JP2846501B2

JP2846501B2 - 記録ヘッド用基体および記録ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP2846501B2
Application number: JP11523891A
Authority: JP
Inventors: 豊秋野; 康弘関根
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-04-20
Filing date: 1991-04-20
Publication date: 1999-01-13
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: JPH04320850A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、記録ヘッド用基体の製
造方法および記録ヘッドの製造方法に関する。

【０００２】

【背景技術の説明】近年、インクジェット記録装置は、
複写機，ファクシミリ，ワードプロセッサおよびホスト
コンピュータの出力用プリンタやビデオ出力プリンタな
どに使用され始めている。

【０００３】図１７は、インクジェット記録装置に用い
られるインクジェット記録ヘッドの構成を示す概略構成
図である。

【０００４】インクジェット記録ヘッド800 は、シリコ
ンなどからなる基板801 と、電気熱変換素子アレイを構
成する複数の電気熱変換素子802 と、電気熱変換素子80
2 と電気熱変換素子802 の駆動用機能素子（不図示）と
をそれぞれ接続する配線電極803 と、電気熱変換素子80
2 を隔絶する複数のノズル壁803 と、ノズル壁803 を介
して基板801 と互いに対向するよう設けられた天板804
とを有し、前記駆動用機能素子で配線電極803 を介して
電気熱変換素子802 に通電し電気熱変換素子802 上のイ
ンクを加熱することにより発生する発泡のエネルギーを
利用して、インク液滴を吐出口808 から吐出させるもの
である。なお、前記インクは供給管805およびコネクタ8
06 を介して不図示のインクタンクから共通液室807 に
供給され、毛管現象によりノズル（基板801 とノズル壁
803 と天板804 とで囲まれた各空間）に供給される。

【０００５】しかし、このインクジェット記録ヘッド80
0 では、前記駆動用機能素子は基板801 の外部に配置さ
れ、電気熱変換素子802 と前記駆動用機能素子との接続
は、配線電極803 と前記駆動用機能素子とをフレキシブ
ルケーブルやワイヤードボンディングなどによって接続
することにより行われているため、インクジェット記録
ヘッドの構造の簡易化，製造工程で生ずる不良の低減
化，各素子の特性の均一化および再現性の向上について
若干問題がある。そこで、本出願人は、この問題を解決
するため、電気熱変換素子と駆動用機能素子とを同一基
板上に設けたインクジェット記録ヘッドを特開昭５７ー
７２８６７号公報において提案した。

【０００６】図１８は、特開昭５７ー７２８６７号公報
において提案した構成によるインクジェット記録ヘッド
用基体の一部分の縦構造を示す模式図である。

【０００７】このインクジェット記録ヘッド用基体900
は、電気熱変換素子である発熱部920 と駆動用機能素子
であるバイポーラトランジスタ930 とをＰ型シリコン基
板901 上に形成したものである。

【０００８】ここで、バイポーラトランジスタ930 は、
Ｎ型コレクタ埋込領域902 およびＮ型コレクタ埋込領域
902 を介してＰ型シリコン基板901 上に形成された２つ
の高濃度Ｎ型コレクタ領域911 と、Ｎ型コレクタ埋込領
域902 およびＰ型ベース領域905 を介して高濃度Ｎ型コ
レクタ領域911 の内側に形成された２つの高濃度Ｐ型ベ
ース領域908 と、Ｎ型コレクタ埋込領域902 およびＰ型
ベース領域905 を介して高濃度Ｐ型ベース領域908 に挟
まれて形成された高濃度Ｎ型エミッタ領域910とにより
ＮＰＮトランジスタの構造を有するが、高濃度Ｎ型コレ
クタ領域911 と高濃度Ｐ型ベース領域908 とがコレクタ
・ベース共通電極912 により接続されることによりダイ
オードとして動作する。また、バイポーラトランジスタ
930 に隣接して、素子分離領域としてのＰ型アイソレー
ション埋込領域903 ，Ｐ型アイソレーション領域906 お
よび高濃度Ｐ型アイソレーション領域909 が順次形成さ
れている。また、発熱抵抗層923 が、Ｎ型エピタキシャ
ル領域904 ，蓄熱層921 および層間膜922 を介してＰ型
シリコン基板901 上に形成されており、発熱抵抗層923
上に形成された配線電極924 が切断されることにより、
発熱部920 が構成されている。なお、インクジェット記
録ヘッド用基体900 の上面は第１の保護膜925 で覆われ
ており、また、バイポーラトランジスタ930 の高濃度Ｎ
型エミッタ領域910 から発熱部920 側の第１の保護膜92
5 は、第２の保護膜926 で覆われている。このような構
造を有するインクジェット記録ヘッド用基体900 は、公
知のフォトリソグラフィによる半導体製造プロセスで製
造することができる。

【０００９】図１９（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ、フォト
リソグラフィにより発熱部920 における配線電極の材料
層824 のエッチングを行うときの過程を示す模式図であ
る。発熱抵抗層923 上全面に配線電極の材料層824 を形
成し、配線電極の材料層824 上全面にマスク用フォトレ
ジスト1000を塗布し、マスクを用いてマスク用フォトレ
ジスト1000を露光したのち、マスク用フォトレジスト10
00を現像することにより、配線電極の材料層824 をエッ
チングする部分のマスク用フォトレジスト1000を除去す
る（同図（Ａ））。その後、配線電極用エッチング液で
配線電極の材料層824 をエッチングすることにより、マ
スク用フォトレジスト1000が除去された部分の配線電極
の材料層824 が徐々にエッチングされて、配線電極の材
料層824 が切断されて、配線電極924 が形成される（同
図（Ｂ）〜（Ｄ））。配線電極924 が形成されたのち、
残っているマスク用フォトレジスト1000が除去される
（同図（Ｅ））。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たインクジェット記録ヘッド用基体900 は、発熱部920
において形成された配線電極924 のエッジ部924₁が、図
１９（Ｅ）に示すようにほとんど垂直に近い形状を有す
るため、以下に示すような問題が生じる。

【００１１】（１）発熱部920 に熱エネルギーを発生さ
せるため、高濃度Ｎ型エミッタ領域910 から配線電極92
4 に電流を流すと、発熱部920 における配線電極924 か
ら発熱抵抗層923 への電流の流れは、図２０に矢印で示
すように、エッジ部924₁の下方に集中する。すなわち、
一実験結果によると、エッジ部924₁の下方における電流
密度は８．２×１０⁷ Ａ／ｃｍ² に達し、配線電極924
内の電流密度１．７×１０⁶ Ａ／ｃｍ² および発熱部92
0 における発熱抵抗層923 の中央部における電流密度
１．０３×１０⁷ Ａ／ｃｍ² に比較して異常に大きな値
となる。その結果、エッジ部924₁の下方における電流密
度の集中が発熱抵抗層923 の一部切断を招きインクジェ
ット記録ヘッドの寿命を決定することが判明した。

【００１２】（２）発熱部920 におけるステップカバレ
ージをよくするには、第１の保護膜925 の厚さをたとえ
ば１．０μｍ程度とする必要があるため、第１の保護膜
925が発熱部920 で発生した熱エネルギーがインクへ伝
わる際の熱抵抗として介在し、発熱抵抗層923 の駆動電
力を大きくしなければならず、かつ熱伝導遅延による周
波数特性の劣化を招いており、インクジェット記録ヘッ
ドの低消費電力化および高性能化を妨げる一因となって
いた。

【００１３】本発明の目的は、耐久性に優れかつ低消費
電力化および高性能化が図れる記録ヘッド用基体および
記録ヘッドの製造方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の記録ヘッド用基
体の製造方法は、フォトリソグラフィにより、複数の電
気熱変換素子と、該各電気熱変換素子をそれぞれ駆動す
る複数の駆動用機能素子と、該各駆動用機能素子と前記
各電気熱変換素子とをそれぞれ接続する複数の配線電極
とを基板に形成する記録ヘッド用基体の製造方法におい
て、テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイ
ドを主成分とするアルカリ性溶液を用いて、前記配線電
極の材料層のマスク用フォトレジストをエッチング後退
させながら前記配線電極の材料層をエッチングして前記
配線電極を形成する。

【００１５】ここで、アルカリ性溶液のテトラ・メチル
・アンモニウム・ハイドロオキサイドの濃度が１．５〜
３．０％であってもよいし、配線電極の材料層がアルミ
ニウム層であってもよい。

【００１６】本発明の記録ヘッドの製造方法は、フォト
リソグラフィにより、複数の電気熱変換素子、該各電気
熱変換素子をそれぞれ駆動する複数の駆動用機能素子、
および該各駆動用機能素子と前記各電気熱変換素子とを
それぞれ接続する複数の配線電極を基板に形成して記録
ヘッド用基体を作成する基体作成工程と、インクを吐出
するための複数の吐出口を有するインク吐出部を前記記
録ヘッド用基体上に作成するインク吐出部作成工程とを
含む記録ヘッドの製造方法において、前記基体作成工程
が、テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイ
ドを主成分とするアルカリ性溶液を用いて、前記配線電
極の材料層のマスク用フォトレジストをエッチング後退
させながら前記配線電極の材料層をエッチングして前記
配線電極を形成する配線電極エッチング工程を含む。

【００１７】ここで、アルカリ性溶液のテトラ・メチル
・アンモニウム・ハイドロオキサイドの濃度が１．５〜
３．０％であってもよいし、配線電極の材料層がアルミ
ニウム層であってもよい。

【００１８】

【作用】本発明の記録ヘッド用基体の製造方法は、テト
ラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイドを主成
分とするアルカリ性溶液を用いて、配線電極の材料層の
マスク用フォトレジストをエッチング後退させながら配
線電極の材料層をエッチングすることにより、マスク用
フォトレジストが後退する領域における配線電極の材料
層のエッチング量をほぼ直線的に変化させることができ
るため、形成された配線電極のエッジ部の形状を直線状
のテーパーとすることができる。

【００１９】また、本発明の記録ヘッドの製造方法は、
基体作成工程が、テトラ・メチル・アンモニウム・ハイ
ドロオキサイドを主成分とするアルカリ性溶液を用い
て、配線電極の材料層のマスク用フォトレジストをエッ
チング後退させながら配線電極の材料層をエッチングし
て配線電極を形成する配線電極エッチング工程を含むこ
とにより、耐久性に優れた記録ヘッドを製造することが
できる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明について詳
細に説明するが、本発明は以下に示す実施例に限定され
ることはなく、本発明の目的が達成され得るものであれ
ばよい。

【００２１】図１（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ、本発明の
記録ヘッド用基体の製造方法の第１の実施例を説明する
ための配線電極の材料層３４がエッチングされる過程を
示す模式図である。

【００２２】発熱抵抗層２３上全面にアルミニウムから
なる配線電極の材料層３４を形成し、配線電極の材料層
３４上全面にマスク用フォトレジスト100 （ポジ型）を
厚さ１．２μｍだけ塗布し、マスクを用いてマスク用フ
ォトレジスト100 を露光したのち、マスク用フォトレジ
スト100 を現像することにより、配線電極の材料層３４
をエッチングする部分のマスク用フォトレジスト100 を
除去する（同図（Ａ））。その後、配線電極の材料層３
４とマスク用フォトレジスト100 との密着性向上および
マスク用フォトレジスト100 中の溶媒などを除却するた
め、ベークを１２５℃で２２５秒行ったのち、配線電極
の材料層３４のエッチング動作を開始する。ここで、ア
ルミからなる配線電極２４のエッチングに用いる配線電
極（アルミ）用エッチング液としては、リン酸（Ｈ₃Ｐ
Ｏ₄），硝酸（ＨＮＯ₃）および酢酸（ＣＨ₃ＣＯＯＨ）
の混合液が一般的に知られているが、この混合液ではマ
スク用フォトレジスト100 をエッチングすることができ
ない。そこで、アルミは両性金属でありアルカリ可溶で
あること、また、アルカリ可溶性フェノール樹脂とナフ
トキノンジアジドとの混合物で代表されるポジ型のマス
ク用フォトレジスト100 も基本的には強いアルカリ水溶
液に溶けることから、本実施例では、テトラ・メチル・
アンモニウム・ハイドロオキサイド（以下、「ＴＭＡ
Ｈ」と称する。）を主成分とするアルカリ性溶液を使用
して配線電極の材料層３４のエッチングを行う。前記ア
ルカリ性溶液を用いて配線電極の材料層３４のエッチン
グを開始した時点では、配線電極の材料層３４のみが主
にエッチングされる（同図（Ｂ））が、時間が経過する
につれてマスク用フォトレジスト100 もエッチングされ
るため、マスク用フォトレジスト100 がエッチング後退
されながら配線電極の材料層３４がエッチングされる
（同図（Ｃ））。したがって、マスク用フォトレジスト
100 が後退した領域における配線電極の材料層３４のエ
ッチング量はほぼ直線的に変化するため、配線電極の材
料層３４のエッチング動作が終了して配線電極２４が形
成されたときには、同図（Ｄ）に示すように、配線電極
２４のエッジ部２４₁の形状は直線状のテーパーとな
る。以上のようにして配線電極２４の形成が終了する
と、残っているマスク用フォトレジスト100 を除去する
（同図（Ｅ））。なお、３４℃に加熱した前記アルカリ
性溶液を用いて１０分間配線電極の材料層３４のエッチ
ングを行った一実験結果では、マスク用フォトレジスト
100 のエッチング後退量（パターン寸法シフト量）は約
１．３μｍであり、図２（Ａ）に示す配線電極２４のエ
ッジ部２４₁ のテーパーの角度（配線電極２４の表面の
法線に対する角度）θは約６５度であった。

【００２３】また、図１に示すようにして配線電極の材
料層３４をエッチングすると、形成された配線電極２４
の両側面（紙面の手前および後方側の面）２４₂ の形状
も、図２（Ｂ）に示すように、直線状のテーパーとな
る。

【００２４】図３は、図１に示した製造方法により製造
したインクジェット記録ヘッド用基体４０の一部分の縦
構造を示す模式図である。

【００２５】このインクジェット記録ヘッド用基体４０
が図１８に示したインクジェット記録ヘッド用基体900
と異なる点は、配線電極２４のエッジ部２４₁ および両
側面２４₂ の形状が直線状のテーパーとなっていること
と、コレクタ・ベース共通電極１２，エミッタ電極１３
およびアイソレーション電極１４のエッジ部，両側面の
形状も、図４（Ａ），（Ｂ）にそれぞれ示すように、直
線状のテーパーとなっていることである。

【００２６】したがって、このインクジェット記録ヘッ
ド用基体４０では、発熱部２０における電流の流れは、
図５に示すように、配線電極２４のエッジ部２４₁ の下
方に集中することがない。たとえば、一実験結果による
と、配線電極２４のエッジ部２４₁ の下方における電流
密度をエッジ部２４₁ の形状がほぼ垂直なときの８．２
×１０⁷ Ａ／ｃｍ² から２．６×１０⁷ Ａ／ｃｍ² にま
で低減することができる。その結果、発熱抵抗層２３の
一部切断を防止することができるため、たとえばインク
ジェット記録ヘッド用基体４０を用いてインクジェット
記録ヘッドを構成した一実験結果によると、インクジェ
ット記録ヘッドの耐久性を７×１０⁷ パルスから１×１
０⁹ パルスにまで大幅に延ばすことができた。

【００２７】また、第１の保護膜２５（図３参照）にお
けるステップカバレージ性も極めて良好にすることがで
きるため、第１の保護膜２５の厚さをエッジ部２４₁ の
形状がほぼ垂直なときよりも薄く（たとえば、１．０μ
ｍから０．６μｍ）することができた。その結果、発熱
部２０で発生した熱エネルギーを効率的にかつ高速にイ
ンクに伝達することができるとともに、第１の保護膜２
５を形成する装置のスループットを約２倍にすることが
できた。

【００２８】次に、図３に示したインクジェット記録ヘ
ッド用基体４０の製造工程について説明する。

【００２９】図６に示すように、Ｐ型シリコン基板１
（不純物濃度１×１０¹²〜１×１０¹⁶ｃｍ^ー3程度）の表
面に、８０００Å程度のシリコン酸化膜を形成したの
ち、各セル（各バイポーラトランジスタ３０）のＮ型コ
レクタ埋込領域２を形成する部分のシリコン酸化膜をフ
ォトリソグラフィーにより除去した。シリコン酸化膜を
形成したのち、Ｎ型不純物（たとえば、Ｐ，Ａｓなど）
をイオン注入し、熱拡散により不純物濃度１×１０¹⁸ｃ
ｍ^ー3以上のＮ型コレクタ埋込領域２を厚さ２〜６μｍほ
ど形成し、シート抵抗が３０Ω／□以下の低抵抗となる
ようにした。続いて、Ｐ型アイソレーション埋込領域３
を形成する領域のシリコン酸化膜を除去し、１０００Å
程度のシリコン酸化膜を形成したのち、Ｐ型不純物（た
とえば、Ｂなど）をイオン注入し、熱拡散により不純物
濃度１×１０¹⁵〜１×１０¹⁷ｃｍ^ー3以上のＰ型アイソレ
ーション埋込領域３を形成した。

【００３０】図７に示すように、全面のシリコン酸化膜
を除去したのち、Ｎ型エピタキシャル領域４（不純物濃
度１×１０¹³〜１×１０¹⁵ｃｍ^ー3程度）を厚さ５〜２０
μｍほどエピタキシャル成長させた。

【００３１】図８に示すように、Ｎ型エピタキシャル領
域４の表面に１０００Å程度のシリコン酸化膜を形成
し、レジストを塗布し、パターニングを行い、低濃度の
Ｐ型ベース領域５を形成する部分にのみＰ型不純物をイ
オン注入した。レジスト除去後、熱拡散によって低濃度
のＰ型ベース領域５（不純物濃度５×１０¹⁴〜５×１０
¹⁷ｃｍ^ー3程度）を厚さ５〜１０μｍほど形成した。その
後、再びシリコン酸化膜を全面除去し、８０００Å程度
のシリコン酸化膜を形成したのち、Ｐ型アイソレーショ
ン領域６を形成する部分のシリコン酸化膜を除去し、Ｂ
ＳＧ膜を全面にＣＶＤ法を用いて堆積し、さらに、熱拡
散によって、Ｐ型アイソレーション埋込領域３に届くよ
うに、Ｐ型アイソレーション領域６（不純物濃度１×１
０¹⁸〜１×１０²⁰ｃｍ^ー3程度）を厚さ１０μｍほど形成
した。このとき、ＢＢｒ₃ を拡散源として用いてＰ型ア
イソレーション領域６を形成することも可能である。

【００３２】図９に示すように、ＢＳＧ膜を除去し、８
０００Å程度のシリコン酸化膜を形成し、さらに、Ｎ型
コレクタ領域７を形成する部分のみシリコン酸化膜を除
去したのち、Ｎ型の固相拡散およびリンイオンを注入し
あるいは熱拡散によって、Ｎ型コレクタ埋込領域２に届
きかつシート抵抗が１０Ω／□以下の低抵抗となるよう
にＮ型コレクタ領域７（不純物濃度１×１０¹⁸〜１×１
０²⁰ｃｍ^ー3程度）を厚さ１０μｍほど形成した。続い
て、１２５００Å程度のシリコン酸化膜を形成し、蓄熱
層２１（図１０参照）を形成したのち、セル領域のシリ
コン酸化膜を選択的に除去し、２０００Å程度のシリコ
ン酸化膜を形成した。レジストパターニングを行い、高
濃度ベース領域８および高濃度アイソレーション領域９
を形成する部分にのみＰ型不純物の注入を行った。レジ
ストを除去したのち、高濃度Ｎ型エミッタ領域１０およ
び高濃度Ｎ型コレク領域１１を形成する部分のシリコン
酸化膜を除去し、熱酸化膜を全面に形成し、Ｎ型不純物
を注入して、熱拡散によって高濃度Ｎ型エミッタ領域１
０および高濃度Ｎ型コレク領域１１を同時に形成した。
なお、高濃度Ｎ型エミッタ領域１０および高濃度Ｎ型コ
レク領域１１の厚さは１．０μｍ以下、不純物濃度は１
×１０¹⁸〜１×１０²⁰ｃｍ^ー3程度とした。

【００３３】次に、図１０に示すように、一部電極の接
続箇所のシリコン酸化膜を除去したのち、Ａｌ（アルミ
ニウム）を全面堆積して、コレクタ・ベース共通電極１
２，エミッタ電極１３およびアイソレーション電極１４
の領域以外のＡｌを除去した。このとき、コレクタ・ベ
ース共通電極１２，エミッタ電極１３およびアイソレー
ション電極１４のエッジ部，両側面の形状が垂直ではな
く、法線に対して３０度〜７５度の角度になるように、
図１に示したようにレジストをエッチング後退させなが
らＡｌをエッチングした。

【００３４】続いて、図１１に示すように、スパッタリ
ング法により蓄熱層としての機能も有する層間膜２２と
なるＳｉＯ₂ 膜を全面に０．６〜１．０μｍほど形成し
た。ＳｉＯ₂ 膜はＣＶＤ法によるものであってもよい。
また、ＳｉＯ₂ 膜に限らずＳｉＯ膜またはＳｉＯＮ膜で
あってもよい。その後、電気的接続をとるために、エミ
ッタ電極１３およびコレクタ・ベース共通電極１２の上
部にあたる層間膜２２の一部をフォトリソグラフィによ
り開口し、スルーホールＴＨを形成した。

【００３５】次に、図１２に示すように、エミッタ電極
１３およびコレクタ・ベース共通電極１２上と層間膜２
２（ＳｉＯ₂ 膜）上とに、発熱抵抗層２３としてスルー
ホールＴＨを通してＨｆＢ₂ を１０００Åほど堆積し
た。発熱抵抗層２３上に、電気熱変換素子の一対の配線
電極２４（ダイオードのカソード配線電極に相当）およ
びダイオードのアノード配線電極１５を形成するための
配線電極の材料層であるＡｌ層を約５０００Åほど堆積
したのち、配線電極２４のエッジ部２４₁ および両側面
の形状が垂直ではなく、法線に対して３０度〜７５度の
角度になるように、図１に示したようにマスク用フォト
レジストをエッチング後退させながらＡｌをエッチング
した。

【００３６】その後、図１３に示すように、スパッタリ
ング法またはＣＶＤ法により、電気熱変換素子の保護層
およびＡｌ層間の絶縁層としての第１の保護膜２５（Ｓ
ｉＯ₂ 膜）を約６０００Åほど堆積したのち、耐キャビ
テーションのための第２の保護膜２６としてＴａを電気
熱変換体の発熱部２０上部に約２０００Åほど堆積し
た。このようにして作成された電気熱変換素子，Ｔａお
よびＳｉＯ₂ 膜を部分的に除去し、ボンディング用のパ
ッドＰを形成した。なお、第１の保護膜２５はＳｉＯ₂
以外にＳｉＯＮまたはＳｉＮでもよい。

【００３７】次に、図３に示したインクジェット記録ヘ
ッド用基体４０の駆動用機能素子であるバイポーラトラ
ンジスタ３０の基本動作について、図１４を用いて説明
する。

【００３８】バイポーラトランジスタ３０では、コレク
タ・ベース共通電極１２がダイオードのアノード電極に
対応し、エミッタ電極１３がダイオードのカソード電極
に対応している。すなわち、コレクタ・ベース共通電極
１２に正電位のバイアスＶ_H1を印加することにより、セ
ル内のＮＰＮトランジスタがターンオンし、バイアス電
流がコレクタ電流およびベース電流としてエミッタ電極
１３から流出する。また、ベースとコレクタとを短絡し
た構成にした結果、電気熱変換素子の熱の立上がりおよ
び立下がり特性が良好となり膜沸騰現象の生起、それに
伴う気泡の成長収縮の制御性がよくなり安定したインク
の吐出を行うことができる。これは、熱エネルギーを利
用するインクジェット記録ヘッドではトランジスタの特
性と膜沸騰の特性との結び付きが深く、トランジスタに
おける少数キャリアの蓄積が少ないためスイッチング特
性が速く立上がり特性がよくなることが予想以上に大き
く影響しているものと考えられる。また、比較的寄生効
果が少なく、素子間のバラツキがなく、安定した駆動電
流が得られるものでもある。さらに、アイソレーション
電極１４を接地することにより、隣接する他のセルへの
電荷の流入を防ぐことができ、他の素子の誤動作という
問題を防ぐことができる。

【００３９】このような半導体装置においては、Ｎ型コ
レクタ埋込領域２の濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^ー3以上とする
こと、ベース領域５の濃度を５×１０¹⁴〜５×１０¹⁷ｃ
ｍ^ー3とすること、さらには、高濃度ベース領域８と電極
との接合面の面積をなるべく小さくすることが望まし
い。このようにすれば、ＮＰＮトランジスタからＰ型シ
リコン基板１およびアイソレーション領域を経てグラン
ドにおちる漏れ電流の発生を防止することができる。

【００４０】図１４には、２つのダイオードセルＳＨ
１，ＳＨ２が示されているだけであるが、実際には、こ
のような駆動用機能素子がたとえば１２８個の電気熱変
換素子に対応して同数等間隔に配置され、ブロック駆動
が可能なように電気的にマトリックス接続されている。
ここでは、説明の簡単のため、同一グループに２つのセ
グメントとしての電気熱変換素子ＲＨ１，ＲＨ２の駆動
について説明する。

【００４１】電気熱変換素子ＲＨ１を駆動するために
は、まずスイッチング信号Ｇ１によりグループの選択が
なされるとともに、スイッチング信号Ｓ１により電気熱
変換素子ＲＨ１が選択される。すると、トランジスタ構
成のダイオードセルＳＨ１は正バイアスされ、電流が供
給されて電気熱変換素子ＲＨ１は発熱する。この熱エネ
ルギーが液体（インク）に状態変化を生起させて気泡を
発生させ、吐出口より液体を吐出させる。同様に、電気
熱変換素子ＲＨ２を駆動する場合にも、スイッチング信
号Ｇ１およびスイッチング信号Ｓ２により電気熱変換素
子ＲＨ２を選択して、ダイオードセルＳＨ２を駆動して
電気熱変換素子ＲＨ２に電流を供給する。このとき、Ｐ
型シリコン基板１はアイソレーション領域を介して接地
されている。このように各半導体素子（セル）のアイソ
レーション領域が接地されることにより各半導体素子間
の電気的な干渉による誤動作を防止している。

【００４２】次に、本発明の記録ヘッドの製造方法の一
実施例について説明する。

【００４３】図３に示したインクジェット記録ヘッド用
基体４０を有する、図１７に示したような構造をもつイ
ンクジェット記録ヘッドを製造するためには、配線電極
の材料層３４のマスク用フォトレジスト１００をエッチ
ング後退させながら配線電極の材料層３４をエッチング
する図１に示した配線電極エッチング工程を有する、図
６から図１３に示した基体作成工程に続いて、インクを
吐出するための複数の吐出口を有するインク吐出部を前
記記録ヘッド用基体上に作成するインク吐出部作成工程
（図１５に示すように、インクジェット記録ヘッド用基
体４０上に、吐出口208 を形成するための複数のノズル
壁（図１７参照）および天板204 を設ける工程）や、天
板204 にコネクタ（図１７参照）を設ける工程などを追
加すればよい。

【００４４】このようにして製造したインクジェット記
録ヘッドについて、電気熱変換素子をブロック駆動し、
記録，動作試験を行った。動作試験では、一つのセグメ
ントに８個の半導体ダイオードを接続し、各半導体ダイ
オードに３００ｍＡ（計２．４Ａ）の電流を流したが、
他の半導体ダイオードは誤動作せず、良好な吐出を行う
ことができた。また、上記インクジェット記録ヘッドは
熱伝達効率がよいため、駆動電力が従来の８０％です
み、かつ高周波応答性に優れたものであった。さらに、
寿命，均一性に関しても優れた特性が得られた。

【００４５】表１に、配線電極２４のエッジ部２４₁ の
直線状のテーパーの角度θを変えてインクジェット記録
ヘッドの耐久試験を行ったときの評価結果の一例を示
す。

【００４６】

【表１】この評価結果から、配線電極２４のエッジ部２４₁ の直
線状のテーパーの角度θを３０度から７５度の間にする
ことにより、インクジェット記録ヘッドの耐久性が向上
することがわかった。

【００４７】また、表２に、ＴＭＡＨを主成分とするア
ルカリ性溶液のＴＭＡＨ濃度と、配線電極２４のエッジ
部２４₁ のテーパーの角度θとの関係を調べた一実験結
果を示す。

【００４８】

【表２】表２に示した実験結果より、ＴＭＡＨを主成分とするア
ルカリ性溶液のＴＭＡＨ濃度を変えることにより、配線
電極２４のエッジ部２４₁ のテーパーの角度θを所望の
角度に設定することができるとともに、ＴＭＡＨを主成
分とするアルカリ性溶液のＴＭＡＨ濃度を１．５〜３．
０％とすることにより、配線電極２４のエッジ部２４₁
のテーパーの角度θを３０度から７５度の間にすること
ができることがわかった。

【００４９】次に、本発明の記録ヘッド用基体の製造方
法の第２の実施例について説明する。

【００５０】図１に示した実施例では、配線電極２４の
両側面２４₂（図２（Ｂ）参照）の形状も直線状のテー
パーとしたが、発熱部２０における電流密度の低減のみ
を達成するためには、配線電極２４の両側面２４₂ の形
状は、図１６（Ｂ），（Ｃ）にそれぞれ示すようにほぼ
垂直のままであってもよい。

【００５１】この場合には、配線電極２４を形成するた
めの配線電極の材料層３４のエッチングと、配線電極２
４のエッジ部２４₁ の形状を直線状のテーパーとするた
めの配線電極２４のエッジ部２４₁ のエッチングとを分
けて行えばよい。すなわち、まず、配線電極の材料層３
４全面上にレジストを塗布し、従来のウエットエッチン
グ法またはＣｌ系のガスによるＲＩＥなどによるドライ
エッチング法を用いて配線電極の材料層３４をエッチン
グすることにより、配線電極２４を形成する。このと
き、配線電極２４の両側面の形状は従来と同様にほぼ垂
直となる。その後、図１６（Ａ）に示すように、配線電
極の材料層３４のマスク用フォトレジスト５０で発熱部
２０以外を覆ったのち、図１に示した方法により配線電
極２４をエッチングして、同図（Ｂ），（Ｃ）に示すよ
うに、配線電極２４のエッジ部２４₁ の形状を直線状の
テーパーとする。

【００５２】以上の説明においては、インクジェット記
録ヘッド用基体およびインクジェット記録ヘッドについ
て説明したが、本発明により製造される記録ヘッド用基
体および記録ヘッドは、たとえば、サーマルヘッド用基
体およびサーマルヘッドにも応用できるものである。ま
た、図３に示した発熱抵抗層２３を構成する材料として
は、Ｔａ，ＺｒＢ₂，Ｔｉ−Ｗ，Ｎｉ −Ｃｒ，Ｔａ−Ａ
ｌ，Ｔａ−Ｓｉ，Ｔａ−Ｍｏ，Ｔａ−Ｗ，Ｔａ−Ｃｕ，
Ｔａ−Ｎｉ，Ｔａ−Ｎｉ−Ａｌ，Ｔａ−Ｍｏ−Ａｌ，Ｔ
ａ−Ｍｏ−Ｎｉ，Ｔａ−Ｗ−Ｎｉ，Ｔａ−Ｓｉ−Ａｌ，
Ｔａ−Ｗ−Ａｌ−Ｎｉなどがある。

【００５３】図２１は、本発明の記録ヘッドの製造方法
により製造したインクジェット記録ヘッド（以下、「記
録ヘッド」と称する。）510 が搭載されたインクジェッ
ト記録装置700 の一構成例を示す概略構成図である。

【００５４】記録ヘッド510 は、駆動モータ701 の正逆
回転に連動して駆動力伝達ギア702，703 を介して回転
するリードスクリュー704 の螺旋溝721 に対して係合す
るキャリッジ720 上に搭載されており、駆動モータ701
の動力によってキャリッジ720 とともにガイド719 に沿
って矢印ａ，ｂ方向に往復移動される。図示しない記録
媒体給送装置によってプラテン706 上に搬送される記録
用紙Ｐ用の紙押え板705 は、キャリッジ移動方向にわた
って記録用紙Ｐをプラテン706 に対して押圧する。

【００５５】フォトカプラ707，708は、キャリッジ720
のレバー709 のこの域での存在を確認して駆動モータ70
1 の回転方向切換などを行うためのホームポジション検
知手段である。支持部材710 は、前述の記録ヘッド510
の全面をキャップするキャップ部材711 を支持する。ま
た、吸引手段712 は、前記キャップ部材711 内を吸引
し、キャップ内開口713 を介して記録ヘッド510の吸引
回復を行う。移動部材715 はクリーニングブレード714
を前後方向に移動可能にするものである。移動部材715
およびクリーニングブレード714 は本体支持板716 によ
り支持されている。クリーニングブレード714 は、この
形態でなく周知のクリーニングブレードが本例に適用で
きることはいうまでもない。また、吸引回復の吸引を開
始するためのレバー717 は、キャリッジ720 と係合する
カム718 の移動に伴って移動し、駆動モータ701 からの
駆動力がクラッチ切換などの公知の伝達手段で移動制御
される。記録ヘッド510 に設けられた発熱部に信号を付
与したり、前述した各機構の駆動制御を司ったりする印
字制御部は、装置本体側に設けられている（不図示）。

【００５６】上述のような構成のインクジェット記録装
置700 は、前記記録媒体給送装置によってプラテン706
上に搬送される記録用紙Ｐに対し、記録ヘッド510 が記
録用紙Ｐの全幅にわたって往復移動しながら記録を行う
ものであり、記録ヘッド510は、前述したような方法で
製造したものを用いているため、高精度で高速な記録が
可能である。

【００５７】本発明は、特にインクジェット記録方式の
中でもキヤノン(株)の提唱する、熱エネルギーを利用し
てインクを吐出する方式のインクジェット記録ヘッド
（以下、「記録ヘッド」と称する。）およびインクジェ
ット記録装置（以下、「記録装置」と称する。）におい
て、優れた効果をもたらすものである。

【００５８】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第4,723,129号明細書、同第4,740,796号明
細書に開示されている基本的な原理を用いて行なうもの
が好ましい。この方式はいわゆるオンデマンド型、コン
ティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特に、
オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持され
ているシートや液路に対応して配置されている電気熱変
換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急速な
温度上昇を与える少なくとも一つの駆動信号を印加する
ことによって、電気熱変換体に熱エネルギーを発生せし
め、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰させて、結果的にこ
の駆動信号に一対一対応し液体（インク）内の気泡を形
成出来るので有効である。この気泡の成長、収縮により
吐出用開口を介して液体（インク）を吐出させて、少な
くとも一つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状
とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行なわれるの
で、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成で
き、より好ましい。このパルス形状の駆動信号として
は、米国特許第4,463,359号明細書、同第4,345,262号明
細書に記載されているようなものが適している。なお、
上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第4,
313,124号明細書に記載されている条件を採用すると、
さらに優れた記録を行なうことができる。

【００５９】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体
の組み合わせ構成（直線状液流路または直角液流路）の
他に熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開
示する米国特許第4,558,333号明細書、米国特許第4,45
9,600号明細書を用いた構成も本発明に含まれるもので
ある。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通する
スリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示する
特開昭59年第123670号公報や熱エネルギーの圧力波を吸
収する開口を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭
59年第138461号公報に基づいた構成としても本発明は有
効である。

【００６０】さらに、記録装置が記録できる最大記録媒
体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているよう
な複数記録ヘッドの組み合わせによって、その長さを満
たす構成や一体的に形成された一個の記録ヘッドとして
の構成のいずれでもよいが、本発明は、上述した効果を
一層有効に発揮することができる。

【００６１】加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッ
ジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効で
ある。

【００６２】また、本発明の記録装置の構成として設け
られる、記録ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助
手段などを付加することは本発明の効果を一層安定化で
きるので好ましいものである。これらを具体的に挙げれ
ば、記録ヘッドに対しての、キャッピング手段、クリー
ニング手段、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体ある
いはこれとは別の加熱素子あるいはこれらの組み合わせ
による予備加熱手段、記録とは別の吐出を行なう予備吐
出モードを行なうことも安定した記録を行なうために有
効である。

【００６３】さらに、記録装置の記録モードとしては黒
色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッ
ドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによってで
もよいが、異なる色の複色カラーまたは、混色によるフ
ルカラーの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極
めて有効である。

【００６４】以上説明した本発明実施例においては、イ
ンクを液体として説明しているが、室温やそれ以下で固
化するインクであって、室温で軟化もしくは液体あるい
は、上述のインクジェットではインク自体を３０℃以上
７０℃以下の範囲内で温度調整を行なってインクの粘性
を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的
であるから、使用記録信号付与時にインクが液状をなす
ものであればよい。加えて、積極的に熱エネルギーによ
る昇温をインクの固形状態から液体状態への態変化のエ
ネルギーとして使用せしめることで防止するかまたは、
インクの蒸発防止を目的として放置状態で固化するイン
クを用いるかして、いずれにしても熱エネルギーの記録
信号に応じた付与によってインクが液化してインク液状
として吐出するものや記録媒体に到達する時点ではすで
に固化し始めるものなどのような、熱エネルギーによっ
て初めて液化する性質のインク使用も本発明には適用可
能である。このような場合インクは、特開昭54-56847号
公報あるいは特開昭60-71260号公報に記載されるよう
な、多孔質シート凹部または貫通孔に液状または固形物
として保持された状態で、電気熱変換体に対して対向す
るような形態としてもよい。本発明においては、上述し
た各インクに対して最も有効なものは、上述した膜沸騰
方式を実行するものである。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は次に示す
効果がある。

【００６６】請求項１乃至請求項３記載の発明は、配線
電極の材料層のマスク用フォトレジストをエッチング後
退させながら配線電極の材料層をエッチングして配線電
極を形成することにより、配線電極のエッジ部の形状を
直線状のテーパーにすることができるため、発熱部にお
ける電流密度の集中を防止することができるとともに、
発熱部におけるステップカバレージを向上させることが
できる。

【００６７】請求項４乃至請求項６記載の発明は、基体
作成工程が、配線電極の材料層のマスク用フォトレジス
トをエッチング後退させながら配線電極の材料層をエッ
チングして配線電極を形成する配線電極エッチング工程
を含むことにより、耐久性に優れかつ低消費電力化およ
び高性能化が図れる記録ヘッドを製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の記録ヘッド用基体の製造方法の第１の
実施例を説明するための配線電極の材料層がエッチング
される過程を示す模式図であり、（Ａ）は配線電極の材
料層をエッチングする前の状態を示す図、（Ｂ）〜
（Ｄ）は配線電極の材料層をエッチングする途中の状態
を示す図、（Ｅ）は配線電極の材料層をエッチングが終
わったときの状態を示す図である。

【図２】形成された配線電極の形状を示す図であり、
（Ａ）は（Ｂ）のＡーＡ線に沿う断面図、（Ｂ）は平面
図である。

【図３】図１に示した製造方法により製造したインクジ
ェット記録ヘッド用基体の一部分の縦構造を示す模式図
である。

【図４】図３に示したコレクタ・ベース共通電極，エミ
ッタ電極およびアイソレーション電極のエッジ部，両側
面の形状を示す図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＡーＡ線に
沿う断面図、（Ｂ）は平面図である。

【図５】図３に示した発熱部における電流の流れを示す
図である。

【図６】図３に示したインクジェット記録ヘッド用基体
の製造工程を示す図である。

【図７】図３に示したインクジェット記録ヘッド用基体
の製造工程を示す図である。

【図８】図３に示したインクジェット記録ヘッド用基体
の製造工程を示す図である。

【図９】図３に示したインクジェット記録ヘッド用基体
の製造工程を示す図である。

【図１０】図３に示したインクジェット記録ヘッド用基
体の製造工程を示す図である。

【図１１】図３に示したインクジェット記録ヘッド用基
体の製造工程を示す図である。

【図１２】図３に示したインクジェット記録ヘッド用基
体の製造工程を示す図である。

【図１３】図３に示したインクジェット記録ヘッド用基
体の製造工程を示す図である。

【図１４】図３に示したインクジェット記録ヘッド用基
体の駆動用機能素子であるバイポーラトランジスタの基
本動作を説明するための図である。

【図１５】本発明による記録ヘッドの製造方法を説明す
る為の模式的断面図である。

【図１６】本発明の記録ヘッド用基体の製造方法の第２
の実施例を示す図であり、（Ａ）は配線電極の材料層を
エッチングする前の状態を示す図、（Ｂ）は配線電極の
材料層をエッチングしたあとの状態を示す（Ｃ）のＡー
Ａ線に沿う断面図、（Ｃ）は配線電極の材料層をエッチ
ングしたあとの状態を示す平面図である。

【図１７】インクジェット記録装置に用いられるインク
ジェット記録ヘッドの構成を示す概略構成図である。

【図１８】特開昭５７ー７２８６７号公報において提案
した構成によるインクジェット記録ヘッド用基体の一部
分の縦構造を示す模式図である。

【図１９】フォトリソグラフィにより発熱部における配
線電極の材料層のエッチングを行うときの過程を示す模
式図であり、（Ａ）は配線電極の材料層をエッチングす
る前の状態を示す図、（Ｂ）〜（Ｄ）は配線電極の材料
層をエッチングする途中の状態を示す図、（Ｅ）は配線
電極の材料層のエッチングが終わったときの状態を示す
図である。

【図２０】図１８に示したインクジェット記録ヘッド用
基体の問題点を説明するための図である。

【図２１】本発明の記録ヘッドの製造方法により製造し
たインクジェット記録ヘッドが搭載されたインクジェッ
ト記録装置の一構成例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１Ｐ型シリコン基板２Ｎ型コレクタ埋込領域３Ｐ型アイソレーション埋込領域４Ｎ型エピタキシャル領域５Ｐ型ベース領域６Ｐ型アイソレーション領域７Ｎ型コレクタ領域８高濃度Ｐ型ベース領域９高濃度Ｐ型アイソレーション領域１０高濃度Ｎ型エミッタ領域１１高濃度Ｎ型コレクタ領域１２コレクタ・ベース共通電極１３エミッタ電極１４アイソレーション電極１５アノード配線電極２０発熱部２１蓄熱層２２層間膜２３発熱抵抗層２４配線電極２４₁ エッジ部２４₂ 側面２５第１の保護膜２６第２の保護膜３０バイポーラトランジスタ３４配線電極の材料層４０インクジェット記録ヘッド用基体５０，１００マスク用フォトレジスト２０４天板２０８吐出口ＴＨスルーホールＰパッドＲＨ１，ＲＨ２電気熱変換素子ＳＨ１，ＳＨ２ダイオードセルＳ１，Ｓ２スイッチ信号Ｇ１スイッチング信号Ｖ_H1 バイアス

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】フォトリソグラフィにより、複数の電気
熱変換素子と、該各電気熱変換素子をそれぞれ駆動する
複数の駆動用機能素子と、該各駆動用機能素子と前記各
電気熱変換素子とをそれぞれ接続する複数の配線電極と
を基板に形成する記録ヘッド用基体の製造方法におい
て、テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイ
ドを主成分とするアルカリ性溶液を用いて、前記配線電
極の材料層のマスク用フォトレジストをエッチング後退
させながら前記配線電極の材料層をエッチングして前記
配線電極を形成することを特徴とする記録ヘッド用基体
の製造方法。
【請求項２】アルカリ性溶液のテトラ・メチル・アン
モニウム・ハイドロオキサイドの濃度が１．５〜３．０
％である請求項１記載の記録ヘッド用基体の製造方法。
【請求項３】配線電極の材料層がアルミニウム層であ
る請求項１または請求項２記載の記録ヘッド用基体の製
造方法。
【請求項４】フォトリソグラフィにより、複数の電気
熱変換素子、該各電気熱変換素子をそれぞれ駆動する複
数の駆動用機能素子、および該各駆動用機能素子と前記
各電気熱変換素子とをそれぞれ接続する複数の配線電極
を基板に形成して記録ヘッド用基体を作成する基体作成
工程と、インクを吐出するための複数の吐出口を有する
インク吐出部を前記記録ヘッド用基体上に作成するイン
ク吐出部作成工程とを含む記録ヘッドの製造方法におい
て、前記基体作成工程が、テトラ・メチル・アンモニウ
ム・ハイドロオキサイドを主成分とするアルカリ性溶液
を用いて、前記配線電極の材料層のマスク用フォトレジ
ストをエッチング後退させながら前記配線電極の材料層
をエッチングして前記配線電極を形成する配線電極エッ
チング工程を含むことを特徴とする記録ヘッドの製造方
法。
【請求項５】アルカリ性溶液のテトラ・メチル・アン
モニウム・ハイドロオキサイドの濃度が１．５〜３．０
％である請求項４記載の記録ヘッドの製造方法。
【請求項６】配線電極の材料層がアルミニウム層であ
る請求項４または請求項５記載の記録ヘッド用基体の製
造方法。