部分の酸化膜を開口させ、ギャップ１５０を形
成する。本実施例ではギャップは電極基板側に形成した
が、液室・振動板基板側にギャップ形成してもよい。

【００５８】工程（Ｅ）（図１５（Ｅ））：工程（Ｄ）
でギャップ形成を行った電極基板２１０上に３００ｎｍ
の熱酸化膜（絶縁膜）２６５を成長させ、続いて電極基
板に埋め込まれた多結晶シリコン２４０に整合させてコ
ンタクトホール開口を行い、コンタクトホールにて多結
晶シリコン２４０に接続するようにＷＳｉ／ｐｏｌｙ−
Ｓｉからなる対向電極２２０を形成する。コンタクトホ
ール形成はフォトリソ・エッチング技術によってなさ
れ、また、ＷＳｉ／ｐｏｌｙ−Ｓｉからなる対向電極の
形成はＣＶＤ法にてｐｏｌｙ−Ｓｉを成長後にスパッタ
もしくはＣＶＤ法によりＷＳｉを成膜し、続いてフォト
リソ・エッチングを行うことにより形成される。このと
き対向電極上に酸化膜等のキャップを設けることも可能
である。以後は、実施例１と同様な工程で、液室・振動
板基板と接合し、電極基板裏面のメタライゼーションを
行い、エッチングにて液室形成を行い、ノズル基板を張
り付けることにより、実施例５のインクジェットヘッド
が完成する。

【００５９】

【発明の効果】請求項１のインクジェットヘッドは、電
極基板の電極を電極基板内に埋め込まれた多結晶シリコ
ンを通して電極基板裏側に取出すことで、電極基板裏側
で電圧印加に必要な実装ができるので、インクジェット
ヘッドに必要なチップの表面積が小さくなり低価格化が
可能となる。また、実装表面上部に積層するものが無い
ので、実装が容易に出来る。製造工程に関しても、単結
晶シリコンのエッチング、多結晶シリコンの成長および
基板研磨またはエッチバックという、半導体プロセスで
一般的に行われている工程を用いて製造可能であるた
め、微細化にも有利であり歩留まりや信頼性も高い。ま
た、電極基板裏面の形状も平坦であり、材料の耐熱温度
も高いために、その後の工程での制約が生じない。

【００６０】請求項２のインクジェットヘッドでは、
（１１０）シリコンウエハを電極基板として用いるの
で、異方性ウェットエッチング技術を用いた時に、（１
１０）面と比較してエッチングレートが遅く、停止面と
して機能する（１１１）面が、基板表面に対して垂直に
なるため、請求項１のインクジェットヘッドをより高密
度、高精度に形成することが可能となる。

【００６１】請求項３のインクジェットヘッドは、電極
基板と電極基板内に埋め込まれた多結晶シリコン領域が
絶縁体で分離されているため、絶縁耐圧が高く、リーク
も少ない、高信頼性の分離が可能となる。また、対向電
極の電位も両極性が使え振動制御性がより広がる。

【００６２】請求項４のインクジェットヘッドでは、
（１１０）シリコンウエハを電極基板として用いるの
で、異方性ウェットエッチング技術を用いた時に、（１
１０）面と比較してエッチングレートが遅く停止面とし
て機能する（１１１）面が、基板表面に対して垂直にな
るため、請求項３のインクジェットヘッドをより高密
度、高精度に形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の請求項１および２のインクジェット
ヘッドの構成を示す図である。

【図２】 本発明のインクジェットヘッドのパッド取り
出し部分のレイアウトについて概略を示す図である。

【図３】 図１の構成のインクジェットヘッドを形成す
る製造工程を説明するための要部断面概略図である。

【図４】 図１の構成のインクジェットヘッドを形成す
る製造工程を説明するための要部断面概略図である。

【図５】 図１の構成のインクジェットヘッドを形成す
る製造工程を説明するための要部断面概略図である。

【図６】 請求項１または２のインクジェットヘッドの
第２の実施例を説明するための図である。

【図７】 図６の構成のインクジェットヘッドを形成す
るための電極基板の製造工程を説明するための断面図で
ある。

【図８】 請求項１または２のインクジェットヘッドの
第３の実施例を説明するための図である。

【図９】 図８に示した構成のインクジェットヘッドを
形成するための電極基板の製造工程を説明するための断
面図である。

【図１０】 図８に示したインクジェットヘッドの変形
例を示す要部断面図である。

【図１１】 請求項１または２のインクジェットヘッド
の第４の実施例を説明するための図である。

【図１２】 請求項１または２のインクジェットヘッド
の第４の実施例を説明するための図である。

【図１３】 第４の実施例のインクジェットヘッドを形
成するための製造工程を説明するための図である。

【図１４】 請求項３または４のインクジェットヘッド
の構成を説明するための図である。

【図１５】 図１４の構成のインクジェットヘッドを形
成する製造工程を説明するための図である。

【図１６】 特開平７−１２５１９６号公報に開示され
たインクジェットヘッドの一例を説明するための要部断
面図である。

【図１７】 特開平５−１６９６６０号公報に開示され
たインクジェットヘッドの一例を説明するための要部断
面図である。

【図１８】 特開平７−１２５１９５６号公報の一例を
説明するための要部断面図である。

【符号の説明】

１１０…振動板基板、１２０…振動板、１３０…個別液
室、１４０…共通液室、１５０…ギャップ、１６０…流
路、２１０…電極基板、２２０…対向電極、２４０…多
結晶シリコン、２５０…パッドメタル、２６１…絶縁
膜、２７０…パッシベーション膜、３１０…ノズル基
板、３２０…インク供給口、３３０…ノズル孔。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルと、該ノズルに連通するインク流
   路と、該流路の一部に設けられた振動板と、該振動板に
   対向して設けられた個別電極とを有し、前記振動板に取
   り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印
   加し、前記振動板を静電力により変形させ、前記ノズル
   からインク液滴を吐出するインクジェットヘッドにおい
   て、前記個別電極は第１導電型の単結晶シリコン基板表
   面に形成されており、該個別電極に外部から電位を与え
   るための電極取り出しパッドが前記単結晶シリコン基板
   の前記振動板側と反対の面に設けられており、前記個別
   電極と前記個別電極取り出しパッド間が、前記単結晶シ
   リコン基板中に埋め込まれた第２導電型の多結晶シリコ
   ンで電気的に接続されていることを特徴とするインクジ
   ェットヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記第１導電型の単
   結晶シリコン基板は表面が（１１０）方向となるような
   単結晶シリコンであって、該単結晶シリコン基板中に埋
   め込まれた前記第２導電型多結晶シリコンとの界面が
   （１１１）面となっていることを特徴とするインクジェ
   ットヘッド。
3. 【請求項３】 ノズルと、該ノズルに連通するインク流
   路と、該流路の一部に設けられた振動板と、該振動板に
   対向して設けられた個別電極とを有し、前記振動板に取
   り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印
   加し、前記振動板を静電力により変形させ、前記ノズル
   からインク液滴を吐出するインクジェットヘッドにおい
   て、前記個別電極が単結晶シリコン基板表面に形成され
   ており、前記個別電極に外部から電位を与えるための電
   極取り出しパッドが前記単結晶シリコン基板の前記振動
   板側と反対の面に設けられており、前記個別電極と前記
   個別電極取り出しパッド間が、前記単結晶シリコン基板
   中に絶縁膜を介して埋め込まれた多結晶シリコンで電気
   的に接続されていることを特徴とするインクジェットヘ
   ッド。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記単結晶シリコン
   基板は表面が（１１０）方向となるような単結晶シリコ
   ンであって、前記絶縁膜を介して前記単結晶シリコン基
   板中に埋め込まれた前記多結晶シリコンとの界面が（１
   １１）面となっていることを特徴とするインクジェット
   ヘッド。