JP3046641B2

JP3046641B2 - インクジェット記録ヘッド用基体の製造方法およびインクジェット記録ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP3046641B2
Application number: JP11524191A
Authority: JP
Inventors: 玄三門間; 桂藤田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-04-20
Filing date: 1991-04-20
Publication date: 2000-05-29
Anticipated expiration: 2015-05-29
Also published as: JPH04320848A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録ヘ
ッド用基体の製造方法およびインクジェット記録ヘッド
の製造方法に関する。

【０００２】

【背景技術の説明】従来、記録ヘッドの構成は電気熱変
換素子アレイを単結晶シリコン基板上に形成し、この電
気熱変換素子の駆動回路としてシリコン基板外部にトラ
ンジスタアレイ等の電気熱変換素子駆動用機能素子を配
置し、電気熱変換素子とトランジスタアレイ間の接続を
フレキシブルケーブルやワイヤードボンディング等によ
って行う構成としていた。

【０００３】上述した記録ヘッド構成に対して考慮され
る構造の簡易化、あるいは製造工程で生ずる不良の低減
化、さらには各素子の特性の均一化および再現性の向上
を目的として、特開昭５７−７２８６７号公報において
提案されているような電気熱変換素子と機能素子を同一
基体に設けた記録ヘッドを有するインクジェット記録装
置が知られている。

【０００４】図２０は上述した構成による記録ヘッドの
基体の一例を示す断面図である。

【０００５】９０１は単結晶シリコンからなる半導体基
板である。９０２はＮ型半導体のコレクタ領域、９０３
は高不純物濃度のＮ型半導体のオーミックコンタクト領
域、９０４はＰ型半導体のベース領域、９０５は高不純
物濃度Ｎ型半導体のエミッタ領域であり、これらでバイ
ポーラトランジスタ９２０を形成している。９０６は蓄
熱層および層間絶縁層としての酸化シリコン層からなる
層間膜、９０７は発熱抵抗体層、９０８はアルミニウム
（Ａｌ）電極、９０９は酸化シリコン層からなる保護層
であり、以上で記録ヘッド用の基体９３０を形成してい
る。ここでは９１０が発熱部となる。この基体９３０上
に天板、液路が形成されて記録ヘッドを構成する。

【０００６】ところで、上述した様な構造が優れている
とはいえ、近年記録装置に対して強く要求される高速駆
動化、省エネルギー化、高集積化、低コスト化、高信頼
性を満足する為には未だ改善の余地がある。

【０００７】まず第１に、商業的な成功を収める為に
は、高信頼性を有する記録ヘッドを低価格で提供しなけ
ればならない。その為には、従来記録ヘッドの寿命を決
定する抵抗体露出端部に改良をほどこす必要があった。

【０００８】つまり従来の記録ヘッドは、ウエット処理
によってＡｌ等からなる電極９０８の配線材を除去した
場合はＡｌが等方的に除去され、図２１に示す様な発熱
部形状を有していた。図２１は発熱部９１０を拡大した
図である。またＲＩＥ等ドライエッチングによりＡｌ電
極９０８を除去すると、更にＡｌ側面は垂直に立ってし
まう。この場合、発熱部９１０を駆動すると、電圧を印
加することにより図２０中の８０１Ａ，８０１Ｂに示す
如く駆動電流が流れる。この駆動電流８０１Ａ，８０１
Ｂの電流密度は図２１に示す発熱抵抗体層露出端部Ａあ
るいはＢにおいて８．２×１０⁷ Ａ／cm² に達する。こ
の値は、Ａｌ電極９０８内の電流密度が１．７×１０⁶
Ａ／cm² 、発熱抵抗体層９０７の中央部Ｃにおける電流
密度１．０３×１０⁷ Ａ／cm² に比較して異常に大きな
値である。発熱抵抗体層露出端部ＡあるいはＢにおける
この電流密度の集中が発熱抵抗体層９０７の一部を切断
することが、記録ヘッドの寿命を決定することが判明し
た。

【０００９】そこで、本発明者は、発熱抵抗体層９０７
の露出端部における電流密度の集中を緩和することが記
録ヘッドの寿命を延ばし、且つ、記録ヘッドの均一性を
生むものであると確信した。

【００１０】また、従来のＡｌ電極９０８の端部９４０
が垂直に近く立っているがゆえに、ステップカバレージ
を良くするため層間膜９０６および保護膜９０９の厚さ
をそれぞれ１．２５μｍ、１．０μｍ程度の厚さが必要
であった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の記録ヘ
ッドは下記のような問題点を有している。

【００１２】つまり、１．２５μｍもの厚い層間膜９０
６は、装置のスループットをいちじるしく劣化させるた
め、低コスト化のネックになっていた。

【００１３】また１．０μｍもの厚い保護膜９０９は発
熱部９１０で発生した熱がインクへ伝わる際の熱抵抗と
して界在し、抵抗体の駆動電力を大きくする必要があ
り、且つ熱電導遅延により周波数特性を劣化させてい
た。

【００１４】つまり、この厚い保護膜９０９があるた
め、従来、記録ヘッドの高性能化、低消費電力化が立ち
遅れていた。

【００１５】本発明は、上記従来の技術が有する問題点
に鑑みてなされたもので、上下部層とのステップカバレ
ージ性を維持し且つ薄膜化を図ることにより、低価格化
および信頼性の向上が可能なインクジェット記録ヘッド
用基体、インクジェット記録ヘッドおよびインクジェッ
ト記録装置ならびに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の製造方法を提供するこ
とを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、フォト
リソグラフィにより、電気熱変換素子群と、該電気熱変
換素子群の電気熱変換素子をそれぞれ駆動する電気熱変
換素子駆動用の機能素子群と、該機能素子群の各機能素
子と前記電気熱変換素子とをそれぞれ接続するための配
線電極群とを基板に形成する、インクジェット記録ヘッ
ド用基体の製造方法において、前記配線電極群の各配線
電極の接続端面を、配線電極用エッチング液とマスク用
フォトレジストエッチング用のトリ・メチル・アンモニ
ウム・ハイドロオキサイド水溶液とを交互に用いてマス
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
極の材料層のエッチングを行なう配線電極群エッチング
工程を有するところにある。

【００１７】そして、配線電極群エッチング工程にて、
配線電極群の各配線電極の接続端面とともに側面を同時
に形成することが好ましい。

【００１８】また、配線電極の材料がアルミニウムであ
る場合がある。

【００１９】また、本発明の他の特徴は、フォトリソグ
ラフィにより、電気熱変換素子群、該電気熱変換素子群
の電気熱変換素子をそれぞれ駆動する電気熱変換素子駆
動用の機能素子群、および該機能素子群の各機能素子と
前記電気熱変換素子とをそれぞれ接続するための配線電
極群を基板に形成して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
出部を前記基体上に作成するインク吐出部作成工程とを
含むインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前
記基体作成工程が、前記配線電極群の各配線電極の接続
端面を、配線電極用エッチング液とマスク用フォトレジ
ストエッチング用のトリ・メチル・アンモニウム・ハイ
ドロオキサイド水溶液とを交互に用いてマスク用フォト
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
のエッチングを行なう配線電極群エッチング工程を含む
ところにある。

【００２０】なお、この場合も、配線電極群エッチング
工程にて、配線電極群の各配線電極の接続端面とともに
側面を同時に形成することが好ましく、また、配線電極
の材料がアルミニウムであってもよい。

【００２１】

【作用】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法
によると、機能素子と電気熱変換素子とを接続するため
の配線電極の接続端面を、段差を含むなどの所望の形状
に容易に高精度に形成することができ、電気熱変換素子
を長寿命で均一な特性を示すようにし、保護膜のステッ
プカバレージを向上させ保護膜の薄膜化を可能とするこ
とで、低消費電力化および周波数応答性の向上に対応可
能にしている。

【００２２】本発明のインクジェット記録ヘッドは、前
述のインクジェット記録ヘッド用基体を用いており、電
気熱変換素子が発した熱がインクに伝わる際の熱抵抗と
して介在する保護膜の薄膜化が可能であるので、前記電
気熱変換素子の駆動電力の低減および周波数特性の向上
が図れる。

【００２３】本発明のインクジェット記録装置は、前述
のインクジェット記録ヘッドを用いているので、記録の
高速化および電力の低消費化が可能となる。

【００２４】本発明の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の製造方法は、配線電
極群の各配線電極の接続端面を、配線電極用エッチング
液とマスク用フォトレジストエッチング用のトリ・メチ
ル・アンモニウム・ハイドロオキサイド水溶液とを交互
に用いて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のエッチングを行なうことによ
って、段差を含むなどの所望の形状に容易かつ高精度に
形成することができ、これにより、上述したように、接
続端部の電流密度集中の緩和および保護膜の薄膜化を可
能にするとともに駆動電力の低減および周波数特性の向
上が図れる。

【００２５】

【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、本発明は以下の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。

【００２６】図１は、本発明による、記録ヘッド用基板
上に形成したインクジェット記録ヘッド用の基体１００
の模式的断面図である。

【００２７】本実施例の基体１００は、前述の従来のも
のと同様な、Ｐ型ベース領域５、８、Ｎ型コレクタ埋込
み領域７およびＮ型エミッタ領域１０，１１とのＮＰＮ
トランジスタからなる機能素子を有するＰ型シリコン基
板１を、配線電極であるコレクタ・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
が形成された、酸化膜等からなる蓄熱層１０１で覆い、
さらに、その上層にＰＣＶＤ法やスパッタリング法によ
って酸化シリコン膜などからなる層間膜１０２を形成し
たものである。

【００２８】前記各電極１２，１３，１４は、アルミニ
ウム等からなり、図２の（ａ），（ｂ）に示すように、
端面および側壁、すなわち側面全体が階段状に形成され
ている（１４は図示せず）。各電極１２，１３，１４を
形成するＡｌは側面に段差を有するため、層間膜１０２
のステップカバレージ性が非常に優れたものとなり、層
間膜１０２を従来に比較して蓄熱効果を失わない範囲で
薄く形成することができる。また、層間膜１０２を部分
的に開孔して、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と電気的に
接続し、かつ層間膜１０２上で電気的に配線を形成する
ためのＡｌなどの、配線電極である配線１０４が設置さ
れる。すなわち、層間膜１０２を部分的に開孔したのち
に、スパッタリング法によるＨｆＢ₂ などの発熱抵抗層
１０３と、蒸着法あるいはスパッタリング法によるＡｌ
などの配線１０４で構成された電気熱変換素子である発
熱部１１０が設けられている。

【００２９】該発熱部１１０の拡大図を図３の（ａ），
（ｂ）に示す。

【００３０】この発熱部１１０を構成する配線１０４に
ついても、前記電極と同様に端面および長手方向の側壁
が階段状に形成されている。

【００３１】発熱抵抗層１０３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。

【００３２】さらに、発熱部１１０上には、スパッタリ
ング法またはＣＶＤ法によって、図１に示すように、Ｓ
ｉＯ₂ ，ＳｉＮ，ＳｉＯＮなどの保護膜１０５およびＴ
ａなどの保護膜１０６が設けられている。

【００３３】ここで、前述したように、配線１０４はそ
の端面および側壁が階段状に形成されているため、保護
膜１０５のカバレージ性は極めて良好であり、従来の１
００００Åの膜厚を６０００Åに薄くすることができ、
発熱部１１０で発生する熱を効率的に、かつ高速に伝達
することができる。また、保護膜堆積装置のスループッ
トを約２倍にすることができた。さらには、図４に示す
ように、前述したような発熱抵抗層１０３端部の駆動電
流４０１Ａ，４０１Ｂの集中を、従来の８．２×１０⁷
Ａ／cm² から３．２×１０⁷ Ａ／cm² まで低減すること
ができ、耐久性も向上させることが可能となった。

【００３４】次に、上述した構成による機能素子の基本
動作について、図５を参照して説明する。

【００３５】図５は、図１に示した基体１００の発熱部
１１０の駆動方法を説明するための模式図である。

【００３６】本実施例では、図１および図５に示すよう
に、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（ＳＨ１，ＳＨ２）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、
発熱部１１０に相当する電気熱変換素子（ＲＨ１，ＲＨ
２）の熱が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た。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。

【００３７】本実施例においては、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構成となっている。

【００３８】このような半導体装置においては、Ｎ型コ
レクタ埋込み領域２の濃度を１×１０¹⁸cm^-3以上とする
こと、Ｐ型ベース領域５の濃度を５×１０¹⁴〜５×１０
¹⁷cm^-3 とすること、さらには、高濃度ベース領域８と
コレクタ・ベース共通電極１２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、Ｎ
ＰＮ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。

【００３９】上記発熱部１１０の駆動方法についてさら
に詳述する。

【００４０】図５には、２つの半導体機能素子（セル）
ＳＨ１，ＳＨ２が示されているだけであるが、実際に
は、このような機能素子が、たとえば前記発熱部１１０
に相当する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、説明の簡単化
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
成の機能素子セル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
口より液体を吐出する。同様に、電気熱変換素子ＲＨ２
を駆動する場合でも、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、機能素子セルＳＨ２を駆動し電気熱変換素子ＲＨ２
に電流を供給する。

【００４２】このとき、Ｐ型シリコン基板１はアイソレ
ーション領域３，６，９を介して設置されている。この
ようい各半導体機能素子（セル）のアイソレーション領
域３，６，９設置されることにより各半導体機能素子間
の電気的な干渉による誤動作を防止している。

【００４３】こうして構成された基体１００は、図６に
示すように、複数の吐出口５００に連通する液路５０５
を形成するための感光性樹脂などからなる液路壁部材５
０１と、インク供給口５０３を有する天板５０２とが取
り付けられて、記録ヘッド６００となる。この記録ヘッ
ド６００は、インク供給口５０３から注入される記録液
が内部の共通液室５０４へ蓄えられて各液路５０５へ供
給され、その状態で発熱部１１０を駆動することで、吐
出口５００から記録液の吐出がなされる。

【００４４】次に、本実施例に係る記録ヘッド６００の
製造工程について図７ないし図１５を参照して説明す
る。

【００４５】（１）Ｐ型シリコン基板１（不純物濃度１
×１０¹²〜１×１０¹⁶cm^-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、各セルのＮ型コ
レクタ埋込み領域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工程で除去した。シリコン酸化膜
を形成したのち、Ｎ型の不純物（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１×１０
¹⁸cm^-3以上のＮ型コレクタ埋込み領域２を厚さ２〜６μ
ｍほど形成し、シート抵抗が３０Ω／口以下の低抵抗と
なるようにした。

【００４６】続いて、Ｐ型アイソレーション埋込み領域
３を形成すべき領域の酸化膜を除去し、１０００程度
の酸化膜を形成したのち、Ｐ型の不純物（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１×１
０¹⁵〜１×１０¹⁷cm^-3以上のＰ型アイソレーション埋込
み領域３を形成した（以上図７）。

【００４７】（２）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^-3程度）を厚さ５〜２０μｍほどエピタ
キシャル成長させた（以上図８）。

【００４８】（３）Ｎ型エピタキシャル領域４の表面に
１０００程度のシリコン酸化膜を形成し、レジストを
塗布し、パターニグを行い低濃度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１×１０¹⁴〜１×１０¹⁷cm^-3程度）を厚さ
５〜１０μｍほど形成した。その後、再び酸化膜を全面
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を形成すべき部分の酸
化膜を除去し、ＢＳＧ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
込み領域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１×１０¹⁸〜１×１０²⁰cm^-3程度）を厚さ
１０μｍほど形成した（以上図９）。このとき、ＢＢｒ
₃ を拡散源として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。

【００４９】（４）ＢＳＧ膜を除去し、８０００Å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を形成すべき部分のみ除去したのち、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
型コレクタ埋込み領域２に届きかつシート抵抗が１０Ω
／口以下の低抵抗となるように厚さ１０μｍのＮ型コレ
クタ領域７（不純物濃度１×１０¹⁸〜１×１０²⁰cm^-3程
度）を形成した。

【００５０】続いて、１２５００Å程度のシリコン酸化
膜を形成し、蓄熱層１０１を形成した。その後、セル領
域の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。

【００５１】次に、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Ｐ型アイソレーション領域
９を形成すべき部分にのみＰ型不純物の注入を行った。
レジストを除去したのち、Ｎ型エミッタ領域１０および
高濃度Ｎ型コレクタ領域１１を形成すべき領域の酸化膜
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Ｎ型エミッタ領域１０および高濃
度Ｎ型コレクタ領域１１を同時に形成した。なお、Ｎ型
エミッタ領域１０および高濃度Ｎ型コレクタ領域１１の
厚さは１．０μｍ以下、不純物濃度１×１０¹⁸〜１×１
０²⁰cm^-3程度とした（以上図１０）。

【００５２】（５）さらに、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などを配線電極の材料
層として全面堆積し、一部電極領域以外のＡｌなどを除
去した（以下図１１）。このとき、アルミ電極のエッジ
部分を垂直ではなく、階段状となるように不要な部分を
エッチング除去するが、通常のウエットエッチングでは
アルミ電極のエッジ部分の形状は、前述の従来の技術で
参照した図２１に示したようにほぼ垂直となるため、Ａ
ｌと同時にレジストもエッチングすることにした。

【００５３】ここで、Ａｌの除去方法について図１６を
参照して説明する。

【００５４】全面に堆積したＡｌ上にポジ型レジスト
（フォトレジスト）１２１を１．２μｍの厚さで塗布
し、電極形成のためのパターニングを行う（図１６の
（ａ））。次に、Ａｌ部のウエットエッチングを行う。
このとき使用するＡｌのエッチング液はリン酸（Ｈ₃ Ｐ
Ｏ₄ ），硝酸（ＨＮＯ₃ ）および酢酸（ＣＨ₃ ＣＯＯ
Ｈ）の混合液がよく知られている。エッチング液温は３
０℃〜５０℃で行った。また、Ａｌ部のエッチングは、
全Ａｌ膜厚の半分程度行う。このとき、Ａｌ部のエッチ
ングレートは、３０００Å／min 程度であり、Ａｌ膜厚
の半分程度を、上記エッチングレートで割った値からエ
ッチング時間を算出した（図１６の（ｂ））。

【００５５】次にポジ型レジスト１２１を後退させるた
めに、ＴＭＡＨ（トリメチルアンモニウムハイドロオキ
サイド）の水溶液に浸漬する。このときＴＭＡＨ水溶液
濃度は、２〜３％であり、液温は３０℃〜４０℃であ
る。このときの後退量は、液温を変えることにより０．
５〜１．０μｍ／min の範囲で制御可能であった（図１
６の（ｃ））。

【００５６】次に、残りのＡｌ部をエッチングする。こ
のときのエッチング液は、前述と同様である。また、エ
ッチングの終点は、ウエハ表面の反射率の変化により判
断する（図１６の（ｄ））。

【００５７】次に、有機アミン系の剥離液を使用し、ポ
ジ型レジスト１２１を除去する（図１６の（ｅ））。

【００５８】以上、述べたように、エッチング→レジス
ト後退→エッチングを繰返すことで、図１６の（ｅ）に
示すようにＡｌ電極の端面および側壁、すなわち側面全
部を階段状に形成することができた。

【００５９】（６）次に、スパッタリング法により蓄熱
層１０１としての機能を有する層間膜１０２となるＳｉ
Ｏ₂ 膜を全面に０．６〜１．０μｍほど形成した。Ｓｉ
Ｏ₂膜はＣＶＤ法によるものであってもよい。また、Ｓ
ｉＯ₂ 膜に限らずＳｉＯ膜またはＳｉＯＮ膜であっても
よい。

【００６０】次に、電気的接続をとるために、エミッタ
領域１０およびベース・コレクタ領域８，１１の上部に
ある層間膜１０２の一部をフォトリソグラフィ法で開口
し、スルーホール（ＴＨ）を形成した（以上図１２）。

【００６１】（７）次に、発熱抵抗層１０３としてのＨ
ｆＢ₂ を層間膜１０２上及び、電気的接続をとる為にエ
ミッタ領域１０及びベース・コレクタ領域８，１１上部
にあたるエミッタ電極１３及びコレクタ・ベース共通電
極１２上に、ＴＨを通して１０００程堆積させた。

【００６２】（８）その上に発熱部１１０の一対の配線
１０４，１０４及びダイオードのカソード電極配線１０
４、アノード電極配線１０９を形成するための、Ａｌ材
料からなる材料層を約５０００Å堆積させ、Ａｌ及びＨ
ｆＢ₂ をパターニングし、発熱部１１０とその他の接続
を行なう配線１０４とを同時に形成した。Ａｌのパター
ニングは前記（５）の方法と同様である（以上図１
３）。

【００６３】（９）スパッタリング法またはＣＶＤ法に
より、発熱部１１０の保護層およびＡｌの配線１０４間
の絶縁層としてのＳｉＯ₂ 膜の保護膜１０５を約６００
０Åほど堆積したのち、耐キャビテーションのための保
護膜１０６としてＴａを発熱部１１０の上部に約２００
０Åほど堆積した。さらに、このようにして作成された
発熱部１１０、Ｔａおよび保護膜１０５を部分的に除去
し、ボンディング用のパッドを１０７を形成した。な
お、保護膜１０５はＳｉＯ₂ 意外にＳｉＯＮまたはＳｉ
Ｎでもよい（以上図１４）。

【００６４】（１０）上述のようにして形成した、半導
体機能素子を有する基体１００に、吐出口５００を形成
する為の液路壁部材５０１および天板５０２を配設し
て、それらの内部に液路５０５および共通液室５０４を
形成した記録ヘッド６００を製造した（以上図１５）。

【００６５】このように製造した記録ヘッド６００につ
いて、発熱部１１０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３００
ｍＡ（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、容器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
のである。さらに、寿命、均一性に関しても優れた特性
が得られた。

【００６６】また、前述した工程（５），（８）に示す
とおりＡｌのエッチングを２回にわけて行うとき、その
１回目（１ｓｔエッチング）と２回目（２ｎｄエッチン
グ）のエッチング膜厚を制御することにより、層間膜１
０２のステップカバレージを最適に合わせこむことが可
能となった。その結果を表１に示す。

【００６７】

【表１】＊ステップカバレージ：○−良，×−不良上記表１からも明らかなように、層間膜１０２のステッ
プカバレージは１ｓｔエッチングと２ｎｄエッチングと
で膜厚差が大きくない場合の方が良好である。

【００６８】また、前記工程（５），（８）に示すＡｌ
エッチングを行う時、Ａｌエッチング→レジスト後退→
Ａｌエッチング→レジスト後退→Ａｌエッチングという
ように、Ａｌのエッチングを２回以上行うことにより、
図１７に示すように、形成されるＡｌ端面および側壁の
段差数を多くすることができる。図１７はＡｌエッチン
グを４回にわけて行ったときのＡｌ配線１０４端面の断
面形状を示す。

【００６９】これにより、層間膜１０２のステップカバ
レージをさらに良くすることが可能となった。

【００７０】以上述べた構成の記録ヘッド６００をイン
クジェット記録装置本体に装着して装置本体から記録ヘ
ッド６００に信号を付与することにより、高速記録、高
画質記録を行うことができるインクジェット記録装置を
得ることができる。

【００７１】ここで、本発明の記録ヘッドを用いたイン
クジェット記録装置について図１８を参照して説明す
る。

【００７２】図１８は本発明が適用されるインクジェッ
ト記録装置７００の一例を示す概観斜視図である。

【００７３】記録ヘッド６００は、駆動モータ７０１の
正逆回転に連動して駆動力伝達ギヤ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
対して係合するギヤリッジ７２０上に搭載されており、
前記駆動モータ７０１の動力によってギヤリッジ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。７０５は、媒体給送装置（不図示）によって
プラテン７０６上に搬送される記録用紙Ｐの紙押え板で
あり、ギヤ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。７０７，７０８は、フォ
トカプラであり、ギヤリッジ７２０のレバー７０９の、
この域での存在を確認して駆動モータ７０１の回転方向
切換等を行うためのホームポジション検知手段である。
７１０は前述の記録ヘッド６００の前面をキャップする
キャップ部材７１１を支持する支持部材で、７１２は前
記キャップ部材７１１内を吸引する吸引手段で、キャッ
プ内開口７１３を介して記録ヘッド６００の吸引回復を
行う。７１４はクリーニングブレードで、７１５はこの
ブレードを前後方向に移動可能にする移動部材であり、
本体支持板７１６にこれらは支持されている。クリーニ
ングブレード７１４は、この形態でなく他の周知のクリ
ーニングブレードを適用できることはいうまでもない。
又、７１７は、吸引回復の吸引を開始するためのレバー
で、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
切換等の公知の伝達手段で移動制御される。前記記録ヘ
ッド６００に設けられた発熱部１１０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）。

【００７４】上述のような構成のインクジェット記録装
置７００は、前記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６００が
前記記録用紙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６００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、高精度でかつ
高速な記録が可能である。

【００７５】前述の記録ヘッド６００における基体１０
０の場合、Ａｌからなる、配線１０４の接続端面および
側面と、機能素子の各電極の側面全面を階段状に形成し
たが、必ずしもそのような構成とする必要はない。電流
が流れる方向に対して垂直な面（配線１０４の場合、発
熱部１１０における接続端面）が階段状に形成されてい
るだけでも効果的である。

【００７６】このような階段状端面を形成する方法につ
いて、配線１０４の場合を例にし、図１９の（ａ）〜
（ｅ）を参照して説明する。

【００７７】前述の基体１００において、発熱抵抗層１
０３としてのＨｆＢ₂ と配線１０４としてＡｌ材料から
なる層を堆積した後、２度の従来のフォトリソ工程のく
り返しで発熱抵抗層１０３と配線１０４を形成する
（ａ）。

【００７８】このとき、配線１０４のエッチング法とし
ては従来より用いられているウエットエッチング法ある
いはＣｌ系のガスによるＲＩＥ等によるドライエッチン
グ法がある。これらの手法により配線１０４の長手方向
の側面は、発熱抵抗層１０３表面に対しほぼ垂直な角度
を有するものとなる。

【００７９】次に、従来の手法によりレジスト１１１，
１１１’で発熱部１１０に相当する領域以外を覆い
（ｂ）、前述の記録ヘッド６００の製造工程（５）で説
明したＡｌ除去と同様にして、ＴＭＡＨ水溶液に浸漬さ
せながら、エッチングとレジスト後退を繰返して前記配
線１０４の発熱部１１０に相当する領域を剥離して発熱
部１１０を形成する（ｃ）。このとき、配線１０４の、
発熱部１１０における２つの接続端面は、前述と同様に
階段状に形成され（ｄ）、側面は、下層の発熱抵抗層１
０３の表面に対してほぼ垂直な面とする（ｅ）。

【００８０】この方法は、前記機能素子の各電極に対し
ても同様に考えることができ、各電極の接続端面のみを
階段状に形成することができる。

【００８１】本発明は、特にインクジェット記録方式の
中でもキャノン（株）が提唱している熱エネルギーを利
用してインクを吐出する方式の記録ヘッド、記録装置に
於いて、優れた効果をもたらすものである。

【００８２】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型、
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
変換素子に、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、電気熱変換素子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対応し液体（インク）内の
気泡を形成できるので有効である。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、少なくとの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４４６３３５９号明細書、同第４３４
５２６２号明細書に記載されているようなものが適して
いる。尚、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米
国特許第４３１３１２４号明細書に記載されている条件
を採用すると、更に優れた記録を行うことができる。

【００８３】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、電気熱変換素
子の組み合わせ構成（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４５５８３３３号明細書、米国特許
第４４５９６００号明細書に記載された構成でもよい。
加えて、複数の電気熱変換素子に対して、共通するスリ
ットを電気熱変換素子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
波を吸収する開孔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。

【００８４】更に、記録装置が記録できる最大記録用紙
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
構成のいずれでも良いが、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。

【００８５】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。

【００８６】又、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
段等を付加することは本発明の効果を一層安定できるの
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、クリーニング手段、加圧あるいは
吸引手段、電気熱交換素子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う予備吐出モードを行うことも安定
した記録を行うために有効である。

【００８７】更に、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又は、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。

【００８８】以上説明した本発明の実施例においては、
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とな
るもの、あるいは、インクジェットにおいて一般的に行
われている温度調整の温度範囲である３０℃以上７０℃
以下の温度範囲で軟化もしくは液体となるものでもよ
い。すなわち、使用記録信号付与ときにインクが液状を
なすものであれば良い。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又
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用紙に到達する時点では
すでに固化し始めるもの等のような、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５４−５
６８４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報
に記載されるような、多孔質シート凹部又は貫通孔に液
状又は固形物として保持された状態で、電気熱交換素子
に対して対向するような形態としても良い。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。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば下記
のような効果を奏する。

【００９０】本発明のインクジェット記録ヘッド用基体
によれば、配線電極の接続端面を、段差を含むなどの所
望の形状に容易かつ高精度に形成することができ、該配
線電極によって生ずる上、下部膜の凹凸をなだらかに形
成することができ、優れたステップカバレージを有する
ため、上、下部膜である保護膜、層間膜の薄膜化が可能
となった。

【００９１】また、発熱部において配線電極と電気熱変
換素子とが階段状の接続端面で接触しているため、電気
熱変換素子端部の電流集中を大幅に緩和することができ
た。また、薄膜化を行うことにより熱伝導効率があがり
低消費電力且つ周波数応答性の良い記録ヘッドが安価に
実現できた。さらに、電流集中を緩和できたために、記
録ヘッドの寿命が伸び且つ均一な特性のものが得られる
様になった。

【００９２】つまり高信頼性、高均一性の記録ヘッドを
低コストで得ることができた。

【００９３】また、インクジェット記録装置において、
高速記録動作も達成できスイッチング特性が速く、立ち
上がり特性が向上し、寄生効果も少ない為、インクに好
適な熱エネルギーを付与することができ、記録動作の精
度が向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録ヘッド用基体の一
例を示す模式的断面図である。

【図２】本発明のインクジェット記録ヘッド用基体の電
極の一例を示す図であり、（ａ）はその断面図、（ｂ）
は平面図である。

【図３】本発明のインクジェット記録ヘッド用基体の発
熱部の一例を示す図であり、（ａ）はその断面図、
（ｂ）は平面図である。

【図４】本発明のインクジェット記録ヘッド用基体の発
熱部を流れる電流の一例を示す断面図である。

【図５】本発明のインクジェット記録ヘッド用基体の動
作を説明するための断面図である。

【図６】本発明のインクジェット記録ヘッドの一例を示
す斜視図である。

【図７】本発明の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の製造工程の一例を示す断
面図である。

【図８】本発明の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の製造工程の一例を示す断
面図である。

【図９】本発明の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の製造工程の一例を示す断
面図である。

【図１０】本発明の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の製造工程の一例を示す
断面図である。

【図１１】本発明の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の製造工程の一例を示す
断面図である。

【図１２】本発明の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の製造工程の一例を示す
断面図である。

【図１３】本発明の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の製造工程の一例を示す
断面図である。

【図１４】本発明の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の製造工程の一例を示す
断面図である。

【図１５】本発明の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の製造工程の一例を示す
断面図である。

【図１６】本発明のインクジェット記録ヘッド用基体の
電極の製造工程の一例を示す断面図である。

【図１７】本発明のインクジェット記録ヘッド用基体の
発熱部の他の例を示す断面図である。

【図１８】本発明のインクジェット記録装置の一実施例
を示す斜視図である。

【図１９】本発明のインクジェット記録ヘッド用基体の
発熱部の製造工程の他の例を示す断面図である。

【図２０】従来のインクジェット記録ヘッド用基体の一
例を示す断面図である。

【図２１】従来のインクジェット記録ヘッド用基体の発
熱部に流れる電流を示す断面図である。

【符号の説明】

１Ｐ型シリコン基板２Ｎ型コレクタ埋込み領域３Ｐ型アイソレーション埋込み領域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１０Ｎ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１００基体１０１蓄熱層１０２層間膜１０３発熱抵抗層１０４配線１０５，１０６保護膜１０７ボンディング用パッド１０９アノード電極配線１１０発熱部４０１駆動電流５００吐出口５０１液路壁部材５０２天板５０３インク供給口５０４共通液室５０５液路６００インクジェット記録ヘッド７００インクジェット記録装置７０１駆動モータ７０２，７０３駆動力伝達ギヤ７０４リードスクリュー７０５紙押え板７０６プラテン７０７，７０８フォトカプラ７０９，７１７レバー７１０支持部材７１１キャップ部材７１２吸引手段７１３キャップ内開口７１４クリーニングブレード７１５移動部材７１６本体支持板７１８カム７１９ガイド７２０キャリッジ７２１螺旋溝

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/05 B41J 2/16

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、電気熱変換
素子群と、該電気熱変換素子群の電気熱変換素子をそれ
ぞれ駆動する電気熱変換素子駆動用の機能素子群と、該
機能素子群の各機能素子と前記電気熱変換素子とをそれ
ぞれ接続するための配線電極群とを基板に形成する、イ
ンクジェット記録ヘッド用基体の製造方法において、前記配線電極群の各配線電極の接続端面を、配線電極用
エッチング液とマスク用フォトレジストエッチング用の
トリ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド水溶
液とを交互に用いて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のエッチングを行な
う配線電極群エッチング工程を有することを特徴とする
インクジェット記録ヘッド用基体の製造方法。
【請求項２】配線電極群エッチング工程にて、配線電
極群の各配線電極の接続端面とともに側面を同時に形成
することを特徴とする請求項１記載のインクジェット記
録ヘッド用基体の製造方法。
【請求項３】配線電極の材料がアルミニウムであるこ
とを特徴とする請求項１または２記載のインクジェット
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、電気熱変換
素子群、該電気熱変換素子群の電気熱変換素子をそれぞ
れ駆動する電気熱変換素子駆動用の機能素子群、および
該機能素子群の各機能素子と前記電気熱変換素子とをそ
れぞれ接続するための配線電極群を基板に形成して基体
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基体上に作成す
るインク吐出部作成工程とを含むインクジェット記録ヘ
ッドの製造方法において、前記基体作成工程が、前記配線電極群の各配線電極の接
続端面を、配線電極用エッチング液とマスク用フォトレ
ジストエッチング用のトリ・メチル・アンモニウム・ハ
イドロオキサイド水溶液とを交互に用いてマスク用フォ
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
層のエッチングを行なう配線電極群エッチング工程を含
むことを特徴とする、インクジェット記録ヘッドの製造
方法。
【請求項５】配線電極群エッチング工程にて、配線電
極群の各配線電極の接続端面とともに側面を同時に形成
することを特徴とする請求項４記載のインクジェット記
録ヘッドの製造方法。
【請求項６】配線電極の材料がアルミニウムであるこ
とを特徴とする請求項４または５記載のインクジェット
記録ヘッドの製造方法。