JP4001453B2

JP4001453B2 - Droplet discharge head, method for manufacturing the same, image forming apparatus, and droplet discharge apparatus

Info

Publication number: JP4001453B2
Application number: JP2000219803A
Authority: JP
Inventors: 邦裕山中; 憲一郎橋本; 八州太郎木幡
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2020-07-19
Also published as: JP2002036541A

Description

【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、画像形成装置、液滴吐出装置に関する
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置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液滴吐出ヘッドであ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。
【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。
【０００４】
上述したピエゾ型あるいは静電型のように振動板を用いるインクジェットヘッドにあっては、振動板の機械的変位特性はインク摘吐出特性に大きく影響し、振動板の薄膜化、高精度化が必要になる。
【０００５】
そこで、従来のインクジェットヘッドにおいては、特開平６−２３９８６号公報、特開平６−７１８８２号公報あるいは特開平９−２６７４７９公報などに記載されているように、振動板を形成するシリコン基板にボロンを拡散した高濃度ボロン拡散層を形成し、このシリコン基板を異方性エッチングすることにより、高濃度ボロン拡散層でエッチングストップすることから、高濃度ボロン拡散層による振動板を形成するようにしている。
【０００６】
このように、シリコン基板に振動板となる高濃度ボロン層を形成する方法としては、板状の拡散源（ＢＮやＢ₂Ｏ₃）を用いた固体拡散法、Ｂｒ₃を拡散する気相拡散法又はボロンを高エネルギーで注入するイオン注入法或いはＢ₂Ｏ₃を有機溶媒に分散させウエハ上にスピンコートする塗布拡散法などが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した固体拡散法、気相拡散法及び塗布拡散法にあっては、シリコン基板の表面（電極表面と対向することになる面）からボロンを拡散するので、振動板を形成したときに振動板の厚さ方向では液室と反対側の表面に高濃度領域（ピーク濃度領域）が発生し易くなる。また、イオン注入法にあっても、振動板の厚さや装置上のスペースに制限があるので、同様に、液室と反対側の表面にピーク濃度領域ができやすい。
【０００８】
ところで、ボロンドープ層は、ボロン濃度が高くなればなる程、引張り応力が強くなるため、上述したようにピーク濃度領域が液室と反対側表面に位置していると、振動板には液室側に凸状に反ろうとする力が作用することとなる。
【０００９】
このように、従来のインクジェットヘッドにあっては、振動板に液室側に反らす方向で作用する引張り応力がかかっているため、振動板を電極側に所定量変位させるための駆動電圧が高くなり、また、応力に逆らって変形させることから振動板の耐久性（繰り返し振動特性）が低くなるという課題がある。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、振動板の耐久性を向上して、信頼性を向上した液滴吐出ヘッド及びその製造方法、同ヘッドを備える画像形成装置、液滴吐出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板がＰ型不純物シリコン層からなり、Ｐ型不純物シリコン層のＰ型不純物濃度は、振動板の内部にピークを持ち、振動板の厚さ方向において、ピーク部から液室方向及び液室と逆方向に向かってそれぞれ低濃度になり、振動板の厚さ方向において、振動板の液室と反対側表面部で最小となる、分布を有する構成としたものである。本発明に係る画像形成装置、液滴吐出装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えているものである。
【００１２】
ここで、振動板の液室と反対側の表面のＰ型不純物濃度が１＊１０^２０（ａｔｏｍ／ｃｍ^３）を越えないことが好ましい。
【００１３】
さらに、高濃度Ｐ型不純物としては高濃度ボロンを用いることができる。また、液滴吐出ヘッドとしては、振動板と対向する電極を有し、振動板を静電力で変形変位させて液滴を吐出させるものであることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法であって、シリコン基板にボロンを拡散した後、ボロン拡散層の表面を酸化する構成としたものである。ここで、シリコン基板にボロンを拡散した後、ボロン拡散層の表面を研磨処理し、次いでこのボロン拡散層の表面を酸化することが好ましい。
【００１５】
【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は本発明を適用した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。
【００１６】
このインクジェットヘッドは、第一基板である振動板／液室基板１と、振動板／液室基板１の下側に設けた第二基板である電極基板３と、振動板／液室基板１の上側に設けた第三基板であるノズル板４とを重ねて接合した積層構造体であり、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。
【００１７】
振動板／液室基板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。この振動板／液室基板１は、シリコン基板に振動板となる厚み（深さ）に高濃度不純物であるボロンを拡散し、この高濃度ボロンドープ層をエッチングストップ層として異方性エッチングを行うことにより液室６となる凹部等を形成するときに所望の厚さの振動板５を得たものである。なお、高濃度Ｐ型不純物としては、ボロンの他、ガリウム、アルミニウム等も用いることができる。
【００１８】
なお、振動板／液室基板１の全面には、インクジェット駆動時に絶縁破壊やショートが起こるのを防止するため熱酸化により０．１μｍのＳiＯ₂などの絶縁膜を成膜している。
【００１９】
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１５を変位させて液室６の内容積を変化させるアクチュエータ部を構成している。この電極基板３の電極１５上には振動板１０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厚のＳiＯ₂などの絶縁層１７を成膜している。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。
【００２０】
この電極基板３は、ガラス基板、また表面に熱酸化膜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１４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と振動板／液室基板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。
【００２１】
ここでは、電極１５は、シリコン基板にエッチングで形成した深さ０．３μｍの凹部１４内に窒化チタンを０．１μｍの厚さにスパッタし形成している。したがって、このヘッドにおいては、電極基板３と振動板／液室基板１とを接合した後のギャップ１６の長さ（振動板１０と電極１５との間隔）は、０．２μｍとなっている。
【００２２】
また、ノズル板４は、厚さ５０μｍのステンレス材（ＳＵＳ）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。
【００２３】
次に本発明に係るインクジェットヘッドの製造工程の第１実施形態について図５及び図６をも参照して説明する。
まず、図５（ａ）に示すような結晶面方位（１１０）の厚さ５００μｍのＳｉ基板２０を用いて、このＳｉ基板２０の表面に固体拡散法によりボロンを拡散することにより、同図（ｂ）に示すように高濃度ボロン拡散層２１ａを形成する。
【００２４】
より具体的には、Ｓｉ基板２０と固体拡散源（ＢＮやＢ₂Ｏ₃）を対向させて７５０℃の温度の炉の中にセットする。この炉の中には０．２５％の酸素を混入して窒素を流した状態にしておく。そして、その炉の温度を７℃／分のレートで１１５０℃の温度まで上昇させ、その状態で５０分間保持した後、同じく７℃／分のレートで７５０℃の温度まで下げることにより、同図（ｂ）に示すように、高濃度ボロン拡散層２１が形成される。
【００２５】
なお、この他ＢＢｒ₃を用いた気相拡散法、ボロンを高エネルギーで注入するイオン注入法又はＢ₂Ｏ₃を有機溶媒に分散させウエハ上にスピンコートする塗布拡散法でも、高濃度ボロン拡散層２１ａを形成できる。
【００２６】
その後、Ｓｉ基板２０表面に形成されたＢ₂Ｏ₃層をフッ酸により除去することにより高濃度ボロンドープ層が形成される。
【００２７】
この段階で得られた高濃度ボロンドープ層２１ａ（Ｓｉ基板２０表面から厚さ方向に２μｍの範囲）は、図７に短破線ａで示すように表面（液室側と反対側の表面）が濃度の最も高くなる濃度分布を有している。
【００２８】
そこで、次に、Ｓｉ基板２０表面を酸化することにより同図（ｃ）に示すように酸化膜２２を形成する。ここでは、酸化条件を、Ｏ₂ガス６ｓｃｃｍ、Ｈ₂ガス９ｓｃｃｍ、９００℃−６０分として約２０００Åの厚さの酸化膜２２を形成した。その後、同図（ｄ）に示すようにＳｉ基板２０表面に形成した酸化膜２２をフッ酸により除去することによりＳｉ基板表面層が形成した。
【００２９】
このときＳｉ基板２０表面から酸化膜２２によってボロンが吸い出されるので、Ｓｉ基板２０の表面をなす高濃度ボロン拡散層２１は、図７に実線ｂで示すように、振動板厚さ方向で内部に高濃度ボロンのピーク濃度を有する濃度分布となる。
【００３０】
その後、ボロンの拡散により荒れている、Ｓｉ基板２０表面を直接接合できるようにするため、ＣＭＰ（chemical-mechanical-polishing）によって表面粗さＲａ＝０．５ｎｍ以下の表面性を有する高濃度ボロン拡散層２１を得た。このＣＭＰではＳｉ基板２０の最表層を１０００Å以下の研磨量で面内均一に研磨できるので、高濃度ボロン拡散層２１の変化は微量である。この場合、その研磨量を見込んで、ボロンを拡散させる拡散条件とＳｉ基板２０表面を酸化させる酸化条件を決定すればよい。
【００３１】
次に、上述したようにして得られたシリコン基板２０を図６（ａ）に示すように別途製作した電極基板３上に直接接合する。ここでは、減圧下でプリボンドされたものに温度９００℃、１時間の熱処理を行って接合した。
【００３２】
そして、同図（ｂ）に示すように、厚さ５００μｍのＳｉ基板４０の上部表面を研磨して、厚さ１００μｍにした後、同図（ｃ）に示すように、接合された電極基板３とＳｉ基板２０の全面にＬＰ−ＣＶＤによりシリコン窒化膜２４を成膜する。
【００３３】
次いで、Ｓｉ基板２０上に形成されたシリコン窒化膜２４上にレジストをコーティングし、露光、現象を行って液室６及び共通インク室８などに対応するレジストパターンを形成する。このとき、電極基板３の電極１５と液室６のレジストパターンとが一致するようにＩＲ光によりアライメントする。次に、Ｓｉ基板２０上のシリコン窒化膜２４をドライエッチにより除去し、レジストを除去することにより、同図（ｄ）に示すように、シリコン窒化膜２４のパターン２５を形成する。
【００３４】
そして、ＫＯＨ(１０ｗｔ％)水溶液に浸し、Ｓｉ基板２０をエッチングすると、このときパターニングした側の開口部からエッチングが進みボロン濃度が１Ｅ２０／ｃｍ³である深さに達した時、エッチングがストップ(エッチレートが極端に下がり)し、同図（ｅ）に示すように液室６となる凹部と高濃度ボロンドープシリコン（高濃度ボロン拡散層２１）からなる振動板１０が形成される。これにノズル板４を接合することにより前述のようなインクジェットヘッドが得られる。
【００３５】
このインクジェットヘッドにおける振動板１０は、上述したように振動板１０の厚さ方向でが図７に実線ｂで示すように振動板内部にピーク濃度を持ち、液室６側と液室６と反対側である電極１５側に向かってそれぞれ低濃度になる高濃度ボロンの濃度勾配を有している。
【００３６】
したがって、振動板１０に作用する高濃度ボロンによる引っ張り応力は振動板１０の内部が最も強くなるので、振動板１０を液室６側に凸状に反らせようとする力が緩和され、振動板１０を電極１５側に変形変位させるために必要な駆動電圧が低くなって低電圧駆動が可能になり、しかも耐久性(繰り返し振動特性)も向上する。
【００３７】
そこで、振動板１０の電極１５側表面の高濃度ボロンの濃度（単位はａｔｏｍ／ｃｍ³）と耐久性についての評価試験を行った。
実施例１：ＫＯＨ水溶液を用いた異方性エッチングにより、前述した製造方法を用いて、図８に実線ｂで示すように電極側表面濃度が１．００Ｅ＋２０の振動板を製作した。なお、同図は、図９に示すように振動板１０の電極１５側表面を「０μｍ」として振動板厚さ方向に向かう濃度のプロフィルを示している（前述した図７も同様である。）。
【００３８】
実施例２：実施例１と同様にして、図８に一点鎖線ｃで示すように電極側表面濃度が１Ｅ１８の振動板を製作した。
実施例３：実施例１と同様にして、同図に二点鎖線ｄで示すように電極側表面濃度が１．００Ｅ＋１９の振動板を製作した。
【００３９】
比較例１：ＫＯＨ水溶液を用いた異方性エッチングにより、従来と同様にして同図に短破線ａで示すように電極側表面にピーク濃度がある振動板を製作した。
【００４０】
そして、これらの実施例１〜３及び比較例１の各振動板を有するインクジェットヘッドを駆動周波数１０ｋＨｚで駆動して、特性劣化を生じる駆動回数を測定することで、耐久性（繰り返し振動特性）を評価した。この結果を図１０に示している。
【００４１】
同図から分かるように、比較例１では１．０＊１０⁹回以下で特性劣化を生じたのに対し、実施例１のものでは１．０＊１０⁹回以上５．０＊１０⁹回まで、実施例２のものでは１．０＊１０¹⁰回以上、実施例３のものでは５．０＊１０⁹回以上１．０＊１０¹⁰回までの駆動回数でも特性劣化を生じなかった。
【００４２】
したがって、電極１５側表面の高濃度ボロンの濃度が１＊１０²⁰を越えない濃度にすることで、振動板１０の応力をより緩和することができて、低電圧駆動化、耐久性の向上を図れる。より好ましくは、電極１５側表面の高濃度ボロン濃度の８＊１０¹⁹を越えない濃度にすることで、一層耐久性の向上を図ることができる。
【００４３】
次に、振動板１０の液室６側表面の高濃度ボロンの濃度と電極１５側表面の高濃度ボロンの濃度と関係についての評価試験を行った。
実施例４：ＥＤＰ（エチレンジアミンピロカテコール）水溶液を用いた異方性エッチングにより、前述した製造方法を用いて、図１１に実線ｂで示すように液室側表面濃度が電極側表面濃度に対して１Ｅ２０以上高い振動板を製作した。
【００４４】
実施例５：実施例４と同様にして、同図に長破線ｃで示すように液室側表面濃度が電極側表面濃度に対して略３Ｅ１９高い振動板を製作した。
実施例６：実施例４と同様にして、同図に一点鎖線ｄで示すように液室側表面濃度と電極側表面濃度が略同じ振動板を製作した。
【００４５】
実施例７：実施例４と同様にして、同図に二点鎖線ｅで示すように液室側表面濃度に対して電極側表面濃度が略３Ｅ１９低い振動板を製作した。
実施例８：実施例４と同様にして、同図に長一点鎖線ｆで示すように液室側表面濃度に対して電極側表面濃度が略１Ｅ２０低い振動板を製作した。
【００４６】
比較例２：ＥＤＰ（エチレンジアミンピロカテコール）水溶液を用いた異方性エッチングにより、従来と同様にして同図に短破線ａで示すように電極側表面にピーク濃度がある振動板を製作した。
【００４７】
そして、これらの実施例４〜８及び比較例２の各振動板を有するインクジェットヘッドを駆動周波数１０ｋＨｚで駆動して、特性劣化を生じる駆動回数を測定することで、耐久性（繰り返し振動特性）を評価した。この結果を図１２に示している。
【００４８】
同図から分かるように、比較例２では１．０＊１０⁹回以下で特性劣化を生じたのに対し、実施例４のものでは１．０＊１０⁹回以上５．０＊１０⁹回まで、実施例５〜７のものでは１．０＊１０¹⁰回以上、実施例８のものでは５．０＊１０⁹以上１．０＊１０¹⁰回までの駆動回数でも特性劣化を生じなかった。
【００４９】
したがって、振動板１０の液室６側表面の高濃度ボロンの濃度と電極１５側表面の高濃度ボロンの濃度との差が１＊１０²⁰を越えないようにすることで耐久性が向上し、更に、その濃度の差を３＊１０¹⁹を越えないようにすることで更に耐久性が向上する。
【００５０】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法の第２実施形態における高濃度ボロン拡散層の形成工程について図１３をも参照して説明する。
この実施形態においては、同図（ａ）、（ｂ）に示すように前述した図５（ａ）、（ｂ）で説明したと同様な工程でシリコン基板２０の表面に高濃度ボロン拡散層２１ａを形成した後、図１３（ｃ）に示すようにＣＭＰによって高濃度ボロン拡散層２１ａの表面を研磨する。
【００５１】
その後、Ｓｉ基板２０表面を酸化することにより同図（ｄ）に示すようにシリコン基板２０表面に高濃度ボロン拡散層２１表面を含めて酸化膜２５を形成する。その後は、図６で説明したと同様の工程を経てインクジェットヘッドを製作できる。
【００５２】
すなわち、シリコン基板２０に高濃度ボロンを拡散することによりＢ₂Ｏ₃層が形成され、そのＢ₂Ｏ₃層の下にボロンとシリコンの化合物層が形成される。そのため、図５（ｃ）に示すようにこの化合物層を酸化して得られる酸化膜２２の表面性は粗く、振動板／液室基板１との直接接合が困難であり、また、この酸化膜２２はＢ₂Ｏ₃を含むために、絶縁耐圧が低く絶縁膜としては使用できないので、前述したように、酸化膜２２を除去した後直接接合が可能なように研磨を行っている。
【００５３】
これに対して、この実施形態では、先ず、ＣＭＰによる研磨を行ってボロンとシリコンの化合物層を除去するので、直接接合が可能な表面性を持つシリコン面（高濃度ボロン拡散層２１表面）を得ることができる。そして、このシリコン表面を酸化して得られる酸化膜２６の表面性は表面粗さＲａ＝０．５ｎｍ以下であるので、酸化膜２６を残したまま電極基板と直接接合することができるようになる。しかも、この酸化膜２６はＢ₂Ｏ₃の含有量が少なく、絶縁耐圧が高く、かつ電極上に電荷が残留することを抑制するので、耐久性の向上とともに安定した駆動を行うことができる。
【００５４】
なお、上記各実施形態においては本発明を静電型インクジェットヘッドに適用した例で説明したが、ピエゾ型インクジェットヘッドにも同様に適用することができ、またインク滴を吐出するインクジェットヘッド以外にも、例えば液体レジストを吐出するための液滴吐出ヘッドなどにも同様に適用することができる。また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、前述したようにプリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置に備えることができ、これらの画像形成装置で液体を吐出するための液滴吐出装置として備えることもできる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、振動板がＰ型不純物シリコン層からなり、Ｐ型不純物シリコン層のＰ型不純物濃度は、振動板の内部にピークを持ち、振動板の厚さ方向において、ピーク部から液室方向及び液室と逆方向に向かってそれぞれ低濃度になり、振動板の厚さ方向において、振動板の液室と反対側表面部で最小となる、分布を有する構成としたので、振動板の応力を緩和でき、低電圧駆動化及び耐久性（繰り返し振動特性）の向上を図ることができる。そして、本発明に係る画像形成装置、液滴吐出装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えているので、低電圧駆動、耐久性の向上を図れる。
【００５７】
また、振動板の液室と反対側の表面のＰ型不純物濃度が１＊１０²⁰（ａｔｏｍ／ｃｍ³）を越えないようにすることで、一層確実に振動板の応力を抑制でき、一層低電圧駆動化耐久性の向上を図れる。
【００５９】
このヘッドを振動板と対向する電極を有し、振動板を静電力で変形変位させて液滴を吐出させる構成にすることで、信頼性の高い、優れた静電型液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００６０】
本発明に係る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た後、ボロン拡散層の表面を酸化するので、容易に本発明に係る液滴吐出ヘッドを得ることができる。この場合、また、シリコン基板にボロンを拡散した後、ボロン拡散層の表面を研磨処理し、次いでこのボロン拡散層の表面を酸化することで、信頼性の向上及び残留電荷の低減による安定駆動が可能な液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【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
【図２】同ヘッドの透過状態で示す上面説明図
【図３】同ヘッドの液室長辺方向に沿う模式的断面説明図
【図４】同ヘッドの液室短辺方向に沿う模式的断面説明図
【図５】本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第１実施形態における高濃度ボロン拡散層の形成工程を説明する説明図
【図６】同第１実施形態におけるヘッドの製作工程を説明する説明図
【図７】図５（ｂ）及び（ｅ）の段階における高濃度ボロン拡散層の濃度分布図
【図８】振動板の電極側表面の高濃度ボロンの濃度と耐久性の評価試験の説明に供する濃度分布図
【図９】濃度分布図の説明に供する説明図
【図１０】図８の各濃度分布を有する振動板の耐久性評価試験結果を説明する説明図
【図１１】振動板の液室側表面の濃度と電極側表面の濃度との差と耐久性の評価試験の説明に供する濃度分布図
【図１２】図１１の各濃度分布を有する振動板の耐久性評価試験結果を説明する説明図
【図１３】本発明を適用したインクジェットヘッドの製造方法の第２実施形態における高濃度ボロン拡散層の形成工程を説明する説明図
【符号の説明】
１…振動板／液室基板、３…電極基板、４…ノズル板、５…ノズル、６…液室、１０…振動板、１５…電極、２０…Ｓｉ基板、２１…高濃度ボロン拡散層、２２、２６…酸化膜、２３…シリコン窒化膜。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a droplet discharge head, a manufacturing method thereof , an image forming apparatus, and a droplet discharge device.
[Prior art]
An ink jet head, which is a liquid droplet ejection head used in an image recording apparatus such as a printer, a facsimile machine, a copying apparatus, or an image forming apparatus, includes a nozzle that ejects ink droplets and a liquid chamber in which the nozzle communicates ( A pressure liquid chamber, a pressure chamber, a discharge chamber, an ink flow path, etc.) and a pressure generating means for generating pressure to pressurize the ink in the liquid chamber. An ink droplet is ejected from the nozzle by pressurizing the liquid chamber ink.
[0003]
As a conventional ink jet head, a piezoelectric type that discharges ink droplets by deforming and displacing a diaphragm that forms the wall surface of the liquid chamber using a piezoelectric element, or a heating resistor disposed in the liquid chamber is used. A bubble type that generates bubbles by ink film boiling and ejects ink droplets. A diaphragm that forms the wall of the liquid chamber (or an electrode integrated with it) and an electrode are used to deform the diaphragm with electrostatic force. There is an electrostatic type that discharges ink droplets by being displaced.
[0004]
In an inkjet head using a diaphragm such as the piezo type or the electrostatic type described above, the mechanical displacement characteristics of the diaphragm greatly affect the ink picking and discharging characteristics, and it is necessary to make the diaphragm thinner and more accurate. become.
[0005]
Therefore, in the conventional ink-jet head, as described in JP-A-6-23986, JP-A-6-71882, JP-A-9-267479, etc., boron is formed on the silicon substrate on which the diaphragm is formed. A diffused high-concentration boron diffusion layer is formed, and this silicon substrate is anisotropically etched to stop etching at the high-concentration boron diffusion layer, so that a diaphragm with the high-concentration boron diffusion layer is formed. .
[0006]
As described above, as a method for forming a high-concentration boron layer serving as a vibration plate on a silicon substrate, a solid diffusion method using a plate-like diffusion source (BN or B ₂ O ₃ ), or a vapor phase diffusion for diffusing Br ₃ is used. There are known a method, an ion implantation method in which boron is implanted with high energy, or a coating diffusion method in which B ₂ O ₃ is dispersed in an organic solvent and spin-coated on a wafer.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described solid diffusion method, vapor phase diffusion method, and coating diffusion method, boron is diffused from the surface of the silicon substrate (the surface that faces the electrode surface), so when the diaphragm is formed. In the thickness direction of the diaphragm, a high concentration region (peak concentration region) is likely to occur on the surface opposite to the liquid chamber. Even in the ion implantation method, the thickness of the diaphragm and the space on the apparatus are limited. Similarly, a peak concentration region is easily formed on the surface opposite to the liquid chamber.
[0008]
By the way, since the tensile stress becomes stronger as the boron concentration becomes higher in the boron doped layer, as described above, when the peak concentration region is located on the surface opposite to the liquid chamber, the vibration plate has a liquid chamber side. Therefore, a force to warp in a convex shape is applied.
[0009]
As described above, in the conventional ink jet head, since the tensile stress acting in the direction in which the diaphragm is warped toward the liquid chamber is applied, the drive voltage for displacing the diaphragm to the electrode side by a predetermined amount increases. Moreover, since the deformation is performed against the stress, there is a problem that the durability (repetitive vibration characteristics) of the diaphragm is lowered.
[0010]
The present invention has been made in view of the above problems, and has improved the durability of the diaphragm and improved the reliability of the droplet discharge head and the manufacturing method thereof, the image forming apparatus including the head, the droplet discharge An object is to provide an apparatus .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the droplet discharge head according to the present invention, the vibration plate is made of a P-type impurity silicon layer, and the P-type impurity concentration of the P-type impurity silicon layer has a peak inside the vibration plate, In the thickness direction of the diaphragm, the concentration decreases from the peak portion toward the liquid chamber direction and the direction opposite to the liquid chamber, respectively, and in the thickness direction of the diaphragm, the minimum is the surface portion on the side opposite to the liquid chamber of the diaphragm. This is a configuration having a distribution . The image forming apparatus and the droplet discharge device according to the present invention include the droplet discharge head according to the present invention.
[0012]
Here, it is preferable that P-type impurity concentration in the liquid chamber and the opposite surface of the vibration plate does not exceed ^{1 * 10 20 (atom / cm} 3).
[0013]
Furthermore , high-concentration boron can be used as the high-concentration P-type impurity. Further, it is preferable that the droplet discharge head has an electrode opposed to the diaphragm and discharges the droplet by deforming and displacing the diaphragm with an electrostatic force.
[0014]
A method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention is a method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, wherein boron is diffused into a silicon substrate and then the surface of the boron diffusion layer is oxidized. is there. Here, after boron is diffused into the silicon substrate, it is preferable to polish the surface of the boron diffusion layer and then oxidize the surface of the boron diffusion layer.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
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 ink jet head to which the present invention is applied, FIG. 2 is a top view of the head in a transparent state, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the head along the liquid chamber long side direction. FIG. 4 is a schematic cross-sectional explanatory diagram along the liquid chamber short side direction of the head.
[0016]
This inkjet head includes a vibration plate / liquid chamber substrate 1 as a first substrate, an electrode substrate 3 as a second substrate provided below the vibration plate / liquid chamber substrate 1, and a vibration plate / liquid chamber substrate 1. A laminated structure in which a nozzle plate 4 as a third substrate provided on the upper side is overlapped and joined. By these, a plurality of nozzles 5, a liquid chamber 6 that is an ink flow path that communicates with each nozzle 5, and a liquid chamber 6. A common ink chamber 8 and the like communicating with each other through the fluid resistance portion 7 are formed.
[0017]
On the vibration plate / liquid chamber substrate 1, a liquid chamber 6 and a vibration plate 10 that forms a wall surface that forms the bottom of the liquid chamber 6, a recess that forms a partition wall 11 that separates the liquid chambers 6, and a common ink chamber 8 are formed. A recess or the like is formed. This diaphragm / liquid chamber substrate 1 diffuses boron, which is a high-concentration impurity, into a silicon substrate in a thickness (depth) that becomes a diaphragm, and performs anisotropic etching using this high-concentration boron-doped layer as an etching stop layer. As a result, the diaphragm 5 having a desired thickness is obtained when the concave portion or the like to be the liquid chamber 6 is formed. As the high concentration P-type impurity, gallium, aluminum, or the like can be used in addition to boron.
[0018]
Note that an insulating film such as 0.1 μm of SiO ₂ is formed on the entire surface of the diaphragm / liquid chamber substrate 1 by thermal oxidation in order to prevent dielectric breakdown or short circuit from occurring during ink jet driving.
[0019]
A concave portion 14 is formed in the electrode substrate 3, and an electrode 15 is formed on the bottom surface of the concave portion 14 so as to face the diaphragm 10 with a predetermined gap 16. The diaphragm 15 is formed by the electrode 15 and the diaphragm 10. Is displaced to change the internal volume of the liquid chamber 6. An insulating layer 17 such as SiO _{2 having a} thickness of 0.1 μm is formed on the electrode 15 of the electrode substrate 3 in order to prevent the electrode 15 from being damaged due to contact with the diaphragm 10. An electrode pad portion 15a for extending the electrode 15 to the vicinity of the end portion of the electrode substrate 3 and connecting to the external drive circuit via the connecting means is formed.
[0020]
The electrode substrate 3 has a recess 14 formed by etching with an aqueous HF solution or the like on a glass substrate or a Si substrate having a surface formed with a thermal oxide film 3a, and the recess 14 is an electrode having high heat resistance such as titanium nitride. The electrode 15 is formed only in the concave portion 14 by forming a material to a desired thickness by a film forming technique such as sputtering, CVD, or vapor deposition, and then forming and etching a photoresist. The electrode substrate 3 and the diaphragm / liquid chamber substrate 1 are bonded by a process such as anodic bonding or direct bonding.
[0021]
Here, the electrode 15 is formed by sputtering titanium nitride to a thickness of 0.1 μm in a recess 14 having a depth of 0.3 μm formed on a silicon substrate by etching. Therefore, in this head, the length of the gap 16 (interval between the diaphragm 10 and the electrode 15) after joining the electrode substrate 3 and the diaphragm / liquid chamber substrate 1 is 0.2 μm.
[0022]
Further, the nozzle plate 4 uses a stainless material (SUS) with a thickness of 50 μm to form an ink supply port 19 for supplying ink from the outside to the nozzle 5, the liquid resistance portion 7, and the common ink liquid chamber. .
[0023]
Next, a first embodiment of an ink jet head manufacturing process according to the present invention will be described with reference to FIGS.
First, by using a Si substrate 20 having a crystal plane orientation (110) of 500 μm in thickness as shown in FIG. 5A, boron is diffused on the surface of the Si substrate 20 by a solid diffusion method. As shown in b), a high-concentration boron diffusion layer 21a is formed.
[0024]
More specifically, the Si substrate 20 and the solid diffusion source (BN or B ₂ O ₃ ) are opposed to each other and set in a furnace at a temperature of 750 ° C. In this furnace, 0.25% oxygen is mixed and nitrogen is allowed to flow. Then, the furnace temperature was increased to a temperature of 1150 ° C. at a rate of 7 ° C./min, held in that state for 50 minutes, and then lowered to a temperature of 750 ° C. at a rate of 7 ° C./min. As shown in (b), a high-concentration boron diffusion layer 21 is formed.
[0025]
In addition, high-concentration boron diffusion can also be achieved by vapor phase diffusion using BBr ₃ , ion implantation in which boron is implanted at high energy, or coating diffusion in which B ₂ O ₃ is dispersed in an organic solvent and spin-coated on the wafer. Layer 21a can be formed.
[0026]
Thereafter, the B ₂ O ₃ layer formed on the surface of the Si substrate 20 is removed with hydrofluoric acid to form a high-concentration boron-doped layer.
[0027]
The high-concentration boron-doped layer 21a (at a range of 2 μm from the surface of the Si substrate 20 in the thickness direction) obtained at this stage has a concentration of the surface (surface opposite to the liquid chamber side) as shown by a short broken line a in FIG. Has the highest concentration distribution.
[0028]
Therefore, next, the surface of the Si substrate 20 is oxidized to form an oxide film 22 as shown in FIG. Here, the oxidation conditions were O ₂ gas 6 sccm, H ₂ gas 9 sccm, 900 ° C. for 60 minutes, and an oxide film 22 having a thickness of about 2000 mm was formed. Thereafter, as shown in FIG. 4D, the oxide film 22 formed on the surface of the Si substrate 20 was removed with hydrofluoric acid to form a Si substrate surface layer.
[0029]
At this time, since boron is sucked out from the surface of the Si substrate 20 by the oxide film 22, the high-concentration boron diffusion layer 21 forming the surface of the Si substrate 20 has an internal structure in the vibration plate thickness direction as shown by a solid line b in FIG. The concentration distribution has a peak concentration of high-concentration boron.
[0030]
Thereafter, in order to directly bond the surface of the Si substrate 20, which is rough due to boron diffusion, high-concentration boron diffusion having a surface roughness Ra = 0.5 nm or less by CMP (chemical-mechanical-polishing). Layer 21 was obtained. In this CMP, the outermost surface layer of the Si substrate 20 can be uniformly polished in a plane with a polishing amount of 1000 mm or less, so that the change in the high-concentration boron diffusion layer 21 is very small. In this case, the diffusion condition for diffusing boron and the oxidation condition for oxidizing the surface of the Si substrate 20 may be determined in consideration of the polishing amount.
[0031]
Next, the silicon substrate 20 obtained as described above is directly bonded onto the separately manufactured electrode substrate 3 as shown in FIG. Here, the pre-bonded materials under a reduced pressure were subjected to heat treatment at a temperature of 900 ° C. for 1 hour to join them.
[0032]
Then, as shown in FIG. 4B, the upper surface of the Si substrate 40 having a thickness of 500 μm is polished to a thickness of 100 μm, and then bonded to the electrode substrate 3 as shown in FIG. A silicon nitride film 24 is formed on the entire surface of the Si substrate 20 by LP-CVD.
[0033]
Next, a resist is coated on the silicon nitride film 24 formed on the Si substrate 20, and exposure and a phenomenon are performed to form a resist pattern corresponding to the liquid chamber 6, the common ink chamber 8, and the like. At this time, alignment is performed by IR light so that the electrode 15 of the electrode substrate 3 and the resist pattern of the liquid chamber 6 coincide. Next, the silicon nitride film 24 on the Si substrate 20 is removed by dry etching, and the resist is removed, thereby forming a pattern 25 of the silicon nitride film 24 as shown in FIG.
[0034]
Then, when the Si substrate 20 is etched by immersing in a KOH (10 wt%) aqueous solution, the etching proceeds from the opening on the patterned side, and the etching stops when the boron concentration reaches a depth of 1E20 / cm ³ ( The etch rate is drastically reduced), and as shown in FIG. 4E, the diaphragm 10 composed of the concave portion serving as the liquid chamber 6 and the high-concentration boron-doped silicon (high-concentration boron diffusion layer 21) is formed. By joining the nozzle plate 4 to this, the ink jet head as described above can be obtained.
[0035]
As described above, the diaphragm 10 in this ink jet head has a peak concentration inside the diaphragm in the thickness direction of the diaphragm 10 as shown by a solid line b in FIG. 7, and is opposite to the liquid chamber 6 side and the liquid chamber 6. Each has a concentration gradient of high-concentration boron that decreases in concentration toward the electrode 15 side.
[0036]
Accordingly, the tensile stress caused by the high-concentration boron acting on the vibration plate 10 is strongest in the vibration plate 10, so that the force that causes the vibration plate 10 to bend in a convex shape toward the liquid chamber 6 is alleviated. The drive voltage required to deform and displace the electrode 15 toward the electrode 15 side becomes low and low voltage drive is possible, and durability (repetitive vibration characteristics) is also improved.
[0037]
Therefore, an evaluation test was performed on the concentration (unit: atom / cm ³ ) and durability of high-concentration boron on the electrode 15 side surface of the diaphragm 10.
Example 1 A diaphragm having an electrode-side surface concentration of 1.00E + 20 as shown by a solid line b in FIG. 8 was manufactured by anisotropic etching using an aqueous KOH solution and using the manufacturing method described above. FIG. 9 shows a concentration profile in the direction of the diaphragm thickness with the electrode 15 side surface of the diaphragm 10 as “0 μm” as shown in FIG. 9 (the same applies to FIG. 7 described above). .
[0038]
Example 2 In the same manner as in Example 1, a diaphragm having an electrode-side surface concentration of 1E18 as shown by a one-dot chain line c in FIG.
Example 3 In the same manner as in Example 1, a diaphragm having an electrode-side surface concentration of 1.00E + 19 as shown by a two-dot chain line d in the same drawing was manufactured.
[0039]
Comparative Example 1: A diaphragm having a peak concentration on the surface on the electrode side as shown by a short broken line a in the same drawing was manufactured by anisotropic etching using a KOH aqueous solution as in the prior art.
[0040]
And the durability (repetitive vibration characteristics) is measured by driving the inkjet head having the diaphragms of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 at a driving frequency of 10 kHz, and measuring the number of driving times that causes characteristic deterioration. evaluated. The result is shown in FIG.
[0041]
As can be seen from the figure, in Comparative Example 1, the characteristic deterioration occurred in 1.0 * 10 ⁹ times or less, whereas in Example 1, 1.0 * 10 ⁹ times or more and 5.0 * 10 ⁹ times. In the second example, the characteristics were not deteriorated even when the number of driving times was 1.0 * 10 ¹⁰ times or more in the example 2, and 5.0 * 10 ⁹ times or more and 1.0 * 10 ¹⁰ times in the example 3.
[0042]
Therefore, by setting the concentration of the high-concentration boron on the surface on the electrode 15 side so as not to exceed 1 * 10 ²⁰ , the stress of the diaphragm 10 can be more relaxed, and low voltage driving and durability can be improved. I can plan. More preferably, the durability can be further improved by making the concentration not exceeding 8 * 10 ¹⁹ of the high-concentration boron concentration on the electrode 15 side surface.
[0043]
Next, an evaluation test was performed on the relationship between the high concentration boron concentration on the liquid chamber 6 side surface of the diaphragm 10 and the high concentration boron concentration on the electrode 15 side surface.
Example 4: By anisotropic etching using an EDP (ethylenediamine pyrocatechol) aqueous solution, using the manufacturing method described above, as shown by the solid line b in FIG. A diaphragm higher than 1E20 was manufactured.
[0044]
Example 5 In the same manner as in Example 4, a diaphragm having a liquid chamber side surface concentration approximately 3E19 higher than the electrode side surface concentration was manufactured as indicated by a long broken line c in FIG.
Example 6 In the same manner as in Example 4, as shown by the alternate long and short dash line d in the same drawing, a diaphragm having substantially the same liquid chamber side surface concentration and electrode side surface concentration was manufactured.
[0045]
Example 7 In the same manner as in Example 4, a diaphragm having an electrode-side surface concentration approximately 3E19 lower than the liquid chamber-side surface concentration was manufactured as indicated by a two-dot chain line e in FIG.
Example 8 In the same manner as in Example 4, a diaphragm having an electrode-side surface concentration approximately 1E20 lower than the liquid chamber-side surface concentration was manufactured as indicated by a long and short dashed line f in FIG.
[0046]
Comparative Example 2: A diaphragm having a peak concentration on the electrode-side surface as shown by a short broken line a in the same drawing was manufactured by anisotropic etching using an EDP (ethylenediamine pyrocatechol) aqueous solution in the same manner as before.
[0047]
Then, the durability (repetitive vibration characteristics) is measured by driving the inkjet head having the diaphragms of Examples 4 to 8 and Comparative Example 2 at a driving frequency of 10 kHz, and measuring the number of driving times that causes characteristic deterioration. evaluated. The result is shown in FIG.
[0048]
As can be seen from the figure, in Comparative Example 2, the characteristic deterioration occurred in 1.0 * 10 ⁹ times or less, while in Example 4, 1.0 * 10 ⁹ times or more and 5.0 * 10 ⁹ times. Up to 1.0 * 10 ¹⁰ times or more in Examples 5 to 7 and no deterioration in characteristics even in the case of Example 8 from 5.0 * 10 ^{9 to} 1.0 * 10 ¹⁰ times. .
[0049]
Therefore, durability is improved by preventing the difference between the high concentration boron concentration on the liquid chamber 6 side surface of the diaphragm 10 and the high concentration boron concentration on the electrode 15 side surface from exceeding 1 * 10 ²⁰ . Furthermore, durability is further improved by making the difference in density not to exceed 3 * 10 ¹⁹ .
[0050]
Next, a process for forming a high-concentration boron diffusion layer in the second embodiment of the method for manufacturing an inkjet head according to the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, as shown in FIGS. 5A and 5B, the high-concentration boron diffusion layer 21a is formed on the surface of the silicon substrate 20 in the same process as described in FIGS. Then, the surface of the high-concentration boron diffusion layer 21a is polished by CMP as shown in FIG.
[0051]
Thereafter, the surface of the Si substrate 20 is oxidized to form an oxide film 25 on the surface of the silicon substrate 20 including the surface of the high-concentration boron diffusion layer 21 as shown in FIG. Thereafter, the ink jet head can be manufactured through the same process as described in FIG.
[0052]
That is, a B ₂ O ₃ layer is formed by diffusing high-concentration boron in the silicon substrate 20, and a boron-silicon compound layer is formed under the B ₂ O ₃ layer. Therefore, as shown in FIG. 5C, the surface property of the oxide film 22 obtained by oxidizing this compound layer is rough, and it is difficult to directly join the diaphragm / liquid chamber substrate 1, and this oxide film Since 22 includes B ₂ O ₃ and has a low withstand voltage and cannot be used as an insulating film, as described above, polishing is performed so that direct bonding is possible after the oxide film 22 is removed.
[0053]
In contrast, in this embodiment, since the compound layer of boron and silicon is first removed by polishing by CMP, a silicon surface (surface of the high-concentration boron diffusion layer 21) having a surface property capable of direct bonding is formed. Obtainable. Since the surface property of the oxide film 26 obtained by oxidizing the silicon surface is not more than the surface roughness Ra = 0.5 nm, it can be directly bonded to the electrode substrate while leaving the oxide film 26. . In addition, the oxide film 26 has a low content of B ₂ O ₃ , has a high withstand voltage, and suppresses the charge from remaining on the electrode, so that the durability can be improved and stable driving can be performed.
[0054]
In each of the above-described embodiments, the present invention has been described with reference to an example in which the present invention is applied to an electrostatic inkjet head. However, the present invention can be applied to a piezo inkjet head in the same manner, and other than an inkjet head that ejects ink droplets. For example, the present invention can be similarly applied to a droplet discharge head for discharging a liquid resist. Further, as described above, the liquid droplet ejection head according to the present invention can be provided in an image recording apparatus or an image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, a copying apparatus, etc., and a liquid for ejecting liquid by these image forming apparatuses. It can also be provided as a droplet discharge device.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the droplet discharge head according to the present invention, the diaphragm is made of the P-type impurity silicon layer, and the P-type impurity concentration of the P-type impurity silicon layer has a peak inside the diaphragm, In the thickness direction of the diaphragm, the concentration decreases from the peak portion toward the liquid chamber direction and the direction opposite to the liquid chamber, respectively, and in the thickness direction of the diaphragm, the minimum is the surface portion on the side opposite to the liquid chamber of the diaphragm. Since the configuration has a distribution, the stress of the diaphragm can be relieved, and low voltage driving and durability (repetitive vibration characteristics) can be improved. In addition, according to the image forming apparatus and the droplet discharge device according to the present invention, since the droplet discharge head according to the present invention is provided, low voltage drive and durability can be improved.
[0057]
In addition, by preventing the P-type impurity concentration on the surface of the diaphragm opposite to the liquid chamber from exceeding 1 * 10 ²⁰ (atoms / cm ³ ), the stress on the diaphragm can be suppressed more reliably, and the The voltage drive durability can be improved.
[0059]
This head has an electrode facing the diaphragm, and the diaphragm is deformed and displaced by electrostatic force to eject droplets, thereby obtaining a highly reliable and excellent electrostatic droplet discharge head. be able to.
[0060]
According to the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, since the surface of the boron diffusion layer is oxidized after diffusing boron into the silicon substrate, the droplet discharge head according to the present invention can be easily obtained. In this case, after boron is diffused into the silicon substrate, the surface of the boron diffusion layer is polished, and then the surface of the boron diffusion layer is oxidized, thereby improving the reliability and stable driving by reducing the residual charge. A possible droplet discharge head can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an electrostatic ink jet head to which the present invention is applied. FIG. 2 is a top view of the head in a transparent state. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view along the liquid chamber long side direction. FIG. 4 is a schematic cross-sectional explanatory view along the direction of the short side of the liquid chamber of the head. FIG. 5 illustrates a process for forming a high-concentration boron diffusion layer in the first embodiment of a method for manufacturing an inkjet head to which the present invention is applied. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the manufacturing process of the head according to the first embodiment. FIG. 7 is a concentration distribution diagram of the high-concentration boron diffusion layer at the stage of FIGS. 5B and 5E. ] Concentration distribution diagram for explaining the evaluation test of the concentration and durability of high-concentration boron on the electrode side surface of the diaphragm [FIG. 9] An explanatory diagram for explaining the concentration distribution diagram [FIG. 10] Each concentration distribution of FIG. Explanation of the results of the durability evaluation test of diaphragms 11 is a concentration distribution diagram for explaining the difference between the concentration on the liquid chamber side surface of the diaphragm and the concentration on the electrode side surface and the durability evaluation test. FIG. 12 is a diagram of the diaphragm having each concentration distribution shown in FIG. Explanatory drawing explaining a durability evaluation test result. [FIG. 13] Explanatory drawing explaining the formation process of the high concentration boron diffusion layer in 2nd Embodiment of the manufacturing method of the inkjet head to which this invention is applied.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vibration plate / liquid chamber substrate, 3 ... Electrode substrate, 4 ... Nozzle plate, 5 ... Nozzle, 6 ... Liquid chamber, 10 ... Vibration plate, 15 ... Electrode, 20 ... Si substrate, 21 ... High concentration boron diffusion layer, 22, 26 ... oxide films, 23 ... silicon nitride films.

Claims

A liquid droplet that ejects liquid droplets from the nozzle by displacing and deforming the vibration plate, comprising a nozzle that ejects liquid droplets, a liquid chamber that communicates with the nozzle, and a diaphragm that forms a wall surface of the liquid chamber In the discharge head,
The diaphragm is made of a P-type impurity silicon layer,
The P-type impurity concentration of the P-type impurity silicon layer has a peak inside the diaphragm, and is low in the thickness direction of the diaphragm from the peak portion toward the liquid chamber and in the opposite direction to the liquid chamber. The droplet discharge head according to claim 1, wherein the droplet discharge head has a distribution that is minimized at a surface portion opposite to the liquid chamber of the diaphragm in the thickness direction of the diaphragm .

2. The droplet discharge head according to claim 1 , wherein a difference between the concentration of the P-type impurity on the liquid chamber side surface of the diaphragm and the P-type impurity concentration on the surface opposite to the liquid chamber is 3 * 10 ¹⁹ (atom / Cm ³ ), a droplet discharge head characterized by not exceeding.

3. The droplet discharge head according to claim 1, wherein the high concentration P-type impurity is high concentration boron.

In the liquid droplet ejecting head according to any one of claims 1 to 3, having the diaphragm and the opposing electrode, characterized in that eject the droplets of the diaphragm is deformed displaced by an electrostatic force Droplet discharge head.

A method of manufacturing a droplet discharging head according to any one of claims 1 to 4, after diffusing boron into the silicon substrate, the droplet discharge head, characterized by oxidizing the surface of the boron diffusion layer Production method.

6. The method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 5 , wherein after boron is diffused into the silicon substrate, the surface of the boron diffusion layer is polished, and then the surface of the boron diffusion layer is oxidized. A method for manufacturing a droplet discharge head.

5. An image forming apparatus comprising a droplet discharge head for forming an image, wherein the droplet discharge head is the droplet discharge head according to any one of claims 1 to 4 .

In the droplet discharge device for discharging droplets, a droplet discharge apparatus characterized in that it comprises a droplet discharge head according to any of claims 1 to 4.