JP2002011873A - Liquid drop discharge head and its manufacturing method - Google Patents

Liquid drop discharge head and its manufacturing method

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JP2002011873A
JP2002011873A JP2000192063A JP2000192063A JP2002011873A JP 2002011873 A JP2002011873 A JP 2002011873A JP 2000192063 A JP2000192063 A JP 2000192063A JP 2000192063 A JP2000192063 A JP 2000192063A JP 2002011873 A JP2002011873 A JP 2002011873A
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JP
Japan
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diaphragm
nozzle
liquid chamber
discharge head
boron
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Application number
JP2000192063A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Tanaka
田中  誠
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a diaphragm thickness from varying. SOLUTION: The diaphragm 10 is constituted of a boron diffusion layer, and a supersaturation region S is formed to part of the boron diffusion layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は液滴吐出ヘッド及びその
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a droplet discharge head and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プ
ロッタ等の画像記録装置或いは画像形成装置として用い
るインクジェット記録装置において使用するインクジェ
ットヘッドとしては、インク滴を吐出するノズルと、こ
のノズルが連通する液室(加圧液室、圧力室、吐出室、
インク流路等とも称される。)と、液室内のインクを加
圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備えて、圧力発
生手段で発生した圧力で液室内インクを加圧することに
よってノズルからインク滴を吐出させる。
2. Description of the Related Art An ink jet head used in an image recording apparatus such as a printer, a facsimile, a copying apparatus, a plotter or the like which is used as an image forming apparatus includes a nozzle for discharging ink droplets and a liquid chamber communicating with the nozzle. (Pressurized liquid chamber, pressure chamber, discharge chamber,
Also referred to as an ink flow path. ) And pressure generating means for generating a pressure for pressurizing the ink in the liquid chamber, and the ink droplets are ejected from the nozzles by pressurizing the ink in the liquid chamber with the pressure generated by the pressure generating means.

【0003】従来のインクジェットヘッドとしては、圧
電素子を用いて液室の壁面を形成している振動板を変形
変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型のも
の、液室内に配設した発熱抵抗体を用いてインクの膜沸
騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるバブル型
のもの、液室の壁面を形成する振動板(又はこれと一体
の電極)と電極を用いて静電力で振動板を変形変位させ
ることでインク滴を吐出させる静電型のものなどがあ
る。
A conventional ink jet head is of a piezo type which discharges ink droplets by deforming and displacing a diaphragm forming a wall surface of a liquid chamber by using a piezoelectric element, and a heating resistor disposed in the liquid chamber. Bubble type that generates bubbles by ink film boiling using a body and ejects ink droplets, and vibrates with electrostatic force using a vibrating plate (or an electrode integrated therewith) that forms the wall surface of the liquid chamber and electrodes There is an electrostatic type in which ink droplets are ejected by deforming and displacing a plate.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したピ
エゾ型あるいは静電型のインクジェットヘッドのように
液室の圧力制御及び/又は体積変化制御を行うために液
室壁面の一部を形成する振動板を用いる場合、一般に高
濃度ボロンを拡散したシリコン基板をアルカリ液でエッ
チングストップすることにより形成した振動板(ボロン
振動板)を用いている。
However, as in the case of the piezo type or electrostatic type ink jet head described above, a vibration forming a part of the wall of the liquid chamber for controlling the pressure and / or the volume change of the liquid chamber. When a plate is used, a diaphragm (boron diaphragm) formed by stopping etching of a silicon substrate in which high-concentration boron is diffused with an alkaline solution is generally used.

【0005】このように、高濃度ボロン等の高濃度P型
不純物拡散層をシリコン基板に形成し、不純物拡散層で
エッチングストップをかけて不純物拡散層による振動板
を形成する場合、振動板厚さにバラツキが生じると、滴
吐出体積や滴吐出速度などの滴吐出特性にバラツキが生
じ、記録品質が低下するため、高度に精密な厚さ制御が
必要になる。
As described above, when a high-concentration P-type impurity diffusion layer of high-concentration boron or the like is formed on a silicon substrate and an etching stop is performed on the impurity diffusion layer to form a diaphragm using the impurity diffusion layer, If the variation occurs, the droplet ejection characteristics such as the droplet ejection volume and the droplet ejection speed vary, and the recording quality deteriorates. Therefore, highly precise thickness control is required.

【0006】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、振動板厚さのバラツキが小さい液滴吐出ヘッド
を提供するとともに、高精度に振動板厚さを制御するこ
と可能な液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することを目
的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides a droplet discharge head having a small variation in the thickness of the diaphragm, and a droplet capable of controlling the thickness of the diaphragm with high accuracy. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a discharge head.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項1の液滴吐出ヘッドは、振動板がボロン拡散
層で形成され、ボロン拡散層の一部に過飽和領域を含む
構成としたものである。請求項2の液滴吐出ヘッドは、
記振動板の一部にのみ、具体的にはアルカリエッチング
でストップ層となる部分にのみボロン拡散層で形成され
ている構成としたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a droplet discharge head having a structure in which a diaphragm is formed of a boron diffusion layer and a part of the boron diffusion layer includes a supersaturated region. It was done. The droplet discharge head according to claim 2 is
The configuration is such that a boron diffusion layer is formed only in a part of the diaphragm, specifically, only in a part that becomes a stop layer by alkali etching.

【0008】請求項3の液滴吐出ヘッドは、振動板が窒
素を導入されたボロン拡散層で形成されている構成とし
たものである。請求項4の液滴吐出ヘッドは、振動板の
一部のみ、具体的にはアルカリエッチングでストップ層
となる部分のみに窒素を導入されたボロン拡散層で形成
されている構成としたものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a droplet discharge head, wherein the vibration plate is formed of a boron diffusion layer into which nitrogen is introduced. According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a droplet discharge head having a configuration in which only a part of the vibration plate, specifically, only a part serving as a stop layer by alkali etching is formed of a boron diffusion layer into which nitrogen is introduced. .

【0009】請求項5の液滴吐出ヘッドの製造方法は、
イオン注入法と熱処理で振動板の全部又は一部を形成す
るボロン拡散層を形成する構成としたものである。請求
項6の液滴吐出ヘッドの製造方法は、イオン注入法と固
体拡散法で振動板の全部又は一部を形成するボロン拡散
層を形成する構成としたものである。請求項7の液滴吐
出ヘッドの製造方法は、イオン注入法と塗布拡散法で振
動板の全部又は一部を形成するボロン拡散層を形成する
構成としたものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a droplet discharge head.
The structure is such that a boron diffusion layer that forms all or a part of the diaphragm is formed by ion implantation and heat treatment. According to a sixth aspect of the invention, there is provided a method of manufacturing a droplet discharge head, wherein a boron diffusion layer forming all or a part of a diaphragm is formed by an ion implantation method and a solid diffusion method. According to a seventh aspect of the invention, there is provided a method of manufacturing a droplet discharge head, wherein a boron diffusion layer forming all or a part of a diaphragm is formed by an ion implantation method and a coating diffusion method.

【0010】請求項8の液滴吐出ヘッドの製造方法は、
イオン注入法及びRTA法で振動板の全部又は一部を形
成するボロン拡散層を形成する構成としたものである。
請求項9の液滴吐出ヘッドの製造方法は、窒素を導入し
たシリコン基板にイオン注入法及びRTA法で振動板の
全部又は一部を形成するボロン拡散層を形成する構成と
したものである。請求項10の液滴吐出ヘッドの製造方
法は、数100keV〜数MeV程度の高エネルギーイオン注
入法で振動板の一部を形成するボロン拡散層を形成する
構成としたものである。
[0010] The method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 8 is characterized in that:
The structure is such that a boron diffusion layer forming all or a part of the diaphragm is formed by an ion implantation method and an RTA method.
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a droplet discharge head, wherein a boron diffusion layer for forming all or a part of a vibration plate is formed on a silicon substrate into which nitrogen has been introduced by an ion implantation method and an RTA method. According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a droplet discharge head, wherein a boron diffusion layer forming a part of a diaphragm is formed by a high energy ion implantation method of several hundred keV to several MeV.

【0011】請求項11の液滴吐出ヘッドの製造方法
は、シリコン基板に振動板の全部又は一部を形成するボ
ロン拡散層を形成し、ボロン拡散源を除去した後、拡散
面側の表面にボロンイオンを注入し、その後熱処理を施
す構成としたものである。請求項12の液滴吐出ヘッド
の製造方法は、シリコン基板に振動板の全部又は一部を
形成するボロン拡散層を形成し、ボロン拡散源を除去し
た後、拡散面側の表面に窒素イオンを注入し、その後熱
処理を施す構成としたものである。
According to a eleventh aspect of the present invention, in the method of manufacturing a droplet discharge head, a boron diffusion layer forming all or a part of a vibration plate is formed on a silicon substrate, and a boron diffusion source is removed. The structure is such that boron ions are implanted and then heat treatment is performed. According to a method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 12, a boron diffusion layer forming all or a part of a vibration plate is formed on a silicon substrate, and after removing a boron diffusion source, nitrogen ions are applied to the surface on the diffusion surface side. Injection is performed and then heat treatment is performed.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図1は本発明を適用する静電
型インクジェットヘッドの分解斜視説明図、図2は同ヘ
ッドの透過状態で示す上面説明図、図3は同ヘッドの液
室長辺方向に沿う模式的断面説明図、図4は同ヘッドの
液室短辺方向に沿う模式的断面説明図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view of an electrostatic inkjet head to which the present invention is applied, FIG. 2 is a top view illustrating the head in a transparent state, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the same head along a liquid chamber long side direction. FIG. 4 is a schematic cross-sectional explanatory view along the liquid chamber short side direction of the head.

【0013】このインクジェットヘッドは、第一基板で
ある流路基板1と、流路基板1の下側に設けた第二基板
である電極基板3と、流路基板1の上側に設けた第三基
板であるノズル板4とを備え、これらにより、複数のノ
ズル5、各ノズル5が連通するインク流路である液室
6、液室6に流体抵抗部7を介して連通する共通インク
室8などを形成している。
This ink jet head includes a flow path substrate 1 as a first substrate, an electrode substrate 3 as a second substrate provided below the flow path substrate 1, and a third substrate provided above the flow path substrate 1. A plurality of nozzles 5, a liquid chamber 6 serving as an ink flow path communicating with each nozzle 5, and a common ink chamber 8 communicating with the liquid chamber 6 via a fluid resistance portion 7. And so on.

【0014】流路基板1には、液室6及びこの液室6の
底部となる壁面を形成する振動板10、各液室6を隔て
る隔壁11を形成する凹部、共通インク室8を形成する
凹部などを形成している。この流路基板1は、シリコン
基板に振動板となる厚み(深さ)に高濃度P型不純物で
あるボロン(B)を拡散し、このボロン拡散層をKOH
等のアルカリ液でエッチングストップして形成すること
により、液室6となる凹部等を形成するときに所望の厚
さの振動板10(ボロン振動板)を得たものである。
On the flow path substrate 1, a liquid chamber 6, a vibration plate 10 forming a wall surface serving as a bottom of the liquid chamber 6, a recess forming a partition 11 separating each liquid chamber 6, and a common ink chamber 8 are formed. A recess or the like is formed. The flow path substrate 1 diffuses boron (B), which is a high-concentration P-type impurity, into a silicon substrate to a thickness (depth) serving as a diaphragm, and forms the boron diffusion layer with KOH.
The diaphragm 10 (boron diaphragm) having a desired thickness when forming a concave portion or the like that becomes the liquid chamber 6 is obtained by forming the film by etching and stopping with an alkaline liquid such as.

【0015】電極基板3には、凹部14を形成して、こ
の凹部14の底面に振動板10に所定のギャップ16を
置いて対向する電極15を形成し、この電極15と振動
板10によって、振動板10を変位させて液室6の内容
積を変化させるマイクロアクチュエータを構成してい
る。
A recess 14 is formed in the electrode substrate 3, and an electrode 15 facing the diaphragm 10 is formed on the bottom surface of the recess 14 with a predetermined gap 16 therebetween. A microactuator that changes the internal volume of the liquid chamber 6 by displacing the diaphragm 10 is configured.

【0016】この電極基板3の電極15上には振動板1
0との接触によって電極15が破損するのを防止するた
め、例えば0.1μm厚程度のSiO2などの絶縁層17
を成膜していることが好ましい。なお、電極15を電極
基板3の端部付近まで延設して外部駆動回路と接続手段
を介して接続するための電極パッド部15aを形成して
いる。
The diaphragm 1 is provided on the electrode 15 of the electrode substrate 3.
In order to prevent the electrode 15 from being damaged by contact with the insulating layer 17, for example, an insulating layer 17 made of SiO 2 having a thickness
Is preferably formed. The electrode 15 extends to near the end of the electrode substrate 3 to form an electrode pad portion 15a for connecting to an external drive circuit via a connection means.

【0017】この電極基板3は、ガラス基板、又は、表
面に熱酸化膜3aを形成したSi基板上に、HF水溶液
などでエッチングにより凹部14を形成し、この凹部1
4に窒化チタンなどの高耐熱性を有する電極材料をスパ
ッタ、CVD、蒸着などの成膜技術で所望の厚さに成膜
し、その後、フォトレジストを形成してエッチングする
ことにより、凹部14にのみ電極15を形成したもので
ある。この電極基板3と流路基板1とは陽極接合、直接
接合などのプロセスで接合している。
The electrode substrate 3 has a concave portion 14 formed on a glass substrate or a Si substrate having a thermal oxide film 3a formed on the surface thereof by etching with an HF aqueous solution or the like.
4, an electrode material having high heat resistance, such as titanium nitride, is formed to a desired thickness by a film forming technique such as sputtering, CVD, or vapor deposition, and then a photoresist is formed and etched to form recesses 14. Only the electrode 15 is formed. The electrode substrate 3 and the flow path substrate 1 are joined by processes such as anodic joining and direct joining.

【0018】また、ノズル板4は、ステンレス材(SU
S)等を用いて、ノズル5、液体抵抗部7及び共通イン
ク液室へ外部からインクを供給するためのインク供給口
19を形成している。
The nozzle plate 4 is made of stainless steel (SU).
S) and the like are used to form an ink supply port 19 for supplying ink from the outside to the nozzle 5, the liquid resistance section 7, and the common ink liquid chamber.

【0019】このように構成したインクジェットヘッド
においては、振動板10を共通電極とし、電極15を個
別電極として、振動板10と電極15との間に駆動電圧
を印加することによって、振動板10と電極15との間
に発生する静電力によって振動板10が電極15側に変
形変位し、この状態から振動板10と電極15間の電荷
を放電させることによって振動板10が復帰変形して、
液室6の内容積(体積)/圧力が変化することによっ
て、ノズル5からインク滴が吐出される。
In the ink-jet head thus configured, the diaphragm 10 is used as a common electrode, the electrode 15 is used as an individual electrode, and a driving voltage is applied between the diaphragm 10 and the electrode 15 so that the diaphragm 10 The vibrating plate 10 is deformed and displaced toward the electrode 15 by an electrostatic force generated between the vibrating plate 10 and the electrode 15, and the electric charge between the vibrating plate 10 and the electrode 15 is discharged from this state, whereby the vibrating plate 10 is returned and deformed.
When the internal volume (volume) / pressure of the liquid chamber 6 changes, ink droplets are ejected from the nozzles 5.

【0020】すなわち、個別電極とする電極15にパル
ス電圧を印加すると、共通電極となる振動板10との間
に電位差が生じて、個別電極15と振動板10の間に静
電力が生じる。この結果、振動板10は印加した電圧の
大きさに応じて変位する。その後、印加したパルス電圧
を立ち下げることで、振動板10の変位が復元して、そ
の復元力により液室6内の圧力が高くなり、ノズル5か
らインク滴が吐出される。
That is, when a pulse voltage is applied to the electrode 15 serving as an individual electrode, a potential difference occurs between the electrode 10 and the diaphragm 10 serving as a common electrode, and an electrostatic force is generated between the individual electrode 15 and the diaphragm 10. As a result, the diaphragm 10 is displaced according to the magnitude of the applied voltage. After that, the applied pulse voltage falls, whereby the displacement of the diaphragm 10 is restored, and the restoring force increases the pressure in the liquid chamber 6 and the ink droplets are ejected from the nozzles 5.

【0021】次に、このインクジェットヘッドの製造工
程について図5を参照して説明する。まず、同図(a)
に示すように、流路基板1となる結晶面方位(110)
のシリコン基板21に高濃度ボロンを拡散して、高濃度
ボロン拡散層22を形成する。
Next, a manufacturing process of the ink jet head will be described with reference to FIG. First, FIG.
As shown in the figure, the crystal plane orientation (110)
The high-concentration boron is diffused into the silicon substrate 21 to form a high-concentration boron diffusion layer 22.

【0022】一方、同図(b)に示すように、電極基板
3にはシリコン基板を用いて、電極間の容量カップリン
グを極力減らすためのベース酸化膜3aを形成し、この
酸化膜3aに凹部14を形成して、この凹部14の底面
に電極15及び電極15を覆う絶縁膜17を成膜してい
る。
On the other hand, as shown in FIG. 1B, a silicon substrate is used as the electrode substrate 3, and a base oxide film 3a for minimizing the capacitive coupling between the electrodes is formed. A recess 14 is formed, and an electrode 15 and an insulating film 17 covering the electrode 15 are formed on the bottom surface of the recess 14.

【0023】そして、同図(c)に示すように、流路基
板1となるシリコン基板21と電極基板3を直接接合
(Si-Direct-Bonding)等のプロセスで接合した後、同
図(d)に示すように、図示しないエッチングマスク層を
形成して、シリコン基板21をアルカリエッチングする
ことにより、ボロン拡散層22をエッチングストップと
して、液室6となる凹部23を形成するとともに、ボロ
ン拡散層22からなる振動板10を形成する。
Then, as shown in FIG. 1C, the silicon substrate 21 serving as the flow path substrate 1 and the electrode substrate 3 are joined by a process such as direct joining (Si-Direct-Bonding). As shown in ()), an etching mask layer (not shown) is formed, and the silicon substrate 21 is alkali-etched to form the recess 23 serving as the liquid chamber 6 using the boron diffusion layer 22 as an etching stop. The diaphragm 10 made of 22 is formed.

【0024】最後に、同図(e)に示すようにノズル5
を形成したノズル板4を、同図(f)に示すように、流
路基板1に接着接合して、インクジェットヘッドを完成
する。
Finally, as shown in FIG.
The nozzle plate 4 on which is formed is adhered and bonded to the flow path substrate 1 as shown in FIG.

【0025】そこで、高濃度ボロン拡散層をエッチング
ストップに用いた振動板の形成方法について説明する。
一般に、シリコン基板において、高濃度ボロン層がある
部分は高濃度ボロン層がない部分に比べてアルカリエッ
チングレートが低下することが知られている。ここで、
シリコン基板の高濃度ボロン層がない部分のエッチング
レートをRa、高濃度ボロン層がある部分のエッチング
レートをRbとして、エッチングレート選択比Pを、P
=Ra/Rb、で定義したとき、選択比Pは高濃度B層
の濃度が大きいほど大きくなる。但し、ある濃度以上に
なると飽和傾向が見られる。
Therefore, a method of forming a diaphragm using a high-concentration boron diffusion layer as an etching stop will be described.
In general, it is known that in a silicon substrate, a portion having a high-concentration boron layer has a lower alkali etching rate than a portion having no high-concentration boron layer. here,
Assuming that the etching rate of the portion of the silicon substrate where the high-concentration boron layer is not present is Ra and the etching rate of the portion where the high-concentration boron layer is present is Rb, the etching rate selection ratio P is P
= Ra / Rb, the selection ratio P increases as the concentration of the high concentration B layer increases. However, at a certain concentration or higher, a saturation tendency is observed.

【0026】また、エッチングレートRaとエッチング
レートRbは、シリコン基板中に含まれるボロン又はそ
れ以外の不純物の濃度によって異なるだけでなく、アル
カリ液の種類、アルカリ液と添加剤との混合比、アルカ
リ液の濃度、アルカリ液の温度、更にはシリコン基板の
結晶方位によっても大きく異なる。結晶方位面(11
0)のシリコン基板の場合、他の結晶方位面に比べて極
端にエッチングレートの低い(111)面が垂直に2面
存在しており、垂直面の加工が可能であり、本実施形態
の例では前述したように結晶面方位(110)のシリコ
ン基板を用いて、アルカリエッチングすることにより振
動板10を形成している。この場合、アルカリ液として
は、10〜40wt%程度のKOH液、又は、このKOH
液にある種の添加剤を加えたものを用いて、処理温度を
70〜95℃とした。
The etching rate Ra and the etching rate Rb not only depend on the concentration of boron or other impurities contained in the silicon substrate, but also on the type of alkali solution, the mixing ratio of the alkali solution and the additive, It greatly varies depending on the concentration of the liquid, the temperature of the alkaline liquid, and also the crystal orientation of the silicon substrate. Crystal orientation plane (11
In the case of the silicon substrate of (0), two (111) planes having an extremely lower etching rate as compared with the other crystal orientation planes are present vertically, and the vertical plane can be processed. As described above, the diaphragm 10 is formed by performing alkali etching using a silicon substrate having a crystal plane orientation (110). In this case, as the alkaline solution, a KOH solution of about 10 to 40 wt% or this KOH solution
The processing temperature was set to 70 to 95 ° C. by using a liquid obtained by adding certain additives.

【0027】また、このシリコン基板にエッチングマス
ク層として、減圧CVD窒化膜を成膜し半導体写真製版
技術を用いてパターニングして用いることにより、面幅
又は面長さの加工精度を1μm以下としている。さら
に、深さ制御、具体的には、振動板厚さの制御により、
振動板厚さのバラツキを0.1μm以下の精度にするこ
とができる。
Further, by forming a low-pressure CVD nitride film as an etching mask layer on the silicon substrate and patterning it using a semiconductor photolithography technique, the processing accuracy of the surface width or the surface length is made 1 μm or less. . Furthermore, by controlling the depth, specifically, controlling the diaphragm thickness,
The variation in the thickness of the diaphragm can be set to an accuracy of 0.1 μm or less.

【0028】ここで、振動板厚さのバラツキを低減する
には、ボロン拡散プロファイルの制御、アルカリエ
ッチングのストップ制御(エッチング選択比)、或い
は、アルカリエッチングの表面性制御を行うなどの手
法を用いることができる。
Here, in order to reduce the variation in the thickness of the diaphragm, a technique such as control of boron diffusion profile, stop control of alkali etching (etching selectivity), or control of surface properties of alkali etching is used. be able to.

【0029】すなわち、ボロン拡散プロファイルの制
御では、拡散層深さ、具体的には、ボロンストップ濃度
の深さが、振動板の厚さの中心値の精度に影響するばか
りでなく、ボロンストップ濃度近傍でのプロファイルの
シャープさ(濃度傾斜)も、振動板厚さのバラツキに影
響する。
That is, in controlling the boron diffusion profile, the depth of the diffusion layer, specifically, the depth of the boron stop concentration, not only affects the accuracy of the center value of the thickness of the diaphragm, but also the boron stop concentration. The sharpness of the profile (density gradient) in the vicinity also affects the variation in the diaphragm thickness.

【0030】また、アルカリエッチングのストップ制
御では、エッチング選択比が振動板厚さのバラツキに直
接影響する。このボロンストップ濃度は、3E18〜3
E20/cm3程度の範囲で、所望の精度やエッチング
時間によって適宜に決められる値であるが、コスト、プ
ロセスの容易性、及び、振動板の抵抗値等の面から1E
19〜2E20/cm3程度の範囲に設定することが好
ましい。
In the stop control of the alkali etching, the etching selectivity directly affects the variation in the thickness of the diaphragm. This boron stop concentration is 3E18-3
It is a value appropriately determined depending on desired accuracy and etching time within a range of about E20 / cm 3 , but is 1E in view of cost, easiness of process, and resistance value of the diaphragm.
It is preferable to set in the range of about 19 to 2E20 / cm 3 .

【0031】さらに、アルカリエッチングの表面性制
御では、表面性(表面上の凹凸)も振動板厚さのバラツキ
に直接影響するが、アルカリエッチングの条件を最適化
することによって、上記やの振動板厚さのバラツキ
に比べて影響の小さい条件を設定することができる。な
お、KOH濃度や温度、添加剤の影響によって、エッチ
ングレートや表面性等を調整することもできる。
Further, in the surface property control of the alkali etching, the surface property (irregularities on the surface) also directly affects the variation in the thickness of the diaphragm. It is possible to set a condition that is less affected than the thickness variation. Note that the etching rate, surface properties, and the like can be adjusted by the effects of the KOH concentration, temperature, and additives.

【0032】本発明においては、ボロン拡散プロファイ
ルの制御によって振動板厚さのバラツキを低減するよう
にしているので、その詳細について以下に説明する。高
濃度の拡散を行う最も一般的な方法は、固体拡散法であ
る。この固体拡散法でボロン拡散を行う場合には、B2
3板を拡散源として用いる。市販の拡散源を用いた場
合、シート抵抗値のバラツキ精度は±3%で保証されて
いる場合が多いが、ボロン拡散層で振動板を形成する場
合には、シート抵抗値でなくボロン拡散プロファイル
(デプスプロファイル)自体の形状が重要になるので、拡
散長が数μmと長くなる場合には、振動板厚のバラツキ
の精度は必ずしもシート抵抗の保証値と一致しない。
In the present invention, variations in the thickness of the diaphragm are reduced by controlling the boron diffusion profile, and the details thereof will be described below. The most common method of performing high concentration diffusion is the solid state diffusion method. When boron diffusion is performed by this solid diffusion method, B 2
An O 3 plate is used as a diffusion source. When a commercially available diffusion source is used, the dispersion accuracy of the sheet resistance value is often guaranteed at ± 3%, but when a diaphragm is formed with a boron diffusion layer, the boron diffusion profile is used instead of the sheet resistance value.
Since the shape of the (depth profile) itself is important, when the diffusion length is as long as several μm, the accuracy of the variation of the diaphragm thickness does not always match the guaranteed value of the sheet resistance.

【0033】例えば、シリコン結晶にボロン固体拡散を
行う場合では、拡散させたボロンの殆どが活性化される
(シリコン結晶格子内にボロン原子が収まる)と考えら
れるので、極端に言えば(全てが活性化するとすれ
ば)、シート抵抗値はボロンのドーズ量(単位面積当た
りの導入量)にのみ依存しボロン拡散プロファイルの如
何によらないと言える。したがって、この場合にはシー
ト抵抗値はモニタとしての参考値にはなるが詳細な管理
をするには不十分である。
For example, when boron solid diffusion is performed on a silicon crystal, it is considered that most of the diffused boron is activated (boron atoms are contained in the silicon crystal lattice). If activated, the sheet resistance depends only on the dose of boron (the amount introduced per unit area) and does not depend on the boron diffusion profile. Therefore, in this case, the sheet resistance value serves as a reference value as a monitor, but is insufficient for detailed management.

【0034】この固体拡散法において、ボロン拡散プロ
ファイルのバラツキが発生する要因の1つとして、拡散
炉安定性がある。具体的には温度モニターの精度、ラン
プレート(昇降温レート)、温度面内分布、及び、拡散源
とシリコン基板との距離等の安定性である。これらの安
定性は装置の性能とその均一性の条件出し等で定められ
る。
In the solid-state diffusion method, one of the factors that causes a variation in the boron diffusion profile is diffusion furnace stability. Specifically, the accuracy of the temperature monitor, the ramp rate (temperature rise / fall rate), the temperature distribution, and the stability such as the distance between the diffusion source and the silicon substrate. The stability is determined by conditions of the performance of the apparatus and its uniformity.

【0035】また、ボロン拡散プロファイルのバラツキ
が発生する要因のもう1つに、シリコン基板の表面の状
態がある。シリコン基板の表面には少なからず酸化膜等
が形成されている。この酸化膜厚は、洗浄等の表面処理
及び表面処理後の放置時間、拡散炉昇温時の空気巻き込
み状態により異なる。このシリコン基板の表面に形成さ
れる薄い酸化膜厚さのバラツキにより、基板表面のボロ
ン拡散濃度(不純物拡散濃度)がばらついてしまう。拡
散抵抗のみを問題にする場合には、さほど問題にならな
い場合もあるが、振動板を形成する場合には注意を要す
る。
Another factor that causes variations in the boron diffusion profile is the state of the surface of the silicon substrate. An oxide film or the like is formed on the surface of the silicon substrate. This oxide film thickness varies depending on surface treatment such as cleaning, the standing time after the surface treatment, and the state of air entrapment when the temperature of the diffusion furnace is raised. Due to the variation of the thin oxide film thickness formed on the surface of the silicon substrate, the boron diffusion concentration (impurity diffusion concentration) on the substrate surface varies. When only the diffusion resistance is a problem, there is a case where the problem is not so serious. However, when forming a diaphragm, caution is required.

【0036】そこで、本発明の第1実施形態について図
6を参照して説明する。なお、同図は同実施形態に係る
振動板のボロン拡散プロファイル(Bデプスプロファイ
ル)の一例を説明する説明図である。この第1実施形態
においては、シリコン基板にボロン拡散層をイオン注入
と熱処理によって形成することで、同図に示すようにボ
ロン拡散層領域の一部に過飽和領域Sを形成している。
Therefore, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of a boron diffusion profile (B depth profile) of the diaphragm according to the embodiment. In the first embodiment, a super-saturated region S is formed in a part of the boron diffusion layer region by forming a boron diffusion layer in a silicon substrate by ion implantation and heat treatment as shown in FIG.

【0037】例えば、ボロン(B)を注入エネルギー1
00keV、ドーズ量3E16/cm2でイオン注入し
たシリコンウエハ(シリコン基板)を、1050℃−1
00minで熱処理したとき、プロファイルαで示すよ
うに基板表面側の一部に過飽和領域S(またはU)が形成
される。また、ボロン(B)を注入エネルギー100k
eV、ドーズ量3E16/cm2でイオン注入したシリ
コンウェハ(シリコン基板)を、1050℃−500m
inで熱処理したとき、プロファイルβで示すように基
板表面側の一部に過飽和領域S(またはU')が形成され
る。
For example, boron (B) is implanted at an energy of 1
A silicon wafer (silicon substrate) ion-implanted at 00 keV and at a dose of 3E16 / cm 2 at 1050 ° C.-1
When heat treatment is performed for 00 min, a supersaturated region S (or U) is formed on a part of the substrate surface side as shown by the profile α. Further, boron (B) is implanted at an energy of 100 k.
eV, a silicon wafer (silicon substrate) ion-implanted at a dose of 3E16 / cm 2 at 1050 ° C.-500 m
When the heat treatment is performed in, a supersaturated region S (or U ′) is formed in a part of the substrate surface side as shown by the profile β.

【0038】このようにボロン拡散層の一部に過飽和領
域Sが存在することにより、B拡散プロファイルの制御
性が極めて高くなる。すなわち、ボロン拡散層に過飽和
領域Sを持たない場合には、図7に示すように、Bスト
ップ濃度の位置を線Tとしたとき、同じプロファイルで
あっても表面濃度が濃度aのときのプロファイルαと濃
度a´のときのプロファイルα´とでは、Bストップ点
(プロファイルと線Tの交点)が点Tα、Tα´で示す
ように異なってしまい、拡散深さもHα、Hα´と異な
る。この拡散深さのバラツキはそのまま振動板厚さのバ
ラツキになる。また、このBストップ点のバラツキによ
る振動板厚さのバラツキは、プロファイルαより拡散長
の長いプロファイルβ、β´で示すように、拡散深さ
(拡散長)が長くなるほど大きくなる。
As described above, since the supersaturated region S exists in a part of the boron diffusion layer, the controllability of the B diffusion profile becomes extremely high. That is, when the boron diffusion layer does not have the supersaturated region S, as shown in FIG. 7, when the position of the B-stop concentration is set to the line T, the profile when the surface concentration is the concentration a is the same profile. In α and the profile α ′ at the density a ′, the B stop point (intersection of the profile and the line T) is different as shown by points Tα and Tα ′, and the diffusion depth is also different from Hα and Hα ′. This variation in the diffusion depth becomes the variation in the thickness of the diaphragm as it is. The variation in the diaphragm thickness due to the variation in the B stop point increases as the diffusion depth (diffusion length) increases, as shown by profiles β and β ′ having a diffusion length longer than the profile α.

【0039】これに対して、ボロン拡散層に予め過飽和
領域Sを持たせた場合には、図8に示すように、B拡散
は同図の点Lを起点として拡散するため、プロファイル
αのときには点Tαをボロンストップ点として拡散深さ
Hαが得られ、プロファイルαよりも拡散長の長いプロ
ファイルβのときには点TβをBストップ点として拡散
深さHβが得られる。
On the other hand, when the boron diffusion layer has a supersaturated region S in advance, as shown in FIG. 8, B diffusion is performed starting from point L in FIG. The diffusion depth Hα is obtained using the point Tα as the boron stop point, and the diffusion depth Hβ is obtained using the point Tβ as the B stop point when the profile β has a longer diffusion length than the profile α.

【0040】つまり、シリコン結晶内に予め過飽和領域
Sが存在する場合、ボロン拡散の起点が固定されるの
で、ボロン拡散プロファイルの制御性が極めて高くな
り、この点Lは、同図に示すように過飽和領域Sの最大
濃度が点Uにあっても点U´にあっても同じであり、点
Lがシリコン基板温度のみに依存することを確認してい
る。これに対し、この過飽和領域Sがなくなると、前述
した図7に示すようにプロファイルが崩れる(拡散プロ
ファイルの起点Lがa'→aにシフトする)ので、所望の
熱処理(拡散、活性化処理等)が終了するまで、過飽和
領域Sを維持することが必要であり、飽和濃度L(atom
s/cm3)、所望のボロンストップ深さH(cm)とした場
合に、少なくとも L*H(atoms/cm2)程度以上のド
ーズ量を導入することが必要となる。
That is, when the supersaturated region S exists in the silicon crystal in advance, since the starting point of boron diffusion is fixed, the controllability of the boron diffusion profile becomes extremely high. This point L is, as shown in FIG. It is the same whether the maximum concentration of the supersaturated region S is at the point U or at the point U ′, and it has been confirmed that the point L depends only on the silicon substrate temperature. On the other hand, when the supersaturated region S disappears, the profile collapses (the starting point L of the diffusion profile shifts from a 'to a') as shown in FIG. ) Is necessary to maintain the supersaturated region S until the saturation concentration L (atom
s / cm 3 ) and a desired boron stop depth H (cm), it is necessary to introduce a dose of at least about L * H (atoms / cm 2 ).

【0041】このようにボロン拡散層の一部に過飽和領
域(過飽和状態)が維持されていることで、その過飽和
点を起点にボロン拡散プロファイルを制御することがで
きて、ボロン拡散のバラツキが少なく、精密なボロン拡
散層の制御が可能となる。これにより、振動板の厚さを
高精度に形成することができて、駆動電圧のバラツキが
低減するとともに、液滴体積Mj、吐出速度Vjなどの
滴吐出特性が安定する。さらに、このボロン拡散層をイ
オン注入法と熱処理で形成する場合には、イオンエネル
ギーを制御することによって、過飽和領域の深さを正確
に制御することができ、特に薄い振動板を高精度に形成
することができる。
Since the supersaturated region (supersaturated state) is maintained in a part of the boron diffusion layer, the boron diffusion profile can be controlled starting from the supersaturation point, and the dispersion of boron diffusion is reduced. In addition, precise control of the boron diffusion layer becomes possible. Thereby, the thickness of the diaphragm can be formed with high precision, the variation of the driving voltage is reduced, and the droplet discharge characteristics such as the droplet volume Mj and the discharge speed Vj are stabilized. Furthermore, when this boron diffusion layer is formed by ion implantation and heat treatment, the depth of the supersaturated region can be accurately controlled by controlling the ion energy, and particularly, a thin diaphragm is formed with high precision. can do.

【0042】次に、この第1実施形態の他の例について
図9を参照して説明する。同図において、プロファイル
αは、図6に示したと同様に、ボロン(B)を注入エネ
ルギー100keV、ドーズ量3E16/cm2でイオ
ン注入したシリコンウエハ(シリコン基板)を、105
0℃−100minで熱処理したときのB拡散プロファ
イルである。また、プロファイルγは、ボロン(B)を
注入エネルギー100keV、ドーズ量1.5E16/
cm2でイオン注入したシリコンウェハ(シリコン基
板)を、1050℃−100minで熱処理したときの
B拡散プロファイルである。
Next, another example of the first embodiment will be described with reference to FIG. In the same figure, as shown in FIG. 6, the profile α is obtained by changing a silicon wafer (silicon substrate) obtained by ion-implanting boron (B) with an implantation energy of 100 keV and a dose of 3E16 / cm 2 to 105
It is a B diffusion profile at the time of performing heat processing at 0 degreeC-100min. The profile γ is such that boron (B) is implanted at an energy of 100 keV and a dose of 1.5E16 /
7 is a B diffusion profile when a silicon wafer (silicon substrate) ion-implanted at cm 2 is heat-treated at 1050 ° C. for 100 minutes.

【0043】この例においても分かるように、過飽和点
Lがプロファイルαとプロファイルγで一致しており、
また、拡散深さHα及びHγはほぼ完全に一致してい
る。すなわち、イオン注入と熱処理でボロン拡散を行っ
た場合、ドーズ量が異なっても略同じプロファイルが得
られる。
As can be seen from this example, the supersaturation point L matches the profile α and the profile γ,
In addition, the diffusion depths Hα and Hγ almost completely match. That is, when boron diffusion is performed by ion implantation and heat treatment, substantially the same profile can be obtained even if the dose is different.

【0044】次に、本発明の第2実施形態について図1
0及び図11を参照して説明する。なお、両図は第2実
施形態の効果を第1実施形態との対比において説明する
ための説明図である。図10において、プロファイルγ
は、上述したと同様に、ボロン(B)を注入エネルギー
100keV、ドーズ量1.5E16/cm2でイオン
注入したシリコンウェハ(シリコン基板)を、1050
℃−100minで熱処理したときのB拡散プロファイ
ルである。また、プロファイルδは、ボロン(B)を注
入エネルギー100keV、ドーズ量0.5E16/c
2でイオン注入したシリコンウェハ(シリコン基板)
を、1050℃−100minで熱処理したときのB拡
散プロファイルをそれぞれ示している。熱処理の途中で
過飽和領域Sが消失したため、ボロン拡散プロファイル
が大きく変化しており、求められる振動板厚さも大きく
変化している(薄くなっている)。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. Note that both figures are explanatory diagrams for explaining the effect of the second embodiment in comparison with the first embodiment. In FIG. 10, the profile γ
A silicon wafer (silicon substrate) ion-implanted with boron (B) at an implantation energy of 100 keV and a dose of 1.5E16 / cm 2 in the same
It is a B diffusion profile at the time of performing heat processing at -100 minutes. The profile δ is such that boron (B) is implanted at an energy of 100 keV and a dose of 0.5E16 / c.
ion-implanted silicon wafer in m 2 (silicon substrate)
Shows a B-diffusion profile when each was heat-treated at 1050 ° C. for 100 minutes. Since the supersaturated region S disappeared during the heat treatment, the boron diffusion profile has changed significantly, and the required diaphragm thickness has also changed greatly (it has become thinner).

【0045】また、図11は、ボロンを注入エネルギー
100keV、ドーズ量1.5E16/cm2でイオン注
入したシリコンウェハを、拡散時間を変えて処理した場
合のプロファイルγの変化γ'、γ''を示している。拡
散時間の増加と共に過飽和領域S(またはU)が消失し、
起点Lの濃度が低下していくのが分かる
FIG. 11 shows changes γ ′ and γ ″ in the profile γ when the silicon wafer ion-implanted with boron at an implantation energy of 100 keV and a dose of 1.5E16 / cm 2 is processed by changing the diffusion time. Is shown. The supersaturated region S (or U) disappears as the diffusion time increases,
It can be seen that the density of the starting point L decreases.

【0046】ドーズ量としては1〜2E16/cm2程度
までがコスト・スループット的な限界である。したがっ
て、イオン注入法と熱処理で過飽和領域を形成した場
合、振動板の厚さ(ボロン拡散層の深さ)が1μm程度
以下の薄い振動板を形成する場合には有利であるが、厚
さが2μm程度以上の振動板を形成する場合にはドーズ
量が大きくなりすぎ、スループットや製造コストが厳し
くなる。
The dose amount is limited to about 1 to 2E16 / cm 2 in terms of cost / throughput. Therefore, when a supersaturated region is formed by ion implantation and heat treatment, it is advantageous when a thin diaphragm having a thickness of the diaphragm (depth of the boron diffusion layer) of about 1 μm or less is formed. When a diaphragm having a thickness of about 2 μm or more is formed, the dose becomes too large, and the throughput and manufacturing cost become severe.

【0047】そこで、この第2実施形態では、イオン注
入法と固体拡散法とを併用し、或いはイオン注入法と塗
布拡散法とを併用してボロン拡散を行うようにしてい
る。これによって、比較的厚い振動板を形成する場合に
おいても、イオンエネルギーを制御することで過飽和領
域Sの深さを正確に制御しつつ、スループットを高め、
コストを低減することができる。
Therefore, in the second embodiment, boron diffusion is performed by using both the ion implantation method and the solid diffusion method, or using both the ion implantation method and the coating diffusion method. Accordingly, even when a relatively thick diaphragm is formed, the throughput is increased while controlling the ion energy to accurately control the depth of the supersaturated region S.
Cost can be reduced.

【0048】なお、固体拡散法は、ストイキオメトリの
取れたB23板を拡散源に用いるの対して、塗布拡散法
は、固体源より低濃度のボロンガラス(拡散源)をスピ
ンコートして用いているため、固体拡散方の方が拡散制
御に優れいてると言われていたが、近年では塗布材料の
進歩により、固体拡散法と同等レベルの均一性を得られ
るようになっている。
In the solid diffusion method, a B 2 O 3 plate with stoichiometry is used as a diffusion source, whereas in the coating diffusion method, boron glass (diffusion source) having a lower concentration than the solid source is spin-coated. It is said that the solid diffusion method is superior in diffusion control because it is used as it is, but in recent years, with the progress of coating materials, it has become possible to obtain the same level of uniformity as the solid diffusion method .

【0049】ただし、高濃度のボロン拡散を行なう場合
には、塗布拡散法は絶対濃度が少ないため、SiCを用
いた高温拡散炉を必要とするなど不利な点が少なくなか
った。しかし、本発明のようにイオン注入法と併用した
場合には、固体拡散法と塗布拡散法で同等の結果が得ら
れており、コストや管理の容易性からすれば塗布拡散法
の方が有利になる。
However, in the case of performing high-concentration boron diffusion, there are many disadvantages such as the necessity of a high-temperature diffusion furnace using SiC because the coating diffusion method has a small absolute concentration. However, when used together with the ion implantation method as in the present invention, the same results are obtained by the solid diffusion method and the coating diffusion method, and the coating diffusion method is more advantageous in terms of cost and ease of management. become.

【0050】次に、本発明の第3実施形態について図1
2を参照して説明する。同図において、プロファイルa
は窒素(N)を導入していないシリコン基板にボロン拡
散を行った場合のプロファイル、プロファイルni(i
=1,2)は窒素(N)を導入したシリコン基板にボロ
ン拡散を行った場合のプロファイルであり、双方、同一
バッチの熱処理で比較している。また、プロファイルn
1はプロファイルaの場合と拡散時間を同じにした場
合、プロファイルn2は拡散時間を長くしてボロンスト
ップ点をプロファイルaのボロンストップ点Taと揃え
た場合を示している。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. In FIG.
Is a profile when boron is diffused into a silicon substrate into which nitrogen (N) is not introduced, and a profile ni (i
= 1, 2) are profiles when boron diffusion is performed on a silicon substrate into which nitrogen (N) has been introduced, and both are compared by heat treatment in the same batch. Profile n
Numeral 1 indicates the case where the diffusion time is the same as that of the profile a, and profile n2 indicates the case where the diffusion time is increased and the boron stop point is aligned with the boron stop point Ta of the profile a.

【0051】同図より、Nを導入したプロファイルn1
はNを導入しないプロファイルaよりも拡散が抑えられ
ている(拡散係数が落ちている。)ことが分かる。ま
た、プロファイルn2とプロファイルaとを比較すると
分かるように、Nを導入した場合のプロファイルn2の
方がシャープになり(深さ方向の濃度分布の傾斜が高
い)、窒素を導入することで、ボロンストップ制御を精
密に行うことができ。ただし、プロファイルn2の方が
拡散時間が長くなるためスループットは若干低下する
が、制御性や再現性には有利である。
As shown in the figure, the profile n1 in which N is introduced
Indicates that the diffusion is suppressed (the diffusion coefficient is lowered) as compared with the profile a in which N is not introduced. Further, as can be seen by comparing the profile n2 with the profile a, the profile n2 when N is introduced becomes sharper (the gradient of the concentration distribution in the depth direction is high), and boron is introduced by introducing nitrogen. Stop control can be performed precisely. However, the throughput is slightly reduced in the profile n2 because the diffusion time is longer, but is advantageous in controllability and reproducibility.

【0052】このように、窒素(N)を導入したシリコ
ン基板にボロン拡散層を形成することで、比較的厚さの
薄い振動板を高精度に形成することができる。
By forming a boron diffusion layer on a silicon substrate into which nitrogen (N) has been introduced, a diaphragm having a relatively small thickness can be formed with high precision.

【0053】次に、本発明の第4実施形態について図1
3を参照して説明する。同図において、プロファイルa
はシリコン基板にボロンをイオン注入し、通常の拡散炉
によりボロン拡散させたデプスプロファイルである。プ
ロファイルni(i=1,2)はシリコン基板に同様に
ボロンをイオン注入し、RTA(RapidThermal Anneal
=昇降温を瞬時(数秒)で行なう手法)で熱処理してボ
ロン拡散及び活性化を行った場合のプロファイルであ
り、双方、同一条件のRTAによる熱処理で比較してい
る。ここで、プロファイルn2は拡散時間(アニール時
間)を通常(活性化するに十分な熱処理)より長めにして
プロファイルaのボロンストップ点と揃えた場合を示し
ている。また、プロファイルn1は、Nを導入したシリ
コン基板を用いた場合であって、n2のそれと同一条件
のイオン注入、RTA処理を施した場合を示している。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
3 will be described. In FIG.
Is a depth profile in which boron ions are implanted into a silicon substrate and boron is diffused by a normal diffusion furnace. In the profile ni (i = 1, 2), boron is similarly ion-implanted into a silicon substrate, and RTA (Rapid Thermal Anneal) is performed.
= A method in which heat treatment is performed instantaneously (several seconds) to perform boron diffusion and activation, and both are compared by heat treatment using RTA under the same conditions. Here, profile n2 shows a case where the diffusion time (annealing time) is longer than normal (heat treatment sufficient for activation) and aligned with the boron stop point of profile a. The profile n1 is a case where a silicon substrate into which N is introduced is used, and shows a case where ion implantation and RTA processing are performed under the same conditions as those of n2.

【0054】このように熱処理をRTAで行うことによ
り、イオン注入されたボロンは拡散(ドライブ)が抑え
られ相対的に活性化が促進されるため、拡散層深さの制
御性が良く、また、拡散プロファイルがシャープになる
(濃度傾斜が高い)ためエッチングストップの制御性も
高くなる。なお、RTA処理による拡散プロファイルは
通常の拡散プロファイル(例えば図12に示すプロファ
イル)と若干異なる形状となる。
By performing the heat treatment by RTA as described above, diffusion (drive) of ion-implanted boron is suppressed and activation is relatively promoted. Therefore, the controllability of the diffusion layer depth is good, and Since the diffusion profile becomes sharp (the concentration gradient is high), the controllability of the etching stop also increases. The diffusion profile obtained by the RTA process has a slightly different shape from a normal diffusion profile (for example, the profile shown in FIG. 12).

【0055】また同図より、Nを導入したプロファイル
n1はNを導入しないプロファイルn2よりも拡散が抑
えられている(拡散係数が落ちている。)ことが分か
る。また、プロファイルn1とプロファイルn2とを比
較すると分かるように、Nを導入した場合のプロファイ
ルn1の方がシャープになり(深さ方向の濃度分布の傾
斜が高い)、窒素を導入することで、ボロンストップ制
御を精密に行うことができる。
It can be seen from the figure that the diffusion of the profile n1 in which N is introduced is suppressed more than the profile n2 in which N is not introduced (the diffusion coefficient is lowered). Further, as can be seen by comparing the profiles n1 and n2, the profile n1 when N is introduced becomes sharper (the gradient of the concentration distribution in the depth direction is high), and boron is introduced by introducing nitrogen. Stop control can be performed precisely.

【0056】このように、イオン注入されたボロンをR
TA法で熱処理してシリコン基板にボロン拡散層を形成
することで、比較的厚さの薄い振動板を高精度に形成す
ることができる。さらに、前述したように窒素(N)を
導入したシリコン基板にイオン注入されたボロンをRT
A法で熱処理してボロン拡散層を形成することにより、
更に拡散層の深さの制御性が向上し、エッチングストッ
プ性が向上する。
As described above, the ion-implanted boron is changed to R
By forming a boron diffusion layer on a silicon substrate by performing heat treatment by a TA method, a diaphragm having a relatively small thickness can be formed with high precision. Further, as described above, the boron ion-implanted into the silicon substrate into which nitrogen (N) has been introduced is subjected to RT.
By forming a boron diffusion layer by heat treatment in Method A,
Further, the controllability of the depth of the diffusion layer is improved, and the etching stop property is improved.

【0057】次に、本発明の第5実施形態について図1
4を参照して説明する。この実施形態は、振動板を形成
するためにボロンストップさせる領域にのみボロン拡散
層を形成したものである。同図において、プロファイル
aは振動板の全域をボロン拡散層とした場合のデプスプ
ロファイルであり、これと同じボロンストップ点Taを
有するプロファイルbのボロン拡散層を、振動板の一部
となる部分に形成することで、同じ厚さの振動板を形成
できる。また、プロファイルb´はプロファイルbより
もシャープにした場合である。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. In this embodiment, a boron diffusion layer is formed only in a region where boron is stopped to form a diaphragm. In the figure, a profile a is a depth profile when the entire region of the diaphragm is a boron diffusion layer, and a boron diffusion layer of a profile b having the same boron stop point Ta is added to a portion to be a part of the diaphragm. By forming the diaphragm, a diaphragm having the same thickness can be formed. Profile b 'is a case where the profile is sharper than profile b.

【0058】このように、ボロンストップする領域にの
み所望の高濃度ボロン拡散層を形成した場合、振動板の
比抵抗が大きい代わりに、振動板の内部応力が小さくな
るので、振動耐久性が高くなる。また、拡散を必要とし
ないため(但し、活性化は必要である)、同図から分かる
ようにプロファイルがシャープであり、ボロンストップ
制御が極めて容易で精密な振動板の厚さ制御が可能にな
る。
As described above, when the desired high-concentration boron diffusion layer is formed only in the region where boron is stopped, the internal resistance of the diaphragm becomes small instead of the large specific resistance of the diaphragm, so that the vibration durability is high. Become. In addition, since diffusion is not required (however, activation is required), as can be seen from the figure, the profile is sharp, boron stop control is extremely easy, and precise diaphragm thickness control is possible. .

【0059】さらに、通常の高濃度ボロン拡散面ではマ
イクロラフネスが大きく、ボロン拡散面を他のシリコン
基板に接合する場合において、シリコン基板の表面を研
磨するなどしてマイクロラフネスを小さくすることが必
要となるが、このようにボロンストップ領域にのみ拡散
層を形成することで、シリコン表面にボロン拡散層がな
いためマイクロラフネスの発生がなく、シリコン基板を
研摩工程を経ることなく直接接合を容易に行うことがで
きる。
Furthermore, the micro-roughness is large on a normal high-concentration boron diffusion surface, and it is necessary to reduce the micro-roughness by polishing the surface of the silicon substrate when bonding the boron diffusion surface to another silicon substrate. However, by forming a diffusion layer only in the boron stop region in this way, there is no boron diffusion layer on the silicon surface, so there is no micro-roughness, and direct bonding can be easily performed without polishing the silicon substrate. It can be carried out.

【0060】ここで、ボロンストップさせる領域にのみ
高濃度ボロン拡散層を形成するには、例えば高エネルギ
ーイオン注入(MeVイオン注入)を用いる。MeV注
入法を用いることで、MeV注入の可能な範囲で、エッ
チングストップしたい深さに直接、極めて高精度で且つ
シャープな拡散プロファイルを形成できるため、拡散層
深さの制御性が極めて高くなり、エッチングストップの
制御性もを極めて高くなる。一般に、MeV注入では数
μm程度の深さまで注入が可能である。
Here, in order to form a high-concentration boron diffusion layer only in the region where boron is to be stopped, for example, high-energy ion implantation (MeV ion implantation) is used. By using the MeV implantation method, an extremely high-precision and sharp diffusion profile can be formed directly at the depth at which etching is to be stopped within the range where MeV implantation is possible, so that the controllability of the diffusion layer depth becomes extremely high. The controllability of the etching stop also becomes extremely high. In general, MeV implantation can be performed to a depth of about several μm.

【0061】次に、本発明の第6実施形態について図1
5を参照して説明する。この実施形態においては、ボロ
ンストップする領域に窒素(N)を導入している。前述
したように、窒素(N)を導入することにより、ボロン
拡散が抑えられて、シリコン基板の所望の深さの領域の
み拡散係数を下げることができる。すなわち、同図にお
いて、窒素Nをプロファイルnで示すようにボロンスト
ップする領域に導入しておくことで、プロファイルaと
同じボロンストップ点Taを有するシャープなプロファ
イルbが得られる。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. In this embodiment, nitrogen (N) is introduced into the region where boron is stopped. As described above, by introducing nitrogen (N), boron diffusion can be suppressed, and the diffusion coefficient can be reduced only in a region having a desired depth in the silicon substrate. That is, in the same figure, by introducing nitrogen N into the region where boron is stopped as indicated by profile n, a sharp profile b having the same boron stop point Ta as profile a can be obtained.

【0062】このように、ボロンストップする領域に窒
素(N)を導入することで、比抵抗の低い振動板を制御
性よく形成することができる。
As described above, by introducing nitrogen (N) into the region where boron is stopped, a diaphragm having low specific resistance can be formed with good controllability.

【0063】次に、本発明の第7実施形態について図1
6及び図17を参照して説明する。この実施形態では、
ボロン拡散層を形成し、拡散源(例えばボロン拡散プレ
ートからのデポ物、或いは塗布拡散用塗布コート材)を
除去した後、追加あるいは後工程の熱処理(直接接合に
おける熱処理等)を施す前に、拡散面側の表面にボロン
注入を施すものである。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
6 and FIG. In this embodiment,
After forming a boron diffusion layer and removing a diffusion source (for example, a deposit from a boron diffusion plate or a coating material for coating diffusion), before performing an additional or subsequent heat treatment (such as a heat treatment in direct bonding), Boron is implanted into the surface on the diffusion surface side.

【0064】すなわち、図16に示すように、拡散源除
去後にボロン注入を施さないで高温の熱処理を加えた場
合には、熱処理前にはプロファイルaであったものが熱
処理後にはプロファイルa´のように変化(濃度低下)
する場合があり、ボロンストップ点がTaからTa´に
変化する。
That is, as shown in FIG. 16, when a high-temperature heat treatment is applied without boron implantation after removing the diffusion source, the profile a before the heat treatment is changed to the profile a 'after the heat treatment. Change (decrease in concentration)
And the boron stop point changes from Ta to Ta ′.

【0065】これに対して、図17に示すように、拡散
源除去後にプロファイルbで示すように拡散側表面から
ボロンを注入した後、高温の熱処理を加えた場合には、
熱処理前のプロファイルaと熱処理後のプロファイルa
´とではプロファイルの変化(濃度低下)が低減し、ボ
ロンストップ点Ta、Ta´の変化も小さくなる。
On the other hand, as shown in FIG. 17, when boron is implanted from the diffusion side surface as shown by the profile b after the removal of the diffusion source, and a high-temperature heat treatment is applied,
Profile a before heat treatment and profile a after heat treatment
′, The change in the profile (density decrease) is reduced, and the change in the boron stop points Ta and Ta ′ is also reduced.

【0066】このように、シリコン基板にボロンを拡散
して拡散源を除去した後、拡散側の表面にボロンを注入
し、その後熱処理を施すことにより、プロファイルの変
化(ボロン濃度低下)を抑制することができ、リプロフ
ァイル制御が容易となる。
As described above, after the boron is diffused into the silicon substrate to remove the diffusion source, boron is implanted into the surface on the diffusion side, and then heat treatment is performed to suppress a change in the profile (a decrease in boron concentration). And reprofile control becomes easy.

【0067】この場合、熱処理を施す前に、ボロン注入
に代えて、窒素イオン注入を行うことで、拡散層表面近
傍の最も高濃度となる領域における拡散係数を低下させ
ることによっても、プロファイルの変化(ボロン濃度低
下)を抑制することができる。この場合、ボロン注入よ
りも効果は低いが、コストが廉価でプロセスが容易にな
る。
In this case, by changing the diffusion coefficient in the region having the highest concentration near the surface of the diffusion layer by performing nitrogen ion implantation instead of boron implantation before performing the heat treatment, the profile change can be achieved. (Decrease in boron concentration) can be suppressed. In this case, the effect is lower than that of boron implantation, but the cost is low and the process is easy.

【0068】なお、上記各実施形態においては、液滴吐
出ヘッドが静電型インクジェットヘッドである例で説明
しているが、圧電素子を用いたピエゾ型インクジェット
ヘッドにも適用することができる。
In each of the above embodiments, an example is described in which the droplet discharge head is an electrostatic ink jet head, but the present invention can also be applied to a piezo ink jet head using a piezoelectric element.

【0069】そこで、ピエゾ型インクジェットヘッドに
適用した場合のヘッド製造工程について図18を参照し
て簡単に説明する。まず、同図(a)に示すように、流
路基板となる結晶面方位(110)のシリコン基板31
に高濃度ボロンを拡散して、高濃度ボロン拡散層32を
形成する。
The head manufacturing process when applied to a piezo type ink jet head will be briefly described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 1A, a silicon substrate 31 having a crystal plane orientation (110) serving as a flow path substrate is used.
To form a high-concentration boron diffusion layer 32.

【0070】一方、同図(b)に示すように、電極基板
33にはシリコン基板を用いて、このシリコン基板に熱
酸化膜33aを形成し、熱酸化膜33aに凹部34を形
成して、この凹部34の底面に積層圧電体35を設け
る。
On the other hand, as shown in FIG. 2B, a silicon substrate is used as the electrode substrate 33, a thermal oxide film 33a is formed on the silicon substrate, and a concave portion 34 is formed in the thermal oxide film 33a. A laminated piezoelectric body 35 is provided on the bottom surface of the recess 34.

【0071】そこで、同図(c)に示すように、流路基
板となるシリコン基板31と電極基板33を直接接合
(Si-Direct-Bonding)等のプロセスで接合した後、同
図(d)に示すように、図示しないエッチングマスク層
を形成して、シリコン基板31をアルカリエッチングす
ることにより、ボロン拡散層32をエッチングストップ
として、液室となる凹部36を形成するとともに、ボロ
ン拡散層32からなる振動板37を形成した流路基板3
8を得る。
Then, as shown in FIG. 7C, the silicon substrate 31 serving as the flow path substrate and the electrode substrate 33 are joined by a process such as direct joining (Si-Direct-Bonding), and then, as shown in FIG. As shown in FIG. 5, an etching mask layer (not shown) is formed, and the silicon substrate 31 is alkali-etched to form a recess 36 serving as a liquid chamber using the boron diffusion layer 32 as an etching stop. Flow path substrate 3 on which a vibrating plate 37 is formed
Get 8.

【0072】最後に、同図(e)に示すようにノズル3
9を形成したノズル板40を、同図(f)に示すよう
に、流路基板38に接着接合する。
Finally, as shown in FIG.
The nozzle plate 40 formed with 9 is adhesively bonded to the flow path substrate 38 as shown in FIG.

【0073】このピエゾ型インクジェットヘッドにおい
ては、圧電素子として、上述した積層型圧電素子に限ら
ず、面屈曲型の圧電素子を用いることもできる。
In the piezo type ink jet head, the piezoelectric element is not limited to the above-described laminated type piezoelectric element, but a surface bending type piezoelectric element can also be used.

【0074】なお、上記各実施形態においては、液滴吐
出ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説
明したが、その他の液滴、例えばレジスト滴を吐出させ
る液滴吐出ヘッドにも同様に適用することができる。ま
た、振動板と電極或いは振動板と圧電素子などの電気機
械変換素子とで構成されるマイクロアクチュエータは、
液滴吐出ヘッドに限らず、マイクロモータやマイクロポ
ンプなどのアクチュエータにも用いられるので、本発明
はこれらのマイクロアクチュエータにも適用することが
できる。
In each of the above embodiments, an example has been described in which the present invention is applied to an ink jet head as a droplet discharging head. However, the present invention is similarly applied to a droplet discharging head for discharging other droplets, for example, a resist droplet. Can be. Further, a microactuator composed of a diaphragm and an electrode or a diaphragm and an electromechanical transducer such as a piezoelectric element,
The present invention can be applied not only to the droplet discharge head but also to an actuator such as a micromotor or a micropump, so that the present invention can be applied to these microactuators.

【0075】[0075]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1の液滴吐
出ヘッドによれば、振動板がボロン拡散層からなり、こ
のボロン拡散層の一部に過飽和領域を含むので、精密な
拡散層の制御が可能となって振動板厚さのバラツキが低
減し、滴吐出特性のバラツキが少なくなる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the diaphragm is formed of a boron diffusion layer, and a part of the boron diffusion layer includes a supersaturated region. , The variation in the thickness of the diaphragm is reduced, and the variation in the droplet discharge characteristics is reduced.

【0076】請求項2の液滴吐出ヘッドによれば、振動
板の一部がボロン拡散層からなるので、濃度プロファイ
ルがシャープになってエッチングストップ性が向上し、
振動板の厚さバラツキが低減して滴吐出特性のバラツキ
が低減するとともに、振動板の耐久性が向上し、更に直
接接合が容易になる。
According to the droplet discharge head of the second aspect, since a part of the vibration plate is formed of the boron diffusion layer, the concentration profile becomes sharp and the etching stop property is improved.
The variation in the thickness of the diaphragm is reduced, the variation in the droplet discharge characteristics is reduced, the durability of the diaphragm is improved, and the direct joining is facilitated.

【0077】請求項3の液滴吐出ヘッドによれば、振動
板が窒素を導入されたボロン拡散層からなるので、濃度
プロファイルがシャープになってエッチングストップ性
が向上し、特に薄い振動板でも厚さバラツキが低減して
滴吐出特性のバラツキが低減する。
According to the third aspect of the present invention, since the diaphragm is made of the boron diffusion layer into which nitrogen is introduced, the concentration profile becomes sharp, and the etching stop property is improved. The variation in the droplet discharge characteristics is reduced, and the variation in the droplet discharge characteristics is reduced.

【0078】請求項4の液滴吐出ヘッドによれば、振動
板の一部が窒素を導入されたボロン拡散層からなるの
で、所望の深さの領域のみ拡散係数を下げることができ
て、比抵抗の低い振動板を制御性よく形成することがで
きるとともに、振動板厚さバラツキが低減して滴吐出特
性のバラツキが低減する。
According to the fourth aspect of the present invention, since a part of the vibration plate is formed of the boron diffusion layer into which nitrogen is introduced, the diffusion coefficient can be reduced only in a region having a desired depth. A diaphragm having a low resistance can be formed with good controllability, and a variation in the thickness of the diaphragm can be reduced, so that a variation in droplet discharge characteristics can be reduced.

【0079】請求項5の液滴吐出ヘッドの製造方法によ
れば、イオン注入法と熱処理でボロン拡散層を形成する
ので、過飽和領域を正確に制御することができるように
なり、特に厚さの薄い振動板を高精度に形成でき、滴吐
出特性のバラツキを低減できる。
According to the method of manufacturing a droplet discharge head according to the fifth aspect, since the boron diffusion layer is formed by the ion implantation method and the heat treatment, the supersaturated region can be accurately controlled. A thin diaphragm can be formed with high accuracy, and variations in droplet discharge characteristics can be reduced.

【0080】請求項6の液滴吐出ヘッドの製造方法によ
れば、イオン注入法と固体拡散法でボロン拡散層を形成
するので、過飽和領域を正確に制御することができるよ
うになり、厚さバラツキの少ない厚い振動板を高いスル
ープットで低コストに製造することができる。
According to the method of manufacturing a droplet discharge head of claim 6, since the boron diffusion layer is formed by the ion implantation method and the solid diffusion method, the supersaturated region can be controlled accurately, and Thick diaphragms with little variation can be manufactured at high throughput at low cost.

【0081】請求項7の液滴吐出ヘッドの製造方法によ
れば、イオン注入法と塗布拡散法でボロン拡散層を形成
するので、過飽和領域を正確に制御することができるよ
うになり、厚さバラツキの少ない厚い振動板を高いスル
ープットで低コストに製造することができる。
According to the method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 7, since the boron diffusion layer is formed by the ion implantation method and the coating diffusion method, the supersaturated region can be controlled accurately, and the thickness can be reduced. Thick diaphragms with little variation can be manufactured at high throughput at low cost.

【0082】請求項8の液滴吐出ヘッドの製造方法によ
れば、シリコン基板にイオン注入法及びRTA法でボロ
ン拡散層を形成するので、拡散層深さの制御性が良く、
拡散プロファイルがシャープになって、厚さバラツキの
少ない薄い振動板を形成することができる。
According to the method of manufacturing a droplet discharge head of claim 8, since the boron diffusion layer is formed on the silicon substrate by the ion implantation method and the RTA method, the controllability of the diffusion layer depth is good.
The diffusion profile becomes sharp, and a thin diaphragm with small thickness variation can be formed.

【0083】請求項9の液滴吐出ヘッドの製造方法によ
れば、窒素を導入したシリコン基板にイオン注入法及び
RTA法でボロン拡散層を形成するので、一層拡散層深
さの制御性が良く、拡散プロファイルがシャープになっ
て、より高精度に厚さバラツキの少ない薄い振動板を形
成することができる。
According to the method of manufacturing a droplet discharge head of the ninth aspect, the boron diffusion layer is formed on the silicon substrate into which nitrogen has been introduced by the ion implantation method and the RTA method, so that the controllability of the diffusion layer depth is further improved. In addition, a thin diaphragm having a sharp diffusion profile and a small thickness variation can be formed with higher precision.

【0084】請求項10の液滴吐出ヘッドの製造方法に
よれば、高エネルギーイオン注入法でボロン拡散層を形
成するので、拡散層深さとエッチングストップの制御性
等を極めて高くすることができて、厚さバラツキの少な
い振動板を形成することができる。
According to the method of manufacturing a droplet discharge head of claim 10, since the boron diffusion layer is formed by the high energy ion implantation method, the controllability of the diffusion layer depth and the etching stop can be extremely enhanced. Thus, a diaphragm having a small thickness variation can be formed.

【0085】請求項11の液滴吐出ヘッドの製造方法に
よれば、シリコン基板にボロンを拡散して拡散源を除去
した後、拡散側の表面にボロンイオンを注入し、その後
熱処理を施すので、熱処理による拡散プロファイルの変
化を低減することができて、リプロファイル制御が容易
となり、高精度に厚さバラツキの少ない振動板を形成す
ることができる。
According to the method of manufacturing a droplet discharge head according to the eleventh aspect, after boron is diffused into the silicon substrate to remove the diffusion source, boron ions are implanted into the surface on the diffusion side and then heat treatment is performed. The change in the diffusion profile due to the heat treatment can be reduced, the reprofile control can be easily performed, and a diaphragm with a small thickness variation can be formed with high accuracy.

【0086】請求項12のの滴吐出ヘッドの製造方法に
よれば、シリコン基板にボロンを拡散して拡散源を除去
した後、拡散側の表面に窒素イオンを注入し、その後熱
処理を施すので、熱処理による拡散プロファイルの変化
を低減することができて、リプロファイル制御が容易と
なり、高精度に厚さバラツキの少ない振動板を形成する
ことができる。
According to the method of manufacturing a droplet discharge head according to the twelfth aspect, after boron is diffused into the silicon substrate to remove the diffusion source, nitrogen ions are implanted into the surface on the diffusion side, and then heat treatment is performed. The change in the diffusion profile due to the heat treatment can be reduced, the reprofile control is facilitated, and a diaphragm having a small thickness variation with high accuracy can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用した静電型インクジェットヘッド
の分解斜視説明図
FIG. 1 is an exploded perspective view of an electrostatic inkjet head to which the present invention is applied.

【図2】同ヘッドの透過状態で示す上面説明図FIG. 2 is an explanatory top view showing the transmission state of the head.

【図3】同ヘッドの液室長辺方向に沿う模式的断面説明
FIG. 3 is a schematic cross-sectional explanatory view along a long side direction of a liquid chamber of the head.

【図4】同ヘッドの液室短辺方向に沿う模式的断面説明
FIG. 4 is a schematic cross-sectional explanatory view of the head along a liquid chamber short side direction.

【図5】同ヘッドの製造工程を説明する模式的断面説明
FIG. 5 is a schematic sectional explanatory view for explaining a manufacturing process of the head.

【図6】本発明の第1実施形態の説明に供するボロン拡
散プロファイルを説明する説明図
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a boron diffusion profile used for describing the first embodiment of the present invention.

【図7】同実施形態の作用説明に供する過飽和領域がな
いボロン拡散プロファイルを説明する説明図
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a boron diffusion profile having no supersaturation region for explaining the operation of the embodiment;

【図8】同実施形態の作用説明に供する過飽和領域があ
るボロン拡散プロファイルを説明する説明図
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a boron diffusion profile having a supersaturated region for explaining the operation of the embodiment;

【図9】同実施形態の他の例のボロン拡散プロファイル
を説明する説明図
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a boron diffusion profile of another example of the embodiment.

【図10】本発明の第2実施形態の効果を第1実施形態
との対比おいて説明するための説明図
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining effects of the second embodiment of the present invention in comparison with the first embodiment;

【図11】同じく同実施形態の効果を第1実施形態との
対比おいて説明するための説明図
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining effects of the same embodiment in comparison with the first embodiment;

【図12】本発明の第3実施形態の作用説明に供するボ
ロン拡散プロファイルを説明する説明図
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating a boron diffusion profile used for describing the operation of the third embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第4実施形態の作用説明に供するボ
ロン拡散プロファイルを説明する説明図
FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating a boron diffusion profile used for describing the operation of the fourth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第5実施形態の作用説明に供するボ
ロン拡散プロファイルを説明する説明図
FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating a boron diffusion profile used for describing the operation of the fifth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第6実施形態の作用説明に供するボ
ロン拡散プロファイルを説明する説明図
FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating a boron diffusion profile used for describing the operation of the sixth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第7実施形態の作用説明に供するボ
ロン拡散プロファイルを説明する説明図
FIG. 16 is an explanatory diagram illustrating a boron diffusion profile used for describing the operation of the seventh embodiment of the present invention.

【図17】同じく第7実施形態の作用説明に供するボロ
ン拡散プロファイルを説明する説明図
FIG. 17 is an explanatory view illustrating a boron diffusion profile used for explaining the operation of the seventh embodiment.

【図18】本発明をピエゾ型インクジェットヘッドに適
用した場合のヘッド製造工程を説明する説明図
FIG. 18 is an explanatory diagram illustrating a head manufacturing process when the present invention is applied to a piezo-type inkjet head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…流路基板、3…電極基板、4…ノズル板、5…ノズ
ル、6…液室、10…振動板、15…電極、21…シリ
コン基板、22…高濃度ボロン拡散層。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flow path substrate, 3 ... Electrode substrate, 4 ... Nozzle plate, 5 ... Nozzle, 6 ... Liquid chamber, 10 ... Vibration plate, 15 ... Electrode, 21 ... Silicon substrate, 22 ... High concentration boron diffusion layer.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 液滴を吐出するノズルと、このノズルが
連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板と、
この振動板を変位変形をさせることで前記ノズルから液
滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板が
ボロン拡散層で形成され、前記ボロン拡散層の一部に過
飽和領域を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
A nozzle for discharging a droplet, a liquid chamber communicating with the nozzle, a diaphragm forming a wall surface of the liquid chamber,
In a droplet discharge head that discharges droplets from the nozzle by displacing and deforming the vibration plate, the vibration plate is formed of a boron diffusion layer, and a part of the boron diffusion layer includes a supersaturated region. Droplet discharge head.
【請求項2】 液滴を吐出するノズルと、このノズルが
連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板と、
この振動板を変位変形をさせることで前記ノズルから液
滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板の
一部のみがボロン拡散層で形成されていることを特徴と
する液滴吐出ヘッド。
2. A nozzle for discharging droplets, a liquid chamber to which the nozzle communicates, a diaphragm forming a wall surface of the liquid chamber,
A droplet discharge head for discharging a droplet from the nozzle by displacing and deforming the diaphragm, wherein only a part of the diaphragm is formed of a boron diffusion layer.
【請求項3】 液滴を吐出するノズルと、このノズルが
連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板と、
この振動板を変位変形をさせることで前記ノズルから液
滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板が
窒素を導入されたボロン拡散層で形成されていることを
特徴とする液滴吐出ヘッド。
3. A nozzle for discharging liquid droplets, a liquid chamber communicating with the nozzle, a diaphragm forming a wall surface of the liquid chamber,
A droplet discharge head for discharging droplets from the nozzle by displacing and deforming the diaphragm, wherein the diaphragm is formed of a boron diffusion layer into which nitrogen has been introduced. .
【請求項4】 液滴を吐出するノズルと、前記ノズルが
連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板と、
この振動板を変位変形をさせることで前記ノズルから液
滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板の
一部が窒素を導入されたボロン拡散層で形成されている
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
4. A nozzle for discharging droplets, a liquid chamber communicating with the nozzle, a diaphragm forming a wall surface of the liquid chamber,
In a droplet discharge head that discharges droplets from the nozzles by displacing and deforming the diaphragm, a part of the diaphragm is formed of a boron diffusion layer into which nitrogen is introduced. Drop ejection head.
【請求項5】 液滴を吐出するノズルと、このノズルが
連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板と、
この振動板を変位変形をさせることで前記ノズルから液
滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの製造方法において、イ
オン注入法と熱処理で前記振動板の全部又は一部を形成
するボロン拡散層を形成することを特徴とする液滴吐出
ヘッドの製造方法。
5. A nozzle for discharging liquid droplets, a liquid chamber communicating with the nozzle, a diaphragm forming a wall surface of the liquid chamber,
In a method for manufacturing a droplet discharge head that discharges droplets from the nozzles by displacing and deforming the diaphragm, a boron diffusion layer that forms all or a part of the diaphragm is formed by ion implantation and heat treatment. A method for manufacturing a droplet discharge head.
【請求項6】 液滴を吐出するノズルと、このノズルが
連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板と、
この振動板を変位変形をさせることで前記ノズルから液
滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの製造方法において、イ
オン注入法と固体拡散法で前記振動板の全部又は一部を
形成するボロン拡散層を形成することを特徴とする液滴
吐出ヘッドの製造方法。
6. A nozzle for discharging droplets, a liquid chamber communicating with the nozzle, a diaphragm forming a wall surface of the liquid chamber,
In a method of manufacturing a droplet discharge head that discharges droplets from the nozzles by displacing and deforming the diaphragm, a boron diffusion layer that forms all or a part of the diaphragm by an ion implantation method and a solid diffusion method. A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising:
【請求項7】 液滴を吐出するノズルと、このノズルが
連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板と、
この振動板を変位変形をさせることで前記ノズルから液
滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの製造方法において、イ
オン注入法と塗布拡散法で前記振動板の全部又は一部を
形成するボロン拡散層を形成することを特徴とする液滴
吐出ヘッドの製造方法。
7. A nozzle for discharging droplets, a liquid chamber to which the nozzle communicates, a diaphragm forming a wall surface of the liquid chamber,
In a method of manufacturing a droplet discharge head that discharges droplets from the nozzles by displacing and deforming the diaphragm, a boron diffusion layer that forms all or a part of the diaphragm by an ion implantation method and a coating diffusion method. A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising:
【請求項8】 液滴を吐出するノズルと、前記ノズルが
連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板と、
この振動板を変位変形をさせることで前記ノズルから液
滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの製造方法において、イ
オン注入法及びRTA法で前記振動板の全部又は一部を
形成するボロン拡散層を形成することを特徴とする液滴
吐出ヘッドの製造方法。
8. A nozzle for discharging droplets, a liquid chamber communicating with the nozzle, a diaphragm forming a wall surface of the liquid chamber,
In a method of manufacturing a droplet discharge head that discharges droplets from the nozzles by displacing and deforming the diaphragm, a boron diffusion layer forming all or a part of the diaphragm is formed by an ion implantation method and an RTA method. A method for manufacturing a droplet discharge head.
【請求項9】 液滴を吐出するノズルと、このノズルが
連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板と、
この振動板を変位変形をさせることで前記ノズルから液
滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの製造方法において、窒
素を導入したシリコン基板にイオン注入法及びRTA法
で前記振動板の全部又は一部を形成するボロン拡散層を
形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
9. A nozzle for discharging droplets, a liquid chamber communicating with the nozzle, a diaphragm forming a wall surface of the liquid chamber,
In a method for manufacturing a droplet discharge head that discharges droplets from the nozzles by displacing and deforming the vibration plate, all or a part of the vibration plate is implanted into a silicon substrate introduced with nitrogen by an ion implantation method and an RTA method. A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising forming a boron diffusion layer to be formed.
【請求項10】 液滴を吐出するノズルと、このノズル
が連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板
と、この振動板を変位変形をさせることで前記ノズルか
ら液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの製造方法におい
て、数100keV〜数MeVなる高エネルギーイオン注入法
で前記振動板の一部を形成するボロン拡散層を形成する
ことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
10. A nozzle for discharging droplets, a liquid chamber to which the nozzle communicates, a vibration plate forming a wall surface of the liquid chamber, and a liquid droplet from the nozzle by displacing and deforming the vibration plate. A method of manufacturing a droplet discharge head for discharging, wherein a boron diffusion layer forming a part of the diaphragm is formed by high energy ion implantation of several hundred keV to several MeV. .
【請求項11】 液滴を吐出するノズルと、前記ノズル
が連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板
と、この振動板を変位変形をさせることで前記ノズルか
ら液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの製造方法におい
て、シリコン基板にボロン拡散層を形成し、ボロン拡散
源を除去した後、拡散面側の表面にボロンイオンを注入
し、その後熱処理を施すことにより前記振動板の全部又
は一部を形成するボロン拡散層を形成することをを特徴
とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
11. A nozzle for discharging droplets, a liquid chamber to which the nozzle communicates, a vibration plate forming a wall surface of the liquid chamber, and a displacement of the vibration plate to cause droplets to be discharged from the nozzle. In the method of manufacturing a droplet discharge head for discharging, a diaphragm is formed by forming a boron diffusion layer on a silicon substrate, removing a boron diffusion source, implanting boron ions into a surface on the diffusion surface side, and then performing a heat treatment. Forming a boron diffusion layer that forms all or part of the droplet discharge head.
【請求項12】 液滴を吐出するノズルと、前記ノズル
が連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板
と、この振動板を変位変形をさせることで前記ノズルか
ら液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの製造方法におい
て、シリコン基板にボロン拡散層を形成し、ボロン拡散
源を除去した後、拡散面側に窒素イオンを注入し、その
後熱処理を施すことにより前記振動板の全部又は一部を
形成するボロン拡散層を形成することを特徴とする液滴
吐出ヘッドの製造方法。
12. A nozzle for discharging a droplet, a liquid chamber communicating with the nozzle, a diaphragm forming a wall surface of the liquid chamber, and a droplet being displaced from the nozzle to displace the droplet from the nozzle. In the method of manufacturing a droplet discharge head for discharging, a boron diffusion layer is formed on a silicon substrate, and after removing a boron diffusion source, nitrogen ions are implanted into a diffusion surface side, and thereafter, a heat treatment is performed, so that the entire vibration plate is subjected to heat treatment. Alternatively, a method for manufacturing a droplet discharge head, wherein a boron diffusion layer forming a part thereof is formed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8264538B2 (en) 2005-09-16 2012-09-11 Otis Elevator Company Optically monitoring comb-line of escalators and moving walks

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