JP2000177122A

JP2000177122A - インクジェットヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000177122A
Application number: JP35435898A
Authority: JP
Inventors: Shuya Abe; 修也阿部
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-12-14
Filing date: 1998-12-14
Publication date: 2000-06-27

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】液室１３０，振動板１２０，個別電極２
２０とを有し、振動板１２０に取り付けられた共通電極
と個別電極２２０との間に駆動電圧を印加し、前記振動
板１２０を静電力により変形させ、ノズル３３０からイ
ンク液滴を吐出して記録する。個別電極２２０が形成さ
れている基板２１０は第１導電型の半導体基板であっ
て、前記個別電極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が前記基板２１０の振動板１
２０と反対側の面に設けられており、前記個別電極２２
０と前記個別電極取り出しパッド２５０間が、前記第１
導電型の半導体基板２１０中に形成された第２導電型の
不純物拡散層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１３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１３（Ａ）は要部断面図、図１３
（Ｂ）は図１３（Ａ）のＢ−Ｂ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Ｉ，II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１４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、図１４（Ａ）は要部の模式的断面
図、図１４（Ｂ）はインクタンク２７を取り外し可能に
設けた時の模式的断面図であり、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２
１に沿って配置され、ワイヤボンディング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
は反対側にコンタクトパッド２６が配置されている。

【０００４】図１５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１３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と振導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
き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、流路の一部に
設けられた液室及び振動板と、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て前記振
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
電極が形成されている基板は第１導電型の半導体基板で
あって、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基板の振動板側と反対の面にも
うけられており、前記個別電極と前記個別電極取り出し
パッド間が、前記第１導電型の半導体基板中に形成され
た第２導電型の不純物拡散層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の発明におい
て、前記第１導電型の半導体基板に第２導電型を示す不
純物を導入したのち、第１導電型半導体層をエピ成長及
び熱拡散させることにより第１導電型半導体基板中に埋
め込まれた第２導電型拡散領域を個別電極と個別電極取
り出しパッド間の電気的な接続に用いたことを特徴とし
たものである。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、個別電極が形成されている半導体基板の厚さが振動
板の厚さよりも厚く電極ピッチよりも小さいことを特徴
としたものである。

【００１２】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、個別電極が形成されている半導体基板の厚さを、液
室を形成している基板との接合後に薄くしたことを特徴
としたものである。

【００１３】請求項５の発明は、ノズルと、該ノズルに
連通するインク流路と、流路の一部に設けられた液室及
び振動板と、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て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
クジェットヘッドであって、前記個別電極が形成されて
いる基板が第１導電型の半導体基板であって、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
が前記基板の振動板側と反対の面にもうけられており、
前記個別電極と前記個別電極取り出しパッド間が、前記
第１導電型の半導体基板中に形成された第２導電型の不
純物拡散層で電気的に接続されているインクジェットヘ
ッドの製造方法において、前記第１導電型の半導体基板
に第２導電型を示す不純物を導入したのち、第１導電型
半導体層をエピ成長及び熱拡散させることにより第１導
電型半導体基板中に埋め込まれた第２導電型拡散領域を
個別電極と個別電極取り出しパッド間の電気的な接続に
用いることを特徴としたものである。

【００１４】請求項６の発明は、請求項５の発明におい
て、個別電極が形成されている半導体基板の厚さを、液
室を形成している基板との接合後に薄くすることを特徴
としたものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１は、本発明の請
求項１のインクジェットヘッドの構成を示す要部断面構
成図で、ウエハサイズで液壁・振動板基板１１０、振動
板１２０の対向電極２２０を有する電極基板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。液壁・振動板基板１１０は例えば（１００）面また
は（１１０）面を基板表面に有する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１２
０を構成している。

【００１６】振動板１２０の対向電極２２０をなす電極
基板２１０は、例えば（１００）面または（１１０）面
を基板表面に有する基板からなり、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とその対向電極と２２０間に
は微小間隔を確保してある。対向電極２２０に接続する
ように、電極基板２１０の導電型と異なる導電型の不純
物層領域２４０が形成されており、その不純物層領域２
４０を介して、電極基板２１０表側にある振動板１２０
の対向電極２２０の電位を電極基板２１０裏側に引き出
している。さらに、電極基板２１０裏側へ引き出した電
極２４０上に、外部接続用のパッドメタル２５０を形成
している。

【００１７】上述のごとき構成の振動板基板１１０と電
極基板２１０とを直接接合などにより張り合わせ、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を振動板基板１１
０上に張り合わせてインクジェットヘッドを構成してい
る。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の間に電圧を印加したとき、振
動板１２０と電極２２０間に静電引力が働き、振動板１
２０は対向電極２２０の方に引かれる。このとき液室１
３０は陰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（及び電極基板）１２０はＳ
ｉの剛性によりもとの位置へと戻り、このとき個別液室
１３０は加圧されノズル孔３３０を経て記録紙上へとイ
ンクが吐出される。

【００１８】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の概略を示し
た図で（電極基板２１０のパッド取り出し側から見た
図）、図２（Ａ）に示すように、対向電極２２０に接す
るように第１半導体基板２１０中に形成された第２導電
型不純物拡散領域２４０とコンタクトホールを介して前
記第２導電型不純物拡散領域２４０に接続している外部
接続用パッドメタル２５０と前記外部接続用パッドメタ
ル２５０に外部とパッド接続するためにパッシベーショ
ン膜２７０に開けたパッド取り出し穴２７１がほぼ同じ
位置に重なって配置される場合もあれば、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が接続しているコンタクト領域から該パッ
ドメタル２５０を引き延ばして、別の場所にパッド取り
出し穴を設け、該パッド取り出し穴２７２を介して外部
とパッド接続する配置にして、より実装しやすくするこ
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、電極基板の裏面にトランジスタ
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に示した構成のイン
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）〜
（Ｋ）にて示したものである。工程（Ａ）：厚さ４００μｍ程度のｐ型シリコンウエハ
の半導体基板２１０をフォトリソ技術を用いて形成した
レジストマスクにより、所定の領域にイオン注入法によ
りリンを注入する（図３（Ａ））。このときシリコンウ
エハ上には例えば２５ｎｍ程度のバッファ酸化膜を形成
し、該酸化膜を通して注入する方が望ましい。また、本
実施例においては、不純物として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、ウエハの導電型はｐ型のものを用
いたが、ｎ型を用いても構わない。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、例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構わない。
また、ウエハの厚みは４００μｍ程度のものを用いた
が、他の厚みでも構わない。

【００２０】工程（Ｂ）：工程（Ａ）で所定の領域にリ
ンを注入したｐ型シリコンウエハを、アニールを行って
非晶質化された部分の再結晶化及び欠陥回復を行い前処
理を行った後にｐ型シリコン層をエピ成長させる。本実
施例では５０μｍ程度成長させる（図３（Ｂ））。

【００２１】工程（Ｃ）：工程（Ａ）と同様に、先に注
入を行った所定の領域にリンを注入し、その後、工程
（Ｂ）と同様に、アニール後にエピ成長を行う。このサ
イクルを何回か（本実施例では７回）繰り返す（図３
（Ｃ）、なお図３（Ｃ）では３層に省略して描いてあ
る）。本実施例では全ての工程を同一条件で処理した
が、再結晶化のアニール時やエピ成長時にも不純物拡散
が起きるため、それを考慮して不純物の種類を変えた
り、エピ成長層の厚みを変えてもよい。

【００２２】工程（Ｄ）：工程（Ｃ）までで所定の位置
にｎ型不純物（リン）が埋め込まれたウエハをアニール
し、先に埋め込んだ不純物を拡散させ、相互に接続する
ようにする。本実施例では５０μｍ間隔で埋め込み不純
物層を形成してあったので、拡散距離が２５μｍとなる
ように拡散を行えば拡散領域が相互につながる。

【００２３】工程（Ｅ）：工程（Ｄ）までベースの基板
として用いていた部分を研磨により除去することによ
り、所定の位置でｎ型拡散領域が貫通している構造のｐ
型シリコン基板が得られる。これを電極基板２１０とし
て以後の工程で用いる（図４（Ｅ））。

【００２４】工程（Ｆ）：工程（Ｅ）までで作成した電
極基板２１０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１表面上に、フォ
トリソグラフィー技術を用いて、すでに形成されている
ｎ型拡散領域２４０に整合させて、対向電極部分が開口
するようなレジストマスクを形成し、酸化膜２６０をエ
ッチングした後、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１２
０の対向電極２２０となる。また、先に成長した熱酸化
膜２６０は振動板１２０と該振動板１２０の対向電極２
２０間との間のギャップを形成する（図４（Ｆ））。本
実施例では、対向電極２２０としてｎ型拡散層を用いる
が、ＴｉやＴｉＮなどの高融点金属・ＴｉＳｉやＷＳｉ
などのシリサイドやポリシリコンそれらの積層膜を用い
ることもできる。この場合は酸化膜２６０をエッチング
した後、熱酸化により酸化膜を形成後コンタクトホール
を開口してｎ型不純物領域に接するように金属膜等を成
膜、フォトリソ・エッチングによりパターニングを行え
ばよい。

【００２５】工程（Ｇ）：工程（Ｆ）でギャップ及び対
向電極を形成された電極基板２１０のギャップ及び対向
電極が形成された面と、後に液室・振動板となる基板１
１０の振動板が形成される面を張り付け合わせる。張り
合わせ方法としては、例えば電極基板２１０上の熱酸化
膜２６０を介した直接接合法を用いる（図４（Ｇ））。

【００２６】工程（Ｈ）：電極基板２１０の工程（Ｇ）
で張り合わせを行った面と反対側の面（以後、電極基板
裏面とする）上に酸化膜２６１を成膜し、すでに形成さ
れているｎ型不純物拡散領域２４０に接するようにコン
タクトホールを開口し、ｎ型不純物拡散領域２４０に接
するように外部取り出し用パッドメタル２５０を形成
し、その上にパッド取り出し用の開口をしたパッシベー
ション膜２７０を形成する。これらは、通常の半導体プ
ロセスで用いられている成膜方法及びフォトリソ，エッ
チング工程をもって形成される（図４（Ｈ））。

【００２７】工程（Ｉ）：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となる部分１５０
をエッチングであらかじめ窪ませたのち、液室形成のた
めのエッチングマスクを形成する。本実施例では厚さ１
μｍのＴａ２０５を用いた。Ｔａ２０５はスパッタ法に
て成膜し、フォトリソグラフィー法でレジストをパター
ニング、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチングし、レジ
ストを除去すれば形成できる（図５（Ｉ））。本実施例
以外でもＳｉＯ_２層，Ｓｉ_３Ｎ_４膜，ＳｉＯＮ膜やそれ
らの積層膜をエッチングマスクとして利用できる。ただ
し、例えば熱ＣＶＤで成膜したＳｉ_３Ｎ_４膜など、高温
での成膜を要する膜をエッチングマスクとして用いる場
合には、本実施例の工程（Ｅ）で行ったパッドメタル及
びパッシベーション膜の形成は、メタル材料の耐熱性を
考慮すると、その種類にもよるが、この工程以降に行う
ことが望ましい。また、本実施例では電極基板と液室・
振動板基板を張り付けた後に液室形成マスクをパターニ
ングを行ったが、あらかじめ液室形成マスクをパターニ
ングしてから電極基板と張り合わせることも可能であ
る。

【００２８】工程（Ｊ）：工程（Ｉ）で形成したエッチ
ングマスクを用い液室１３０及び共通液室１４０を形成
する。本実施例では、これらの液室を精度よく形成する
ために、ＴＡＭＨ（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うことによ
り形成した（図５（Ｊ））。ＴＡＭＨ以外にもＫＯＨ水
溶液を用いても同様に異方性エッチングを行うことがで
きる。

【００２９】工程（Ｋ）：ノズル孔３３０，インク供給
口３２０を形成したノズル基板３１０を振動板基板１１
０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（図５（Ｋ））。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とっておくことはもちろんであ
る。

【００３０】（実施例２）図６は、本発明の請求項３に
記載したインクジェットヘッドの構成を示す断面構成図
で、同図は、ウエハサイズで液壁・振動板基板１１０，
振動板１２０の対向電極２２０を有する電極基板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。振動板基板１１０は例えば（１１０）面または
（１１０）面を基板表面に有するＳｉウエハからなり、
そのシリコン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を有する電極基板２１０は、例
えば（１００）面または（１１０）面を基板表面に有す
る、厚さ１０μｍのシリコン基板からなり、その電極基
板（第１導電型半導体基板）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間には微小間隔を確保して
ある。電極基板２１０の振動板１２０と対向していない
部分で、かつその対向電極２２０と接続するように、電
極基板２１０の導電型と異なる導電型を示す（第２導電
型）不純物層領域２４０が形成されていて、その不純物
層領域２４０を介して、電極基板２１０表側にある振動
板１２０の対向電極２２０の電位を電極基板２１０裏側
に引き出している。さらに、電極基板２１０裏側の引出
電極２４０上へ、外部接続用パッドメタル２５０を形成
している。

【００３１】上述のごとき構成の振動板基板１１０と電
極基板２１０とを直接接合などにより張り合わせ、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を振動板基板１１０
上に張り合わせてインクジェットヘッドを構成してい
る。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の間に電圧を印加したとき、振
動板１２０と電極２２０との間に静電引力が働き、振動
板１２０と対向電極２２０は互いに引かれあう。このと
き、変位量は厚みの３乗に反比例するため、本実施例で
は電極基板２１０の厚みは振動板１２０の厚みの２倍な
ので、振動板１２０の変位量と電極基板２１０の変位量
の比は８：１となり、振動板１２０の変位が総変位の大
部分を占める。このとき液室１３０は陰圧となりインク
供給のための流路１５０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（及び電極基板２１０）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は加圧され
ノズル孔３３０を経て記録紙上へとインクが吐出され
る。

【００３２】ここで、電極基板２１０の方が振動板１２
０よりも薄いと、静電引力が働いたときに振動板１２０
の変位量よりも電極基板２１０の変位量の方が大きくな
ってしまい、効率よくインクを吐出することができな
い。また、電極基板２１０の厚さが電極ピッチよりも厚
いと、横方向拡散のために基板の両面からの拡散だけで
は隣り合うビットの電極に接続するための不純物拡散層
同士がつながってしまう。そのため、本請求項３の発明
では電極基板２１０厚みとしては振動板１２０よりも厚
く電極ピッチ以下とした。電極基板２１０をこのような
厚みとすることにより、エピ成長による埋め込み拡散層
の形成を必要とせず、電極基板２１０の両面からの拡散
によってのみ、電極基板２１０の厚さ方向に貫通するよ
うな不純物拡散領域を形成することができる。ただし、
電極基板２１０があまりに厚いと該電極基板２１０を貫
通するような不純物拡散領域２４０を形成するのに非常
に時間がかかるため、３０μｍ以下とすることが望まし
い。

【００３３】図７及び図８は、図６に示した構成のイン
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）に示したものである。工程（Ａ）：電極基板（第１導電型半導体基板）２１０
として用いる厚さ４００μｍ程度のｐ型シリコンウエハ
を用い、その表面に約５０００Åの熱酸化膜２６０，２
６１を成長させる。続いて電極基板２１０の１表面上に
フォトリソグラフィー技術を用いて対向電極部分が開口
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、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２２０となる。また、先に成長した熱酸化膜２６０は
振動板１２０と該振動板１２０の対向電極２２０とのギ
ャップを形成する（図７（Ａ））。

【００３４】本実施例においては、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
他の元素でも構わない。また、ウエハの導電型はｐ型の
ものを用いたが、ｎ型を用いても構わない。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、例えば、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
構わない。また、ウエハの厚みは４００μｍ程度のもの
を用いたが、他の厚みでもかまわない。また、本実施例
ではギャップ形成の同一パターンで不純物導入を行った
が、ギャップ形成用マスクとは別のマスクで不純物導入
しても構わない。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
化膜を通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・振動板基板側にギャップ形成しても
よい。

【００３５】工程（Ｂ）：工程（Ａ）でギャップ及び対
向電極を形成された電極基板２１０のギャップ及び対向
電極が形成された面と、後に液室・振動板となる基板１
１０の振動板が形成される面を張り付け合わせる。張り
合わせ方法としては、例えば電極基板２１０上の熱酸化
膜２６０を介した、Ｓｉ−Ｓｉの直接接合法を用いる
（図７（Ｂ））。

【００３６】工程（Ｃ）：工程（Ａ）で電極基板２１０
と液室・振動板基板１１０を張り合わせたウエハの電極
基板２１０を研磨により、振動板の膜厚以上で３０μｍ
以下の厚さになるように、本実施例では１０μｍ程度ま
で薄くする。続いて、電極基板２１０の表面に絶縁膜２
６１を成長させた後フォトリソ・グラフィー技術によ
り、対向電極２２０の位置に合わせてレジストの開口窓
をあけ、それをマスクに絶縁膜２６１をエッチングした
後、イオン注入法によりｎ型導電型領域（第２導電型不
純物注入領域）２４０を形成するような不純物、例えば
リンを注入する（図７（Ｃ））。本実施例では研磨によ
り電極基板２１０を薄くしたが、エッチングで薄くする
ことによっても同様の構造を得ることもできる。特に、
あらかじめ電極基板２１０をＳＯＩ基板に作り込み、液
室・振動板基板１１０と張り合わせた後にＳＯＩ基板の
支持基板部分をエッチングで除去する方法によれば、精
度よくかつ表面性のよい面を得ることができる。また、
電気化学エッチストップ法や高濃度ボロン拡散層による
エッチストップ技術を用いても高精度で表面性の良い基
板の薄層化が可能である。また、本実施例では、電極基
板にはｐ型基板を用い、導入する不純物にはリンを用
い、導入方法はイオン注入法を用いたが、先述した対向
電極２２０の場合と同様に、電極基板の導電型、導入す
る不純物の種類、導入方法はこれに限ったものではな
い。

【００３７】工程（Ｄ）：工程（Ｃ）でリンを注入しレ
ジストを除去した後に熱拡散法を用いて先に注入したリ
ンを活性化すると同時に電極基板中に拡散させ、対向電
極２２０と第２導電型不純物拡散領域２４０を電気的に
接続する。このとき、本実施例では、対向電極２２０の
形成のためにも先にリンを注入していて、対向電極２２
０側からもリンが拡散してくるので、それぞれに５μｍ
の深さの拡散を行えば、基板２１０の中心付近でお互い
に接続することになる（図８（Ｄ））。本実施例では、
この時点で対向電極２２０と第２導電型不純物拡散領域
２４０が接続するようにしているが、この工程の後でも
熱工程が加わるのであれば、そのときに拡散することも
見越して、拡散深さを浅めにしてやることも可能であ
る。この時点で対向電極２２０と第２導電型不純物拡散
領域２４０が接続されていなくても、すべての工程が終
わった時点で最終的に接続するのであれば構わない。

【００３８】工程（Ｅ）：工程（Ｄ）で形成した第２導
電型不純物拡散領域２４０に接するように外部取り出し
用パッドメタル２５０を、その上にパッド取り出し用の
開口をしたパッシベーション膜２７０を形成する。これ
らは、通常の半導体プロセスで用いられている成膜方法
及びフォトリソ・エッチング工程をもって形成される
（図８（Ｅ））。パッドメタルとしては本実施例ではＡ
ｌ−Ｓｉ−Ｃｕを用いたが、それ以外にもＡｌ，Ｔｉ，
ＴｉＮ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｒ，それらを主成分とする合金
及びそれらのシリサイドを単層でもしくは積層した状態
で用いられる。成膜方法もスパッタ法，真空蒸着法，Ｃ
ＶＤ等各種方法が用いられている。また、パッシベーシ
ョン膜２７０としては、本実施例ではプラズマＣＶＤ法
で成膜したＳｉＮ膜を用いたが、これ以外にもＳｉＯ₂
膜，ＳｉＯＮ膜及びそれらを積層したものでも良く、成
膜方法もプラズマＣＶＤ以外にも常圧ＣＶＤ，減圧ＣＶ
Ｄ，スパッタなどで形成可能である。また、これらの工
程もこの時点ではなく、後述する液室形成後やノズル取
り付け後に行っても構わない。また、本実施例では先の
工程（Ｃ）で形成した絶縁膜２６０を層間絶縁膜とし
て、また、工程（Ｃ）で不純物導入のために絶縁膜２６
１に開口した孔をコンタクトホールとしてそのまま用い
たが、層間絶縁膜をあらためて成膜し直しコンタクトホ
ールを開け直しすることも通常の半導体プロセスを用い
て可能である。

【００３９】工程（Ｆ）：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となる部分１５０
をエッチングであらかじめ窪ませたのち、液室形成のた
めのエッチングマスクを形成する。本実施例では厚さ１
μｍのＴａ２０５を用いた。Ｔａ２０５はスパッタ法に
て成膜し、フォトリソグラフィー法でレジストをパター
ニング、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチングし、レジ
ストを除去すれば形成できる（図８（Ｆ））。本実施例
以外でもＳｉＯ₂膜，Ｓｉ₃Ｎ₄膜，ＳｉＯＮ膜やそれら
の積層膜をエッチングマスクとして利用できる。ただ
し、例えば、熱ＣＶＤで成膜したＳｉ₃Ｎ₄膜など、高温
での成膜を要する膜をエッチングマスクとして用いる場
合には、本実施例の工程（Ｅ）で行ったパッドメタル及
びパッシベーション膜の形成は、その材料の種類にもよ
るが、この工程以降に行うことが望ましい。また、本実
施例では、電極基板と液室・振動板基板を張り付けた後
に液室形成マスクのパターニングを行ったが、あらかじ
め液室形成マスクをパターニングしてから電極基板と張
り合わせることも可能である。

【００４０】工程（Ｇ）：工程（Ｆ）で形成したエッチ
ングマスクを用い液室１３０、共通液室１４０、及び流
路１５０を形成する。本実施例では、これらの液室を精
度良く形成するために、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
を行うことにより形成した（図８（Ｇ））。ＴＭＡＨ以
外にもＫＯＨ水溶液を用いても同様に異方性エッチング
を行うことができる。

【００４１】工程（Ｈ）：ノズル孔３３０、インク供給
口３２０を形成したノズル基板３１０を振動板基板１１
０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を完成する（図８（Ｈ））。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どこかに取っておくことはもち
ろんである。

【００４２】図９は、図６に示した構成のインクジェッ
トヘッドを形成する他の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図９（Ａ）〜
図９（Ｅ）に示したものである。工程（Ａ）：電極基板２１０として用いる厚さ４００μ
ｍ程度のｐ型シリコンウエハを用い、その表面に約５０
００Åの熱酸化膜２６０を成長させる。続いて電極基板
２１０の表面上にフォトリソグラフィー技術及びエッチ
ング技術を用いて、先に成長させた酸化膜２６０の１部
をエッチングし、ギャップを形成する。次にギャップの
一部に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、リンを注入後、熱拡散法によりリ
ンを深さ１０μｍ程度まで拡散させる（図９（Ａ））。
本製造工程においても、不純物の種類，基板の厚み，導
電型、及び不純物の導入方法が前記に限らないことは先
述した第１の製造方法（図７，図８）の場合と同様であ
る。また、不純物の拡散深さも前記の値に限らず、すべ
ての工程が終わった時点で最終的に対向電極とパッドメ
タルが電気的に接続されていれば良い。

【００４３】工程（Ｂ）：工程（Ａ）でギャップ及び不
純物拡散領域２４０が形成された電極基板２１０の表面
に熱酸化法により酸化膜を形成し、不純物拡散領域２４
０に導電がとれるようなコンタクトホールをフォトリソ
・エッチング技術を用いて酸化膜に開口した後、ＷＳｉ
／ｐｏｌｙ−Ｓｉを積層構造で構成された対向電極２２
０を形成する。対向電極２２０と不純物拡散領域２４０
はコンタクトホールを介して接合される（図９
（Ｂ））。ＷＳｉ／ｐｏｌｙ−Ｓｉの積層構造で構成さ
れた対向電極２２０はｐｏｌｙ−ＳｉをＬＰ−ＣＶＤ法
で成膜後リンデポまたはイオン注入法により低抵抗化の
ための不純物が導入された後、ＷＳｉをスパッタ法もし
くはＣＶＤ法にて成膜，フォトリソ・エッチング技術に
よりパターニングを行うことにより形成される。また、
必要に応じてＷＳｉ／ｐｏｌｙ−Ｓｉ上に絶縁膜のギャ
ップを設けることも可能である。また、電極材料もこれ
らに限らず、Ｔｉ，ＴｉＮ，ＴｉＳｉや他の高融点金属
でも可能である。また、第１の実施例と同様にＳｉ基板
表面に形成した不純物拡散領域でも構わない。ただし、
この場合には絶縁膜上ではなくＳｉ基板内部に形成され
る。

【００４４】工程（Ｃ）：工程（Ｂ）でギャップ及び不
純物拡散領域２４０が形成された電極基板２１０のギャ
ップ及び対向電極が形成された面と、後に液室・振動板
となる基板１１０の振動板が形成される面を張り付け合
わせる。張り合わせ方法としては、例えば、電極基板２
１０上の熱酸化膜２６０を介して、Ｓｉ−Ｓｉの直接接
合法を用いる（図９（Ｃ））。

【００４５】工程（Ｄ）：工程（Ｃ）で電極基板２１０
と液室・振動板基板１１０を張り合わせたウエハの電極
基板２１０を、研磨により振動板の膜厚以上で３０μｍ
以下の厚さになるように、本実施例では１０μｍ程度ま
で薄くする。このとき工程（Ａ）で形成された不純物拡
散領域２４０が露出される。続いて、電極基板２１０の
表面に絶縁膜２６１を成長させた後フォトリソグラフィ
ー・エッチング技術により、不純物拡散領域２４０の位
置に合わせてコンタクトホールを開口する（図９
（Ｄ））。本実施例では研磨により電極基板２１０を薄
くしたが、他の方法によっても同様の構造を得ることが
可能であることは、第１の製造方法の場合と同様であ
る。

【００４６】工程（Ｅ）：工程（Ｄ）で形成したコンタ
クトホール部分を介して外部取り出し用パッドメタル２
５０を、その上にパッド取り出し用の開口をしたパッシ
ベーション膜２７０を形成する（図９（Ｅ））。これら
の材料及び形成方法は第１の製造方法の場合と同様であ
る。以後、第１の製造方法と同様な方法で液室、ノズル
等を形成しインクジェットヘッドを完成する。

【００４７】（実施例３）図１０は、請求項３に記載し
たインクジェットヘッドの第２の実施例を示す断面構成
図で、同図は、ウエハサイズで液壁・振動板基板１１
０，振動板１２０の対向電極２２０を有する電極基板２
１０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。基本的な構成・動作は第１の実施例と同様
である。第１の実施例との違いは、第１の実施例では、
対向電極２２０と外部接続用メタルパッド２５０を電気
的に接続するための第２導電型不純物拡散領域２４０
は、対向電極２２０が形成されている領域に対して部分
的に形成されているのに対し、この第２の実施例では対
向電極２２０が形成されている領域とほぼ同じ領域にわ
たって第２導電型不純物拡散領域２４０が形成されてい
て、それら２つがほぼ区別なく一体となっている。

【００４８】図１１（Ａ）は、図１０に示した断面に垂
直な断面（図１０のXI−XI断面）を示し、図１１（Ｂ）
に比較として第１の実施例の構造についての同様な断面
図を示す。図１１（Ａ），図１１（Ｂ）から明らかなよ
うに、第２の実施例図１１（Ａ）の方が電極基板２１０
と対向電極２２０（第２の実施例では接続用の第２導電
型不純物拡散領域２４０を兼ねている）の対向する面積
が小さくなっているため、対向電極２２０と電極基板２
１０間の静電容量が小さくなり、動作速度の高速化及び
低消費電力化が可能になる。

【００４９】図１２は、図１０に示した第２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、製
造工程順に図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）にて示したもの
である。工程（Ａ）：電極基板２１０として用いる厚さ４００μ
ｍ程度のｐ型シリコンウエハを用い、その表面に約５０
００Åの熱酸化膜２６０を成長させる。続いて電極基板
２１０の１表面上にフォトリソグラフィー技術を用いて
形成した対向電極部分が開口するようなレジストマスク
で、先に成長させた酸化膜２６０の一部をエッチングし
た後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
２２０となる。また、先に成長した熱酸化膜２６０は振
動板１２０と該振動板１２０の対向電極２２０とのギャ
ップを形成する（図１２（Ａ））。不純物の種類，導入
方法，基板の種類その他がこれに限らないことは、第１
実施例の製造方法と同様である。

【００５０】工程（Ｂ）：工程（Ａ）でギャップ及び対
向電極を形成された電極基板２１０のギャップ及び対向
電極が形成された面と、後に液室・振動板となる基板１
１０の振動板が形成される面を張り付け合わせる。張り
合わせ方法としては、例えば電極基板２１０上の熱酸化
膜２６０を介した、直接接合法を用いる（図１２
（Ｂ））。

【００５１】工程（Ｃ）：工程（Ａ）で電極基板２１０
と液室・振動板基板１１０を張り合わせたウエハの電極
基板２１０を、研磨により振動板の膜厚以上で３０μｍ
以下の厚さになるように、本実施例では１０μｍ程度ま
で薄くする。続いて、電極基板２１０の表面に２５ｎｍ
程度のバッファ酸化膜２６１を形成後フォトリソグラフ
ィー技術により、対向電極２２０の位置に合わせてレジ
ストの開口窓をあけ、イオン注入法によりｎ型導電型領
域２４０を形成するような不純物、例えばリンをバッフ
ァ酸化膜２６１を通して注入する（図１２（Ｃ））。電
極基板２１０を薄くする方法，不純物の種類，導入方法
がこれに限らないことは第１実施例の製造方法と同様で
ある。

【００５２】工程（Ｄ）：工程（Ｃ）でリンを注入し、
レジストを除去した後に熱拡散法を用いて先に注入した
リンを活性化すると同時に電極基板中に拡散させ、対向
電極２２０と第２導電型不純物拡散領域２４０を電気的
に接続する。このとき本実施例では対向電極２２０の形
成のためにも先にリンを注入しておき、対向電極２２０
側からもリンが拡散してくるので、それぞれに５μｍの
深さの拡散を行えば、基板の中心付近でお互いに接続す
ることになる。また、この拡散時に酸素雰囲気中で拡散
を行うことにより、電極基板２１０表面に３００ｎｍ程
度の酸化膜を成長させる。その後通常用いられている工
程により、コンタクトホール開口，パッドメタル２５０
の成膜・パターニング，パッシベーション膜２７０の成
膜・パッド開口を行う（図１２（Ｄ））。

【００５３】本製造方法ではこの時点で対向電極２２０
と第２導電型不純物拡散領域２４０が接続するようにし
ているが、この工程の後でも熱工程が加わるのであれ
ば、そのときに拡散することも見越して、拡散深さを浅
めにしてやることも可能である。この時点で対向電極２
２０と第２導電型不純物拡散領域２４０が接続されてい
なくても、すべての工程が終わった時点で最終的に接続
するのであれば構わない。また、本製造方法では先の注
入時に用いたバッファ酸化膜を残したまま拡散を行った
が、一度除去した後に拡散を行っても良い。また、本製
造方法では酸素雰囲気中で拡散を行い、拡散と同時に酸
化膜の形成を行ったが、雰囲気として水蒸気雰囲気を用
いればもっと厚い酸化膜を成長することが可能である
し、また、拡散と酸化の工程を別々に行っていたり、追
加酸化を行っても構わない。また、ＣＶＤ法等他の方法
で絶縁膜形成を行うこともできる。また、絶縁膜，電極
形成以降のプロセスはこの時点ではなく、もっと後で行
っても構わない。

【００５４】工程（Ｄ）を行ったのち、第１実施例の製
造方法と同様な方法で液室，ノズル等を形成しインクジ
ェットヘッドは完成する。また、本実施例では拡散時間
の短縮のため、電極基板の対向電極側と電極取り出し側
の両側から拡散を行ったが、どちらか一方からのみの拡
散で同様な構造を形成することも可能である。

【００５５】

【発明の効果】請求項１の発明の効果：電極基板の電極
を電極基板内の不純物拡散領域を通して電極基板裏側に
取り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
面積が小さくすることができ、また、実装表面上部に積
層するものが無いので、実装が容易にできる。

【００５６】請求項２の発明の効果：請求項１のインク
ジェットヘッドを精度良く製造することができる。

【００５７】請求項３の発明の効果：電極基板の膜厚を
薄くすることにより、対向電極の電位取り出しのための
不純物拡散領域の形成が拡散工程のみで行うことがで
き、工程が短縮され歩留まりや信頼性も高い。

【００５８】請求項４の発明の効果：液室・振動板基板
と張り合わせてから電極基板を薄くすることにより、ハ
ンドリングの問題が無くなるため、電極基板をより薄く
することが可能になり、拡散時間の短縮がなされる。

【００５９】請求項５の発明の効果：請求項１のインク
ジェットヘッドを精度良く製造することができる。

【００６０】請求項６の発明の効果：個別電極が形成さ
れている本導体基板の厚さを、より薄くすることが可能
となり、拡散時間の短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１のインクジェットヘッドの
構成を示す要部断面構成図である。

【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の概略を示した図であ
る。

【図３】図１に示したインクジェットヘッドの製造工
程の一部（工程（Ａ）〜工程（Ｄ））を説明するための
要部工程図である。

【図４】図３に示した製造工程に続く工程の一部（工
程（Ｅ）〜工程（Ｈ））を説明するための要部工程図で
ある。

【図５】図４に示した製造工程に続く工程（工程
（Ｉ）〜工程（Ｋ））を説明するための要部工程図であ
る。

【図６】本発明の請求項３に記載してインクジェット
ヘッドの構成を示す断面構成図である。

【図７】図６に示した工程製造工程に続く工程（工程
（Ａ）〜工程（Ｃ））を説明するための要部工程図であ
る。

【図８】図６に示した工程製造工程に続く工程（工程
（Ｄ）〜工程（Ｈ））を説明するための要部工程図であ
る。

【図９】図６に示したインクジェットヘッドの製造工
程の他の製造方法の一例を説明するための要部工程図で
ある。

【図１０】請求項３に記載したインクジェットヘッド
の第２の実施例を示す断面構成図である。

【図１１】図１０に示したインクジェットヘッドのXI
−XI線断面図（図１１（Ａ））及び図６に示したインク
ジェットヘッドの対応部断面図（図１１（Ｂ））であ
る。

【図１２】図１０に示した第２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示す図である。

【図１３】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
である。

【図１４】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１５】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ある。

【符号の説明】

１１０…液壁・振動板基板、１２０…振動板、１３０…
液室、１４０…共通液室、１６０…流路、２１０…電極
基板、２２０…対向電極、３１０…ノズル基板、３２０
…インク供給口、３３０…ノズル孔。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズルと、該ノズルに連通するインク流
路と、流路の一部に設けられた液室及び振動板と、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
圧を印加して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、前記個別電極が形成されている基板は第１導
電型の半導体基板であって、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基板の振動
板側と反対の面にもうけられており、前記個別電極と前
記個別電極取り出しパッド間が、前記第１導電型の半導
体基板中に形成された第２導電型の不純物拡散層で電気
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。
【請求項２】請求項１のインクジェッドヘッドにおい
て、前記第１導電型の半導体基板に第２導電型を示す不
純物を導入したのち、第１導電型半導体層をエピ成長及
び熱拡散させることにより第１導電型半導体基板中に埋
め込まれた第２導電型拡散領域を個別電極と個別電極取
り出しパッド間の電気的な接続に用いたことを特徴とす
るインクジェットヘッド。
【請求項３】請求項１のインクジェッドヘッドにおい
て、個別電極が形成されている半導体基板の厚さが振動
板の厚さよりも厚く電極ピッチよりも小さいことを特徴
としたインクジェッドヘッド。
【請求項４】請求項３のインクジェットヘッドにおい
て、個別電極が形成されている半導体基板の厚さを、液
室を形成している基板との接合後に薄くしたことを特徴
とするインクジェットヘッド。
【請求項５】ノズルと、該ノズルに連通するインク流
路と、流路の一部に設けられた液室及び振動板と、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
圧を印加して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
であって、前記個別電極が形成されている基板が第１導
電型の半導体基板であって、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基板の振動
板側と反対の面にもうけられており、前記個別電極と前
記個別電極取り出しパッド間が、前記第１導電型の半導
体基板中に形成された第２導電型の不純物拡散層で電気
的に接続されているインクジェットヘッドの製造方法に
おいて、前記第１導電型の半導体基板に第２導電型を示
す不純物を導入したのち、第１導電型半導体層をエピ成
長及び熱拡散させることにより第１導電型半導体基板中
に埋め込まれた第２導電型拡散領域を個別電極と個別電
極取り出しパッド間の電気的な接続に用いることを特徴
とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】請求項５のインクジェットヘッドの製造
方法において、個別電極が形成されている半導体基板の
厚さを、液室を形成している基板との接合後に薄くする
ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。