JP4412866B2 - インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に関する。
【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、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室（インク流路、インク室、圧力室、液室、加圧室、加圧液室等とも称される。）と、この吐出室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向する電極とを有し、振動板を静電力で変形させて吐出室内の圧力／体積を変化させることによりノズルからインク滴を吐出させる静電型インクジェットヘッドを搭載したものがある。
【０００３】
このような静電気力を利用したインクジェットヘッドは、振動板とそれと対向して設けられた個別電極に電圧を印加し、振動板を静電気力により変形させることによりノズルからインク液滴を吐出するため、振動板の機械的変形特性がインク噴射特性に大きく影響する。そのため、振動板厚の薄膜化及び高精度な制御を要する。
【０００４】
そこで、従来、振動板の薄膜化及び高精度の厚さ制御に関しては、エッチングストップ層を用いた技術が有効であり、そのエッチングストップ層として高濃度ボロン層を用いたものが知られている（例えば、特開平６−７１８８２号公報、特開平６−２３９８６号公報、特開平９−２６７４７９号公報など）。
【０００５】
また、振動板と電極間距離、すなわちギャップ寸法の極めて高精度な制御を要し、基板の積層構造からなるインクジェットヘッドの製造において、それが可能な接合が不可欠である。特に、シリコンウエハ同士の接合には、ＳＯＩ（silicon-on-insulator）ウエハの製造などに用いられ、信頼性の高い強固な接合力が得られる接合法として一般に知られている直接接合法がそれを可能とする。一般に、ＳＯＩウエハの製造などに用いられている直接接合では１１００〜１２００℃の高温で行われており、シリコン酸化膜の溶融の効果によって高い接合信頼性を得ている。そのため、そこで、エッチングストップ層として高濃度ボロン層を用いたものでは、シリコンウエハ同士を直接接合法でいずれも１１００℃で接合している（特開平Ｈ６−２３９８６号公報、特開平９−２６７４７９号公報など）。
【０００６】
さらに、共通電極としても使用する振動板と対向電極（個別電極）との間での残留電荷の発生を抑制し、信頼性の向上を図るため、例えば、特開平８−１１８６２６号公報に記載のインクジェットヘッドでは、共通電極（振動板）と個別電極の各々の表面にシリコン酸化膜を形成している。共通電極（振動板）と個別電極の各々の表面に絶縁膜としてのシリコン酸化膜を設けることで、インクジェットヘッドの駆動時に、共通電極と個別電極はいずれも直接当接することが避けられ、絶縁膜同士が当接することとなるので、各々の電極は衝突や繰り返しストレス等による劣化や損傷がないためヘッドとして耐絶縁性と耐久性が向上し、長寿命なインクジェットヘッドが得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、インクジェットヘッドの駆動時に、共通電極（振動板）と個別電極との短絡を防止するには、共通電極（振動板）か個別電極かの少なくともどちらかに絶縁膜（シリコン酸化膜）があれば良いが、共通電極（振動板）は繰り返し機械的に変形をするため、個別電極よりも劣化や損傷が起こり易い。従って、少なくとも、共通電極（振動板）の表面には絶縁膜（シリコン酸化膜）が在ることが好ましいと言える。
【０００８】
ところが、これらの場合、接合プロセスに視点を移すと、シリコン酸化膜同士の接合となる。シリコン酸化膜同士の接合は、シリコン酸化膜の溶融の効果が不可欠であり、接合信頼性を得るにはシリコンとシリコン酸化膜との接合よりも、更に高温（１２００℃以上）で接合する必要がある。
【０００９】
しかしながら、電極基板の耐熱性や、上述のように振動板に高濃度ボロン層を用いた場合などはボロンの再分布はそのまま振動板の厚さ及びそのばらつきに影響を与え、また、接合時に使用する炉のチューブなどが石英では耐熱性が無いため、ＳｉＣなどの耐熱性の良いチューブを用いる必要があり、設備面でも限定される。
【００１０】
したがって、上述のように少なくとも共通電極（振動板）に絶縁膜が付設されているようなアクチュエータないしは静電型インクジェットヘッドを製造する工程ににおいて、接合温度の低温化が重要な技術課題となる。
【００１１】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、接合温度の低温化を図り、信頼性の向上を図ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るインクジェットヘッドは、
インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室内の壁面を形成する振動板と、この振動板にギャップを介して対向する電極とを有し、前記振動板を静電力で変形させて前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、
前記振動板を形成する第一の基板と、前記電極を形成する第二の基板と、を備え、
前記第一の基板の前記第二の基板との接合面にはシリコン酸化膜が形成され、
前記第二の基板の前記第一の基板との接合面にはボロンが含有されたポリシリコン膜が形成されて、
前記第一の基板と前記第二の基板とは前記シリコン酸化膜と前記ボロンが含有されたポリシリコン膜が接して接合され、
前記第二の基板には前記電極となるポリシリコン層が設けられ、前記ポリシリコン層の前記吐出室に対応する部分に彫り込み部が形成されている
構成としたものである。
【００１９】
本発明に係るインクジェット記録装置は、本発明に係るいずれかのインクジェットヘッドを搭載したものである。
【００２０】
【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。先ず、本発明の第１実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。なお、図１は同実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図、図２は同ヘッドのノズル板を除いた状態の平面説明図、図３は同ヘッドの吐出室長手方向に沿う略断面説明図、図４は同ヘッドの吐出室短手方向に沿う略断面説明図である。
【００２１】
このインクジェットヘッドは、第一の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の基板である電極基板２と、流路基板１の上側に設けた第三の基板であるノズル板３とを積層した積層構造体からなり、これらにより、複数のノズル４が連通するインク流路である吐出室６、吐出室６に流体抵抗部７を介して連通する共通液室８などを形成している。
【００２２】
流路基板１は、（１１０）面方位の単結晶シリコン基板からなり、吐出室６及びこの吐出室６の底部となる壁面を形成する振動板１０を形成する凹部（凹部間が吐出室６の隔壁となる）、共通液室８を形成する凹部などを形成している。この流路基板１の電極基板２側の表面には駆動時に振動板１０と後述する電極１５との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などの保護絶縁膜１１を成膜している。
【００２３】
この流路基板１は、例えばなお、単結晶シリコン基板に振動板厚みの高濃度ｐ型不純物拡散層としての高濃度ボロン拡散層（ボロンドープ層）を形成し、アルカリ異方性エッチングにより、吐出室６、共通液室８などを形成する際に、ボロンドープ層が露出した時点でエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチストップ技術を用いて、振動板１０を所望の板厚に作製したものである。なお、高濃度ｐ型不純物層を形成する不純物としては、ボロン・ガリウム・アルミニウム等があるが、半導体分野においてはｐ型不純物層を形成する不純物としボロンが一般的であり、ここでもボロンを不純物とした。
【００２４】
電極基板２は、厚み６２５μｍのシリコン基板からなり、その上面には、熱酸化膜１２が厚さ０．６μｍ形成されており、その熱酸化膜１２上に振動板１０に対向する個別電極１５、個別電極１５上にはシリコン酸化膜からなる絶縁膜１７が形成され、この絶縁膜１７にギャップ１６を構成することになる凹部１４を設けている。電極１５と振動板１０によって、振動板１０を変位させて吐出室６の内容積を変化させる静電型アクチュエータ部（圧力発生手段）を構成している。
【００２５】
そして、絶縁膜１７上において、流路基板１との接合面にはポリシリコン膜２５を形成している。すなわち、接合が困難であるシリコン酸化膜同士の接合とならないように、接合面にはポリシリコン膜２５を設けることにより、接合を「シリコン酸化膜（ここでは絶縁膜１１に相当）とポリシリコンとの接合」とすることで、シリコン酸化膜同士の接合に比べ、低温で、接合信頼性が高い直接接合を可能としている。
【００２６】
ポリシリコン膜２５は成膜直後にはＡＦＭを用いた表面性の評価で、表面粗さ：Ｒａ値が３〜４ｎｍ程度であったが表面を研磨加工することで、Ｒａ値が０．１５〜０．２５ｎｍとなり、非常に良好な直接接合が可能な表面性が得られる。なお、ポリシリコン膜にボロンを含有させることで、接合時にボロンがシリコン酸化膜に拡散し、接合界面近傍のシリコン酸化膜の融点を下げるため、さらに接合の低温化及び信頼性の向上が図れる。
【００２７】
そこで、上述したように流路基板１と電極基板２とをシリコン酸化膜である絶縁膜１１とポリシリコン膜２５とを介した直接接合のプロセスで接合している。なお、流路基板１と電極基板２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、０．２５μｍとなっている。
【００２８】
ノズル板３は、例えばガラス又はプラスチック、ステンレス、コバール（Ｆe29-Ｎi-17Ｃo）等の金属、シリコン等の薄板からなり、吐出室６に対応する位置に吐出室６の個数分のノズル４が形成されている。また、流路基板１の吐出室６と共通液室８を連通するように流体抵抗部７を形成している。
【００２９】
そして、流路基板１には共通電極１２を設けている。この共通電極１２は、Ａｌ等の金属をスパッタしてシンタリング（熱拡散）することにより付設しており、流路基板１との導通を確保して、半導体基板よりなる流路基板１とオーミックコンタクトを取っている。そして、共通電極１２と各個別の電極１５に通じる電極パッド部１５ａに、例えばリード線をボンディングしてドライバ２１を接続する。
【００３０】
さらに、電極基板２には流路基板１の共通液室８にインクを供給するインク供給口１９となる貫通口を形成している。インク取り入れ口１８にはインク供給管を接着して接続することにより、共通液室８、吐出室６等には、インクタンク（図示省略）からインク取り入れ口１８を通して供給されたインクを充填する。なお、使用するインクとしては、水、アルコール、トルエン等の主溶媒にエチレングリコールなどの界面活性剤と、染料又は顔料とを溶解又は分散させることにより調製したものを用いているが、インクジェットヘッドにヒーターなどを付設すれば、ホットメルトインクも使用できる。
【００３１】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、個別の電極１５に対して、ドライバ２１により、例えば、正の電圧パルスを印加することで、電極１５の表面が正の電位に帯電し、この電極１５に対向する振動板１０の下面は負の電位に帯電するので、振動板１０は静電気力によって吸引されて個別の電極１５との間隔が狭まる方向へ撓む。このとき、振動板１０が撓むことにより、インクがリザーバ（共通液室）８からオリフィス（流体抵抗部）７を経由して吐出室６に供給される。
【００３２】
そこで、個別の電極１５へ印加している電圧パルスをオフにし、蓄えられている電荷を放電することによって、上述のように撓んだ振動板１０は元の位置に復元し、この復元動作によって、吐出室６の内圧が急激に上昇して、ノズル４からインク滴が記録紙（図示省略）に向けて吐出される。
【００３３】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第２実施形態についてその製造工程とともに図５及び図６を参照して説明する。
先ず、図５を参照して電極基板の製造工程について説明する。
同図（ａ）に示すように、まず、厚さ６２５μｍ（１００）面方位のシリコン基板３２の片側に厚さ０．６μｍの熱酸化膜３２ａを形成し、全面に後に電極となるポリシリコン膜をＣＶＤ法により３００ｎｍ堆積し、リンをデポ拡散（ＰＨ３とＯ２ガスを拡散源としてＰＳＧがデポされ、９５０℃６０分の熱処理が施され、その後ＰＳＧ膜を除去）し、リンがドープされた低抵抗のポリシリコン層３３が形成される。
【００３４】
なお、ここではリンのドープにデポ拡散を用いたが、イオン注入法などによってポリシリコン膜にドーピングしてもよい。また、ここでは電極材料にＮ型（リンがドープされた）ポリシリコンを用いたが、タングステンなどの高融点金属、タングステンシリサイドなどの高融点シリサイド、或いはそれらとポリシリコンとの積層体を用いることにより、さらに低抵抗化が図れる。
【００３５】
次に、同図（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法によりポリシリコン層３３上にポリシリコン膜２５を１２０ｎｍ堆積し、ポリシリコン膜２５にボロンを３０ｋｅＶ、１Ｅ１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）でイオン注入する。ここで、ポリシリコン膜２５にボロンを含有させることで、後の接合時（熱処理）にボロンが第一の基板のシリコン酸化膜１１に拡散し、接合界面近傍のシリコン酸化膜の融点を下げるため、さらに接合の低温化及び信頼性の向上が図れる。
【００３６】
ここで用いたイオン注入に関しては、後工程の研磨による膜減りを考慮して、ポリシリコン膜中にピーク濃度或いはピーク濃度の近傍が位置するように、注入条件を設定することが望ましい。なお、ここで、ポリシリコン膜２５に、ボロンをドープする方法として、ポリシリコン成膜中にボロンを導入する通称ドープドポリシリコンや、固体拡散法、塗布拡散法などを用いても良い。
【００３７】
その後、ポリシリコン膜２５表面を研磨加工する。この研磨はＣＭＰ（chemical-mechanical-polishing）と呼ばれ、シリコンウエハの鏡面研磨や半導体プロセスにおける基板の平坦化に使用される技術である。研磨加工前のポリシリコン膜２５の表面はＡＦＭを用いた表面性の評価で、表面粗さ：Ｒａ値が３〜４ｎｍ程度であったのがこの研磨加工により表面粗さ：Ｒａ値が０．２ｎｍ以下となり、非常に良好な直接接合が可能な表面性が得られる。なお、この研磨によりポリシリコン膜２５が７０ｎｍ膜減りした。この膜減り量のばらつきは、研磨条件の最適化で＋―７ｎｍに抑制することが可能である。
【００３８】
その後、同図（ｃ）に示すように、吐出室６に対応する部分にはギャップを形成する彫り込み部１４をポリシリコン膜２５及びポリシリコン層３３をエッチング加工して形成する。この彫り込み部１４の形成は、グラデーションパターンを有するマスクを用いたフォトリソグラフィー技術によりレジスト形状に傾斜をつけ、Ａｒガスなどを用いてレジスト形状を転写するようにエッチングを行うことにより形状が非平行状態であるように形成した。
【００３９】
次に、同図（ｄ）に示すように、周知のフォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術により、ポリシリコン膜２５及びポリシリコン層３３を個別の電極に分離することで個別電極１５を形成して、電極基板２を得た。
【００４０】
ここで、ギャップ１６を形成する彫り込み部１４は個別電極１５自体に形成されているので、従来のインクジェットヘッドにおけるギャップ形成（絶縁膜に彫り込み部を形成し、彫り込み部に電極膜を形成するので、ギャップのバラツキは彫り込み量のバラツキと電極膜の厚さバラツキの和となる）に比べ、ギャップの精度を向上することができる。なお、工程の増加になるが、個別電極１５にも保護絶縁膜を設けることで、インクジェットヘッドの耐久性をさらに向上させることも出来る。
【００４１】
次に、図６を参照して振動板形成からヘッド完成までについて説明する。
まず、同図（ａ）に示すように、（１１０）を面方位とする厚さ５２０μmのＳｉ基板３１にボロンを拡散するのに塗布拡散法を用いた。Ｓｉ基板３１上にＢ２Ｏ３を有機溶媒に分散させスピンコートし、熱処理（１１２５℃４０分）することによりボロンを拡散し、高濃度ボロン拡散層３１ａを形成する。なお、拡散方法は、本実施例の他にＢＢr３を用いた気相拡散法、イオン注入法、固体拡散法などを用いても良い。
【００４２】
その後、Ｓｉ基板３１表面のＢ２Ｏ３層をフッ酸により除去する。Ｂ２Ｏ３層の下にシリコンとボロンの化合物層が形成されており、これを除去する場合は、酸化することによってフッ酸で除去できるようになる。しかし、このように酸化してフッ酸で化合物層を除去してもボロンの拡散されたシリコン表面には荒れが生じているので、後に行う直接接合で接合できない。
【００４３】
そこで、ＣＭＰ研磨により直接接合可能な表面性（ＡＦＭを用いた５μｍ□領域の測定にてＲａ＝０．１５ｎｍ以下）を得た。このように良好な表面性がもたらされたＳｉ基板３１（高濃度ボロン拡散層３１ａ）を熱酸化することにより良好な表面性（Ｒａ＝０．２０ｎｍ以下）を有する酸化膜１１を形成した。
【００４４】
ここで、酸化膜１１は振動板１０の保護絶縁膜として機能することになり、本実施例のように保護絶縁膜に熱酸化膜を用いることで、耐絶縁性及び信頼性（電荷トラップの低減や耐吸湿性に優れることによる）を向上させることができる。なお、振動板の保護絶縁膜であるところの酸化膜１１は、電極側にも保護絶縁膜が形成されている場合は、膜厚が薄くなっても良い。例えば電極の保護絶縁としてシリコン酸化膜が１００ｎｍ以上の厚さが形成されている場合、酸化膜１１は３０から５０ｎｍほどの厚さがあれば良い。
【００４５】
次いで、同図（ｂ）に示すように、電極基板２と第一の基板（シリコン基板）３１を直接接合法により接合する。
【００４６】
具体的には、各基板２、３１をＲＣＡ洗浄で知られる基板洗浄法を用いて洗浄した後、硫酸過水（硫酸と過酸化水素水を体積比２：１で混合、温度１００℃以上）にて洗浄し、接合面を親水化させることで直接接合をし易い表面状態とする。そして、各基板２、３１を乾燥後、両基板を減圧下（室温）で重ね合わせ、減圧下において押さえつけることでプリボンドを完了した。
【００４７】
プリボンドで重要な点は、第二の基板（電極基板）２の接合面であるポリシリコン膜２５の表面は上述したように良好な表面性（Ｒａ：０．２ｎｍ以下）であり、かつ第一の基板（シリコン基板）３１の接合面である酸化膜１１の表面も上述したように良好な表面性（Ｒａ：０．２ｎｍ以下）をもつことである。接合する両基板の表面性が良くないと室温でプリボンドすることはなく、また信頼性の高い接合はできない。
【００４８】
さらにこの後、貼り合わせたウェハを窒素ガス雰囲気下で、熱処理（９００℃、２時間）し、強固な接合を得た。ここで重要な点は、第二の基板（電極基板）２の接合面にボロンを含むポリシリコン膜２５が形成されているので、接合時にボロンがシリコン酸化膜１１に拡散し、接合界面近傍のシリコン酸化膜の融点を下げるため、比較的低温で接合信頼性が高い直接接合が可能となっていることである。
【００４９】
次に、厚さ５２０μmの基板３１を厚さ１００μmまで研磨によって薄くし、フォトリソグラフィー技術、ドライエッチング技術によりパターニングされたシリコン窒化膜などをマスクとし、１０〜３０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液によって温度８０〜９０℃にて基板３１に異方性エッチングを行う。
【００５０】
このエッチングはボロン濃度が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、高濃度ボロンドープシリコン層３１ａからなる振動板１０及び吐出室６などが形成された流路基板１が得られる。このように、高濃度ボロン層を用いたエッチストップ技術を用い、ボロンの再拡散が起こらないような温度で接合を行うことで、高精度に厚さが制御された振動板１０を形成することができる。
【００５１】
最後に、同図（ｃ）に示すように、ノズル４や流体抵抗部７となる溝などを形成したノズルプレート３を接着剤などで流路基板１上に接合することによりインクジェットヘッドが完成する。
【００５２】
次に、本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘッドについてその製造工程とともに図７を参照して説明する。
まず、同図（ａ）に示すように、厚さ６２５μｍ（１００）面方位のシリコン基板３２の片側に厚さ０．６μｍの熱酸化膜３２ａを形成し、全面にポリシリコン膜３３をＣＶＤ法により１００ｎｍ堆積し、リンや砒素をイオン注入し、活性化のための熱処理を行う。次に、タングステンシリサイド膜３４を２００ｎｍスパッタ法により堆積する。これらのポリシリコン膜３３及びタングステンシリサイド膜３４の積層膜で後述するように個別電極１５を形成する。
【００５３】
なお、タングステンシリサイド膜のスパッタ前に、ポリシリコン膜３３表面をＡｒで逆スパッタ（エッチング）して清浄化（自然酸化膜などの除去）することで膜の密着性に対して高い信頼性が確保できるため、マルチチャンバーのスパッタ装置を使用し、前記のデポ面の清浄化とデポを連続処理することが好ましい。
【００５４】
ここでは、タングステンシリサイド膜を厚さ２００ｎｍで形成してあるので、後に個別電極１５のシート抵抗は１０Ω/□以下が得られることとなる。なお、ここでは電極にポリシリコンとタングステンシリサイドを用いたが、他の高融点金属や、これらの金属の積層構造を用いても良い。
【００５５】
続いて、個別電極１５を構成するタングステンシリサイド膜３４表面に高温（８３０℃）の熱ＣＶＤにより保護絶縁膜としてシリコン酸化膜１７を形成する。
【００５６】
さらに、シリコン酸化膜１７表面に、前述したと同様にして、ＣＶＤ法によりポリシリコン膜２５を１２０ｎｍ堆積し、ポリシリコン膜２５にボロンを３０ｋｅＶ、１Ｅ１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）でイオン注入し、ポリシリコン膜２５表面を研磨加工する。ポリシリコン膜２５表面の表面粗さ：Ｒａ値が０．２ｎｍ以下となり、非常に良好な直接接合が可能な表面性が得られる。
【００５７】
次に、同図（ｂ）に示すように、ギャップ１６を形成する彫り込み部１４をポリシリコン膜２５及びシリコン酸化膜１７をエッチング加工して形成する。この彫り込み部１４の形成は、グラデーションパターンを有するマスクを用いたフォトリソグラフィー技術によりレジスト形状に傾斜をつけ、Ａｒガスなどを用いてレジスト形状を転写するようにエッチングを行うことにより形状が非平行状態であるように形成した。
【００５８】
なお、グラデーションマスク及びフォトリソグラフィー条件、ドライエッチング条件はレジストとポリシリコン膜２５及びシリコン酸化膜１７のエッチングレート比なども考慮して所望のギャップ形状になるように整合する。
【００５９】
その後、周知のフォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術により、ポリシリコン膜２５及びシリコン酸化膜１７、タングステンシリサイド膜３４、ポリシリコン膜３２を分離して個別電極１５を形成した電極基板２を得た。その後、前述したと同様に、流路基板１を形成しノズル板３を接合してインクジェットヘッドが完成する。
【００６０】
次に、本発明の第４実施形態に係るインクジェットヘッドについてその製造工程とともに図８を参照して説明する。
まず、同図（ａ）に示すように、厚さ６２５μｍ（１００）面方位のシリコン基板３２の片側に厚さ０．６μｍの熱酸化膜３２ａを形成し、全面にポリシリコン膜３３をＣＶＤ法により１００ｎｍ堆積し、リンや砒素をイオン注入し、活性化のための熱処理を行う。次に、タングステンシリサイド膜３４を２００ｎｍスパッタ法により堆積する。これらのポリシリコン膜３３及びタングステンシリサイド膜３４の積層膜で後述するように個別電極１５を形成する。
【００６１】
なお、タングステンシリサイド膜のスパッタ前に、ポリシリコン膜３３表面をＡｒで逆スパッタ（エッチング）して清浄化（自然酸化膜などの除去）することで膜の密着性に対して高い信頼性が確保できるため、マルチチャンバーのスパッタ装置を使用し、前記のデポ面の清浄化とデポを連続処理することが好ましい。
【００６２】
そして、周知のフォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術により、タングステンシリサイド膜３４及びポリシリコン膜３３を分離して個別電極１５を形成する。ここで、個別電極１５は分離間を埋め込みやすくするために、分離間距離が０．５μｍとなるように形成した。
【００６３】
続いて、高温（８３０℃）の熱ＣＶＤにより保護絶縁膜としてシリコン酸化膜１７を堆積することにより、個別電極１５の分離１５ａ間をシリコン酸化膜１７で埋め込み、個別電極１５表面に２００ｎｍの厚さのシリコン酸化膜１７が形成される。シリコン酸化膜１７の表面は分離間の埋め込み形状の影響で、凹部１７ａができる。
【００６４】
さらにシリコン酸化膜１７表面に、前述したと同様に、ＣＶＤ法によりポリシリコン膜２５を２５０ｎｍ堆積し、ポリシリコン膜２５にボロンを６０ｋｅＶ、１Ｅ１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）でイオン注入する。ここで、後工程のポリシリコン膜２５の研磨工程時の膜減りを考慮して、ポリシリコン膜中にピーク濃度或いはピーク濃度の近傍が位置するように、注入条件を設定することが好ましい。
【００６５】
次いで、同図（ｃ）に示すように、ポリシリコン膜２５表面からＣＭＰ（chemical-mechanical-polishing）を行う。研磨量（とり代）を１５０ｎｍとすることで、分離間の埋め込み形状の影響で発生した凹部が消滅し、ポリシリコン膜２５は完全に平坦化できる。また、ポリシリコン膜２５表面の表面粗さ：Ｒａ値が０．２ｎｍ以下となり、非常に良好な直接接合が可能な表面性を得る。
【００６６】
その後、同図（ｄ）に示すように、ギャップを形成する彫り込み部１４を形成すし、図示しないが前述したと同様に流路基板１を形成してノズル板３を接合することでインクジェットヘッドが完成する。
【００６７】
次に、本発明の第５実施形態に係るインクジェットヘッドについてその製造工程とともに図９を参照して説明する。
まず、同図（ａ）に示すように、厚さ６２５μｍ（１００）面方位のシリコン基板３２の片側に厚さ０．６μｍの熱酸化膜３２ａを形成し、全面にポリシリコン膜３３をＣＶＤ法により１００ｎｍ堆積し、リンや砒素をイオン注入し、活性化のための熱処理を行う。次に、タングステンシリサイド膜３４を２００ｎｍスパッタ法により堆積する。これらのポリシリコン膜３３及びタングステンシリサイド膜３４の積層膜で後述するように個別電極１５を形成する。
【００６８】
なお、タングステンシリサイド膜のスパッタ前に、ポリシリコン膜３３表面をＡｒで逆スパッタ（エッチング）して清浄化（自然酸化膜などの除去）することで膜の密着性に対して高い信頼性が確保できるため、マルチチャンバーのスパッタ装置を使用し、前記のデポ面の清浄化とデポを連続処理することが好ましい。
【００６９】
次に、タングステンシリサイド膜３４上にＬＰ−ＣＶＤによりシリコン窒化膜４２を５０ｎｍ成膜する。
【００７０】
そして、周知のフォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術により、タングステンシリサイド膜３４及びポリシリコン膜３３及びシリコン窒化膜４２を分離してシリコン窒化膜４２で被覆された個別電極１５を形成する。ここで、個別電極１５は分離間を埋め込みやすくするために、分離間距離が０．５μｍとなるように形成した。
【００７１】
続いて、高温（８３０℃）の熱ＣＶＤにより保護絶縁膜としてシリコン酸化膜１７を４００ｎｍ堆積することにより、個別電極１５の分離１５ａ間をシリコン酸化膜１７で埋め込む。。
【００７２】
その後、同図（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜１７表面からＣＭＰ（chemical-mechanical-polishing）を行う。シリコン窒化膜４２は研磨レートがシリコン酸化膜１７に対して非常に低い（１／２０程度）ため、ＣＭＰのストッパとしてシリコン窒化膜４２は非常に有効である。研磨が進むとともに、基板の平坦化が進み、研磨ストッパーであるシリコン窒化膜４２と研磨パッドとの接触が支配的になると基板を保持しているキャリアのトルクが上昇する。このトルクをモニターすることにより研磨の終点を検知することができ、高精度に研磨量の制御が可能となる。その結果、高精度にギャップを形成できる。
【００７３】
そして、同図（ｃ）に示すように、ＣＭＰが終わったシリコン酸化膜１７表面に高温（８３０℃）の熱ＣＶＤによりシリコン酸化膜１７を２０ｎｍ堆積し、続いて、前述したと同様に、ＣＶＤ法によりポリシリコン膜２５を１２０ｎｍ堆積し、ポリシリコン膜２５にボロンを３０ｋｅＶ、１Ｅ１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）でイオン注入する。
【００７４】
次いで、同図（ｃ）に示すように、ポリシリコン膜２５表面から研磨加工（研磨量５０ｎｍ程度）し、良好な表面性を得る。
【００７５】
その後、同図（ｄ）に示すように、ギャップを形成する彫り込み部１４を形成し、図示しないが前述したと同様に流路基板１を形成してノズル板３を接合することでインクジェットヘッドが完成する。
【００７６】
次に、本発明の第６実施形態に係るインクジェットヘッドについてその製造工程とともに図１０を参照して説明する。
まず、同図（ａ）に示すように、厚さ６２５μｍ（１００）面方位のシリコン基板３２の片側に厚さ０．６μｍの熱酸化膜３２ａを形成し、全面にポリシリコン膜３３をＣＶＤ法により１００ｎｍ堆積し、リンや砒素をイオン注入し、活性化のための熱処理を行う。次に、タングステンシリサイド膜３４を２００ｎｍスパッタ法により堆積する。これらのポリシリコン膜３３及びタングステンシリサイド膜３４の積層膜で後述するように個別電極１５を形成する。
【００７７】
なお、タングステンシリサイド膜のスパッタ前に、ポリシリコン膜３３表面をＡｒで逆スパッタ（エッチング）して清浄化（自然酸化膜などの除去）することで膜の密着性に対して高い信頼性が確保できるため、マルチチャンバーのスパッタ装置を使用し、前記のデポ面の清浄化とデポを連続処理することが好ましい。
【００７８】
次に、タングステンシリサイド膜３４上にＬＰ−ＣＶＤによりシリコン窒化膜４２を３００ｎｍ成膜する。
【００７９】
そして、周知のフォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術により、タングステンシリサイド膜３４及びポリシリコン膜３３及びシリコン窒化膜４２を分離してシリコン窒化膜４２で被覆された個別電極１５を形成する。ここで、個別電極１５は分離間を埋め込みやすくするために、分離間距離が０．５μｍとなるように形成した。
【００８０】
続いて、高温（８３０℃）の熱ＣＶＤにより保護絶縁膜としてシリコン酸化膜１７を４００ｎｍ堆積することにより、個別電極１５の分離１５ａ間をシリコン酸化膜１７で埋め込む。。
【００８１】
その後、同図（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜１７表面からＣＭＰ（chemical-mechanical-polishing）を行う。シリコン窒化膜４２は研磨レートがシリコン酸化膜１７に対して非常に低い（１／２０程度）ため、ＣＭＰのストッパとしてシリコン窒化膜４２は非常に有効である。研磨が進むとともに、基板の平坦化が進み、研磨ストッパーであるシリコン窒化膜４２と研磨パッドとの接触が支配的になると基板を保持しているキャリアのトルクが上昇する。このトルクをモニターすることにより研磨の終点を検知することができる。
【００８２】
そして、同図（ｂ）に示すように、ＣＭＰが終わったシリコン酸化膜１７表面に前述したと同様に、ＣＶＤ法によりポリシリコン膜２５を１２０ｎｍ堆積し、ポリシリコン膜２５にボロンを３０ｋｅＶ、１Ｅ１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）でイオン注入し、ポリシリコン膜２５表面から研磨加工（研磨量５０ｎｍ程度）し、良好な表面性を得る。
【００８３】
その後、同図（ｃ）に示すように、ギャップを形成する彫り込み部１４をポリシリコン膜２５及びシリコン窒化膜４２をエッチング加工して形成する。この彫り込み部１４の形成は、グラデーションパターンを有するマスクを用いたフォトリソグラフィー技術によりレジスト形状に傾斜をつけ、Ａｒガスなどを用いてレジスト形状を転写するようにエッチングを行うことにより形状が非平行状態であるように形成した。この場合、シリコン窒化膜が電極の保護膜絶縁膜となるが、電荷トラップレベルは高温の熱ＣＶＤにより形成されるシリコン酸化膜より多いが、耐吸湿性に優れた保護膜となる。
【００８４】
そして、図示しないが前述したと同様に流路基板１を形成してノズル板３を接合することでインクジェットヘッドが完成する。
【００８５】
次に、本発明の第７実施形態に係るインクジェットヘッドについて図１１及び図１２を参照して説明する。なお、図１１は同ヘッドの分解斜視説明図、図１２は同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図である。
このインクジェットヘッドでは、電極基板２の流路基板１との接合面において、インク供給口１８の周囲の接合面にはホウ素或いは燐とホウ素の両方を含むシリコン酸化膜５０が形成されており、それ以外の接合面にはポリシリコン膜２５が形成されている。
【００８６】
接合時にホウ素或いは燐とホウ素の両方を含むシリコン酸化膜層５０が溶融し、インク供給口１８周囲の接合をより強固にすることができ、インクなどに接合界面が曝されても接合界面をインク液が通過することがなく、インクジェットヘッドの信頼性を向上できる。また、インク供給口１８の形成にフッ酸やＫＯＨなどを用いたウエットプロセスを用いることができ、プロセスコストの低減が図れる。
【００８７】
また、電極１５と同平面にはダミー電極５５を形成している。ダミー電極５５を設けることでシリコン酸化膜１７の表面性を向上することができる。
【００８８】
次に、このインクジェットヘッドの製造工程について図１３及び図１４を参照して説明する。
同図（ａ１）に示すように、厚さ６２５μｍ（１００）面方位のシリコン基板３２の片側に厚さ０．６μｍの熱酸化膜３２ａを形成し、全面にポリシリコン膜をＣＶＤ法により１００ｎｍ堆積し、リンや砒素をイオン注入し、活性化のための熱処理を行う。次に、タングステンシリサイド膜を２００ンｍスパッタ法により堆積する。なお、タングステンシリサイド膜のスパッタ前に、ポリシリコン膜表面をＡｒで逆スパッタ（エッチング）して清浄化（自然酸化膜などの除去）することで膜の密着性に対して高い信頼性が確保できるため、マルチチャンバーのスパッタ装置を使用し、前記のデポ面の清浄化とデポを連続処理することが望ましい。
【００８９】
そして、タングステンシリサイド膜及びポリシリコン膜を周知のフォトリソグラフィー技術、およびドライエッチング技術によりパターニングし、タングステンシリサイド膜とポリシリコン膜とからなる個別電極１５を形成するとともに、電極としては機能しないダミーの電極パターン５０を形成する。ダミーの電極パターン５０は、疎或いは密に形成することにより、後の埋め込み酸化膜１７に段差を設けることができる。
【００９０】
ここでは、基板を上から見た同図（ａ２）に示すように、インク供給口１８を形成するインク供給口部５８の周辺部ではダミーの電極パターン５０の分離間距離が長くなるように、つまりダミー電極パターン５０を疎に形成する。
【００９１】
続いて、高温（８３０℃）の熱ＣＶＤにより保護絶縁膜としてシリコン酸化膜１７を堆積することにより個別電極１５の分離間をシリコン酸化膜１７で埋め込む。その際、インク供給口部５８の周辺部に凹部５９ができる。次に、シリコン酸化膜１７上にＣＶＤ法によりポリシリコン膜２５を１２０ｎｍ堆積し、ポリシリコン膜２５にボロンを３０ｋｅＶ、１Ｅ１６(ａｔｏｍｓ／ｃｍ２)でイオン注入する。
【００９２】
次に、同図（ｂ）に示すように、凹部５９上のポリシリコン膜２５を周知のフォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術により除去する。
【００９３】
その後、同図（ｃ）に示すようにＢPＳＧ膜（ホウ素及びリンを含むシリコン酸化膜）からなるシリコン酸化膜６０をＣＶＤ法で４００ｎｍ堆積する。なお、ここでシリコン酸化膜６０は、燐を含まないＢＳＧ膜となっても構わない。本発明の重要な点は、シリコン酸化膜中に、燐あるいはボロンをまたは燐とボロンの両方を含有させることによって、融点を下げることにある。
【００９４】
次に、図１４（ａ）に示すように、シリコン酸化膜６０表面からＣＭＰ（chemical-mechanical-polishing）を行い基板の平坦化を行う。ここでのＣＭＰは機械的研磨が支配的となる条件（硬めの研磨布を用いて、研磨剤はｐＨを抑えた中性に近いものを用いる。）により、ポリシリコン膜２５を研磨ストッパーとして用いることができる。
【００９５】
研磨後、接合面において、インク供給口部５８の周辺部の凹部５９にはシリコン酸化膜６０が形成され、その他の接合面にはポリシリコン膜２５が形成されている。また、研磨後のポリシリコン膜２５及びシリコン酸化膜６０の表面は、良好な直接接合が可能な表面性が得られる。
【００９６】
その後、同図（ｂ）に示すように、ギャップを形成する彫り込み部１４を形成し、前述したと同様に流路基板１となるシリコン基板３１を接合する。そして、同図（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー技術、ドライエッチング技術によりパターニングされたシリコン窒化膜などをマスクとし、２５ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液によって温度９０℃にてシリコン基板３２に異方性エッチングを行う。
【００９７】
このエッチング液では（１００）面のエッチングは２．５μｍ／分の速さで進行する。エッチングが進行し熱酸化膜３２ａに達すると、熱酸化膜のエッチレートが非常に小さいためエッチングは停止する。続いて、フッ酸水溶液により熱酸化膜３２ａ、シリコン酸化膜１７、ダミーの電極パターン５０、シリコン酸化膜６０を除去することにより開口部６９が形成される。ここで、ダミー電極パターン５０はシリコン酸化膜がエッチングされることによりリフトオフすることにより除去される。ここでは、開口部６９のポリシリコン膜２５はリフトオフで除去できず、残存した。
【００９８】
次に、前述したと同様に、１０〜３０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液（温度８０〜９０℃）を用いてシリコン基板３１に異方性エッチングすることにより振動板１０及び吐出室６、共通液室８が形成される。この際、開口部６９は水酸化カリウム水溶液に曝される為、開口部の高濃度ボロン層３１ａ、シリコン酸化膜１１、ポリシリコン膜２５がエッチング除去され、インク供給口１８が形成される。
【００９９】
その後、図示しないがノズル板３を接合することでインクジェットヘッドが完成する。
【０１００】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について図１５及び図１６を参照して説明する。なお、図１５は同記録装置の斜視説明図、図１６は同記録装置の機構部の側面説明図である。
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部１１２等を収納し、装置本体１１１の下方部には前方側から多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）１１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙１１３を手差しで給紙するための手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１１６に排紙する。
【０１０１】
印字機構部１１２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１２と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向（図１６で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッドからなるヘッド１２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ１２３にはヘッド１２４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１２５を交換可能に装着している。
【０１０２】
インクカートリッジ１２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【０１０３】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１２４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【０１０４】
ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１１２に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に固定しており、主走査モーター１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。
【０１０５】
一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【０１０６】
そして、キャリッジ１２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を記録ヘッド１２４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。
【０１０７】
記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙１１３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙１１３を排紙する。
【０１０８】
また、キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【０１０９】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１２４の吐出口を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【０１１０】
なお、上記各実施形態においては、主として本発明を振動板変位方向とインク滴吐出方向が同じになるサイドシュータ方式のインクジェットヘッドに適用したが、前述したように振動板変位方向とインク滴吐出方向と直交するエッジシュータ方式のインクジェットヘッドにも同様に適用することができる。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインクジェットヘッドによれば、振動板を形成する第一の基板と、電極を形成する第二の基板と、を備え、第一の基板の第二の基板との接合面にはシリコン酸化膜が形成され、第二の基板の第一の基板との接合面にはボロンが含有されたポリシリコン膜が形成されて、第一の基板と第二の基板とはシリコン酸化膜とボロンが含有されたポリシリコン膜が接して接合され、第二の基板には電極となるポリシリコン層が設けられ、第ポリシリコン層の吐出室に対応する部分に彫り込み部が形成されている構成としたので、シリコン酸化膜とボロンが含有されたポリシリコンとの接合となって接合信頼性が高い直接接合が可能になり、また、シリコン酸化膜同士の接合に比べ接合温度の低温化が図ることができて、電極や振動板に影響を与えない温度領域で行うことができ、信頼性が向上する。
【０１２１】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、本発明に係るいずれかのインクジェットヘッドを搭載したので、インク吐出特性や耐久性が向上し、画像品質と信頼性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図２】同ヘッドのノズル板を除いた上面説明図
【図３】同ヘッドの吐出室長辺方向に沿う模式的断面説明図
【図４】同ヘッドの吐出室短辺方向に沿う模式的断面説明図
【図５】本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘッドをその製造工程とともに説明する説明図
【図６】同じく同ヘッドをその製造工程とともに説明する説明図
【図７】本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘッドをその製造工程とともに説明する説明図
【図８】本発明の第４実施形態に係るインクジェットヘッドをその製造工程とともに説明する説明図
【図９】本発明の第５実施形態に係るインクジェットヘッドをその製造工程とともに説明する説明図
【図１０】本発明の第６実施形態に係るインクジェットヘッドをその製造工程とともに説明する説明図
【図１１】本発明の第７実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図１２】同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図
【図１３】同ヘッドの製造工程を説明する説明図
【図１４】図１３に続く工程を説明する説明図
【図１５】本発明に係るインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の斜視説明図
【図１６】同記録装置の機構部の側面説明図
【符号の説明】
１…流路基板、２…電極基板、３…ノズル板、４…ノズル、６…吐出室、７…流体抵抗部、８…共通液室、１０…振動板、１１…保護絶縁膜、１４…彫り込み部、１５…電極、１６…ギャップ、１７…保護絶縁膜。
【産業上の利用分野】
本発明はインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に関する。
【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、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室（インク流路、インク室、圧力室、液室、加圧室、加圧液室等とも称される。）と、この吐出室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向する電極とを有し、振動板を静電力で変形させて吐出室内の圧力／体積を変化させることによりノズルからインク滴を吐出させる静電型インクジェットヘッドを搭載したものがある。
【０００３】
このような静電気力を利用したインクジェットヘッドは、振動板とそれと対向して設けられた個別電極に電圧を印加し、振動板を静電気力により変形させることによりノズルからインク液滴を吐出するため、振動板の機械的変形特性がインク噴射特性に大きく影響する。そのため、振動板厚の薄膜化及び高精度な制御を要する。
【０００４】
そこで、従来、振動板の薄膜化及び高精度の厚さ制御に関しては、エッチングストップ層を用いた技術が有効であり、そのエッチングストップ層として高濃度ボロン層を用いたものが知られている（例えば、特開平６−７１８８２号公報、特開平６−２３９８６号公報、特開平９−２６７４７９号公報など）。
【０００５】
また、振動板と電極間距離、すなわちギャップ寸法の極めて高精度な制御を要し、基板の積層構造からなるインクジェットヘッドの製造において、それが可能な接合が不可欠である。特に、シリコンウエハ同士の接合には、ＳＯＩ（silicon-on-insulator）ウエハの製造などに用いられ、信頼性の高い強固な接合力が得られる接合法として一般に知られている直接接合法がそれを可能とする。一般に、ＳＯＩウエハの製造などに用いられている直接接合では１１００〜１２００℃の高温で行われており、シリコン酸化膜の溶融の効果によって高い接合信頼性を得ている。そのため、そこで、エッチングストップ層として高濃度ボロン層を用いたものでは、シリコンウエハ同士を直接接合法でいずれも１１００℃で接合している（特開平Ｈ６−２３９８６号公報、特開平９−２６７４７９号公報など）。
【０００６】
さらに、共通電極としても使用する振動板と対向電極（個別電極）との間での残留電荷の発生を抑制し、信頼性の向上を図るため、例えば、特開平８−１１８６２６号公報に記載のインクジェットヘッドでは、共通電極（振動板）と個別電極の各々の表面にシリコン酸化膜を形成している。共通電極（振動板）と個別電極の各々の表面に絶縁膜としてのシリコン酸化膜を設けることで、インクジェットヘッドの駆動時に、共通電極と個別電極はいずれも直接当接することが避けられ、絶縁膜同士が当接することとなるので、各々の電極は衝突や繰り返しストレス等による劣化や損傷がないためヘッドとして耐絶縁性と耐久性が向上し、長寿命なインクジェットヘッドが得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、インクジェットヘッドの駆動時に、共通電極（振動板）と個別電極との短絡を防止するには、共通電極（振動板）か個別電極かの少なくともどちらかに絶縁膜（シリコン酸化膜）があれば良いが、共通電極（振動板）は繰り返し機械的に変形をするため、個別電極よりも劣化や損傷が起こり易い。従って、少なくとも、共通電極（振動板）の表面には絶縁膜（シリコン酸化膜）が在ることが好ましいと言える。
【０００８】
ところが、これらの場合、接合プロセスに視点を移すと、シリコン酸化膜同士の接合となる。シリコン酸化膜同士の接合は、シリコン酸化膜の溶融の効果が不可欠であり、接合信頼性を得るにはシリコンとシリコン酸化膜との接合よりも、更に高温（１２００℃以上）で接合する必要がある。
【０００９】
しかしながら、電極基板の耐熱性や、上述のように振動板に高濃度ボロン層を用いた場合などはボロンの再分布はそのまま振動板の厚さ及びそのばらつきに影響を与え、また、接合時に使用する炉のチューブなどが石英では耐熱性が無いため、ＳｉＣなどの耐熱性の良いチューブを用いる必要があり、設備面でも限定される。
【００１０】
したがって、上述のように少なくとも共通電極（振動板）に絶縁膜が付設されているようなアクチュエータないしは静電型インクジェットヘッドを製造する工程ににおいて、接合温度の低温化が重要な技術課題となる。
【００１１】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、接合温度の低温化を図り、信頼性の向上を図ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るインクジェットヘッドは、
インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室内の壁面を形成する振動板と、この振動板にギャップを介して対向する電極とを有し、前記振動板を静電力で変形させて前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、
前記振動板を形成する第一の基板と、前記電極を形成する第二の基板と、を備え、
前記第一の基板の前記第二の基板との接合面にはシリコン酸化膜が形成され、
前記第二の基板の前記第一の基板との接合面にはボロンが含有されたポリシリコン膜が形成されて、
前記第一の基板と前記第二の基板とは前記シリコン酸化膜と前記ボロンが含有されたポリシリコン膜が接して接合され、
前記第二の基板には前記電極となるポリシリコン層が設けられ、前記ポリシリコン層の前記吐出室に対応する部分に彫り込み部が形成されている
構成としたものである。
【００１９】
本発明に係るインクジェット記録装置は、本発明に係るいずれかのインクジェットヘッドを搭載したものである。
【００２０】
【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。先ず、本発明の第１実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。なお、図１は同実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図、図２は同ヘッドのノズル板を除いた状態の平面説明図、図３は同ヘッドの吐出室長手方向に沿う略断面説明図、図４は同ヘッドの吐出室短手方向に沿う略断面説明図である。
【００２１】
このインクジェットヘッドは、第一の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の基板である電極基板２と、流路基板１の上側に設けた第三の基板であるノズル板３とを積層した積層構造体からなり、これらにより、複数のノズル４が連通するインク流路である吐出室６、吐出室６に流体抵抗部７を介して連通する共通液室８などを形成している。
【００２２】
流路基板１は、（１１０）面方位の単結晶シリコン基板からなり、吐出室６及びこの吐出室６の底部となる壁面を形成する振動板１０を形成する凹部（凹部間が吐出室６の隔壁となる）、共通液室８を形成する凹部などを形成している。この流路基板１の電極基板２側の表面には駆動時に振動板１０と後述する電極１５との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などの保護絶縁膜１１を成膜している。
【００２３】
この流路基板１は、例えばなお、単結晶シリコン基板に振動板厚みの高濃度ｐ型不純物拡散層としての高濃度ボロン拡散層（ボロンドープ層）を形成し、アルカリ異方性エッチングにより、吐出室６、共通液室８などを形成する際に、ボロンドープ層が露出した時点でエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチストップ技術を用いて、振動板１０を所望の板厚に作製したものである。なお、高濃度ｐ型不純物層を形成する不純物としては、ボロン・ガリウム・アルミニウム等があるが、半導体分野においてはｐ型不純物層を形成する不純物としボロンが一般的であり、ここでもボロンを不純物とした。
【００２４】
電極基板２は、厚み６２５μｍのシリコン基板からなり、その上面には、熱酸化膜１２が厚さ０．６μｍ形成されており、その熱酸化膜１２上に振動板１０に対向する個別電極１５、個別電極１５上にはシリコン酸化膜からなる絶縁膜１７が形成され、この絶縁膜１７にギャップ１６を構成することになる凹部１４を設けている。電極１５と振動板１０によって、振動板１０を変位させて吐出室６の内容積を変化させる静電型アクチュエータ部（圧力発生手段）を構成している。
【００２５】
そして、絶縁膜１７上において、流路基板１との接合面にはポリシリコン膜２５を形成している。すなわち、接合が困難であるシリコン酸化膜同士の接合とならないように、接合面にはポリシリコン膜２５を設けることにより、接合を「シリコン酸化膜（ここでは絶縁膜１１に相当）とポリシリコンとの接合」とすることで、シリコン酸化膜同士の接合に比べ、低温で、接合信頼性が高い直接接合を可能としている。
【００２６】
ポリシリコン膜２５は成膜直後にはＡＦＭを用いた表面性の評価で、表面粗さ：Ｒａ値が３〜４ｎｍ程度であったが表面を研磨加工することで、Ｒａ値が０．１５〜０．２５ｎｍとなり、非常に良好な直接接合が可能な表面性が得られる。なお、ポリシリコン膜にボロンを含有させることで、接合時にボロンがシリコン酸化膜に拡散し、接合界面近傍のシリコン酸化膜の融点を下げるため、さらに接合の低温化及び信頼性の向上が図れる。
【００２７】
そこで、上述したように流路基板１と電極基板２とをシリコン酸化膜である絶縁膜１１とポリシリコン膜２５とを介した直接接合のプロセスで接合している。なお、流路基板１と電極基板２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、０．２５μｍとなっている。
【００２８】
ノズル板３は、例えばガラス又はプラスチック、ステンレス、コバール（Ｆe29-Ｎi-17Ｃo）等の金属、シリコン等の薄板からなり、吐出室６に対応する位置に吐出室６の個数分のノズル４が形成されている。また、流路基板１の吐出室６と共通液室８を連通するように流体抵抗部７を形成している。
【００２９】
そして、流路基板１には共通電極１２を設けている。この共通電極１２は、Ａｌ等の金属をスパッタしてシンタリング（熱拡散）することにより付設しており、流路基板１との導通を確保して、半導体基板よりなる流路基板１とオーミックコンタクトを取っている。そして、共通電極１２と各個別の電極１５に通じる電極パッド部１５ａに、例えばリード線をボンディングしてドライバ２１を接続する。
【００３０】
さらに、電極基板２には流路基板１の共通液室８にインクを供給するインク供給口１９となる貫通口を形成している。インク取り入れ口１８にはインク供給管を接着して接続することにより、共通液室８、吐出室６等には、インクタンク（図示省略）からインク取り入れ口１８を通して供給されたインクを充填する。なお、使用するインクとしては、水、アルコール、トルエン等の主溶媒にエチレングリコールなどの界面活性剤と、染料又は顔料とを溶解又は分散させることにより調製したものを用いているが、インクジェットヘッドにヒーターなどを付設すれば、ホットメルトインクも使用できる。
【００３１】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、個別の電極１５に対して、ドライバ２１により、例えば、正の電圧パルスを印加することで、電極１５の表面が正の電位に帯電し、この電極１５に対向する振動板１０の下面は負の電位に帯電するので、振動板１０は静電気力によって吸引されて個別の電極１５との間隔が狭まる方向へ撓む。このとき、振動板１０が撓むことにより、インクがリザーバ（共通液室）８からオリフィス（流体抵抗部）７を経由して吐出室６に供給される。
【００３２】
そこで、個別の電極１５へ印加している電圧パルスをオフにし、蓄えられている電荷を放電することによって、上述のように撓んだ振動板１０は元の位置に復元し、この復元動作によって、吐出室６の内圧が急激に上昇して、ノズル４からインク滴が記録紙（図示省略）に向けて吐出される。
【００３３】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第２実施形態についてその製造工程とともに図５及び図６を参照して説明する。
先ず、図５を参照して電極基板の製造工程について説明する。
同図（ａ）に示すように、まず、厚さ６２５μｍ（１００）面方位のシリコン基板３２の片側に厚さ０．６μｍの熱酸化膜３２ａを形成し、全面に後に電極となるポリシリコン膜をＣＶＤ法により３００ｎｍ堆積し、リンをデポ拡散（ＰＨ３とＯ２ガスを拡散源としてＰＳＧがデポされ、９５０℃６０分の熱処理が施され、その後ＰＳＧ膜を除去）し、リンがドープされた低抵抗のポリシリコン層３３が形成される。
【００３４】
なお、ここではリンのドープにデポ拡散を用いたが、イオン注入法などによってポリシリコン膜にドーピングしてもよい。また、ここでは電極材料にＮ型（リンがドープされた）ポリシリコンを用いたが、タングステンなどの高融点金属、タングステンシリサイドなどの高融点シリサイド、或いはそれらとポリシリコンとの積層体を用いることにより、さらに低抵抗化が図れる。
【００３５】
次に、同図（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法によりポリシリコン層３３上にポリシリコン膜２５を１２０ｎｍ堆積し、ポリシリコン膜２５にボロンを３０ｋｅＶ、１Ｅ１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）でイオン注入する。ここで、ポリシリコン膜２５にボロンを含有させることで、後の接合時（熱処理）にボロンが第一の基板のシリコン酸化膜１１に拡散し、接合界面近傍のシリコン酸化膜の融点を下げるため、さらに接合の低温化及び信頼性の向上が図れる。
【００３６】
ここで用いたイオン注入に関しては、後工程の研磨による膜減りを考慮して、ポリシリコン膜中にピーク濃度或いはピーク濃度の近傍が位置するように、注入条件を設定することが望ましい。なお、ここで、ポリシリコン膜２５に、ボロンをドープする方法として、ポリシリコン成膜中にボロンを導入する通称ドープドポリシリコンや、固体拡散法、塗布拡散法などを用いても良い。
【００３７】
その後、ポリシリコン膜２５表面を研磨加工する。この研磨はＣＭＰ（chemical-mechanical-polishing）と呼ばれ、シリコンウエハの鏡面研磨や半導体プロセスにおける基板の平坦化に使用される技術である。研磨加工前のポリシリコン膜２５の表面はＡＦＭを用いた表面性の評価で、表面粗さ：Ｒａ値が３〜４ｎｍ程度であったのがこの研磨加工により表面粗さ：Ｒａ値が０．２ｎｍ以下となり、非常に良好な直接接合が可能な表面性が得られる。なお、この研磨によりポリシリコン膜２５が７０ｎｍ膜減りした。この膜減り量のばらつきは、研磨条件の最適化で＋―７ｎｍに抑制することが可能である。
【００３８】
その後、同図（ｃ）に示すように、吐出室６に対応する部分にはギャップを形成する彫り込み部１４をポリシリコン膜２５及びポリシリコン層３３をエッチング加工して形成する。この彫り込み部１４の形成は、グラデーションパターンを有するマスクを用いたフォトリソグラフィー技術によりレジスト形状に傾斜をつけ、Ａｒガスなどを用いてレジスト形状を転写するようにエッチングを行うことにより形状が非平行状態であるように形成した。
【００３９】
次に、同図（ｄ）に示すように、周知のフォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術により、ポリシリコン膜２５及びポリシリコン層３３を個別の電極に分離することで個別電極１５を形成して、電極基板２を得た。
【００４０】
ここで、ギャップ１６を形成する彫り込み部１４は個別電極１５自体に形成されているので、従来のインクジェットヘッドにおけるギャップ形成（絶縁膜に彫り込み部を形成し、彫り込み部に電極膜を形成するので、ギャップのバラツキは彫り込み量のバラツキと電極膜の厚さバラツキの和となる）に比べ、ギャップの精度を向上することができる。なお、工程の増加になるが、個別電極１５にも保護絶縁膜を設けることで、インクジェットヘッドの耐久性をさらに向上させることも出来る。
【００４１】
次に、図６を参照して振動板形成からヘッド完成までについて説明する。
まず、同図（ａ）に示すように、（１１０）を面方位とする厚さ５２０μmのＳｉ基板３１にボロンを拡散するのに塗布拡散法を用いた。Ｓｉ基板３１上にＢ２Ｏ３を有機溶媒に分散させスピンコートし、熱処理（１１２５℃４０分）することによりボロンを拡散し、高濃度ボロン拡散層３１ａを形成する。なお、拡散方法は、本実施例の他にＢＢr３を用いた気相拡散法、イオン注入法、固体拡散法などを用いても良い。
【００４２】
その後、Ｓｉ基板３１表面のＢ２Ｏ３層をフッ酸により除去する。Ｂ２Ｏ３層の下にシリコンとボロンの化合物層が形成されており、これを除去する場合は、酸化することによってフッ酸で除去できるようになる。しかし、このように酸化してフッ酸で化合物層を除去してもボロンの拡散されたシリコン表面には荒れが生じているので、後に行う直接接合で接合できない。
【００４３】
そこで、ＣＭＰ研磨により直接接合可能な表面性（ＡＦＭを用いた５μｍ□領域の測定にてＲａ＝０．１５ｎｍ以下）を得た。このように良好な表面性がもたらされたＳｉ基板３１（高濃度ボロン拡散層３１ａ）を熱酸化することにより良好な表面性（Ｒａ＝０．２０ｎｍ以下）を有する酸化膜１１を形成した。
【００４４】
ここで、酸化膜１１は振動板１０の保護絶縁膜として機能することになり、本実施例のように保護絶縁膜に熱酸化膜を用いることで、耐絶縁性及び信頼性（電荷トラップの低減や耐吸湿性に優れることによる）を向上させることができる。なお、振動板の保護絶縁膜であるところの酸化膜１１は、電極側にも保護絶縁膜が形成されている場合は、膜厚が薄くなっても良い。例えば電極の保護絶縁としてシリコン酸化膜が１００ｎｍ以上の厚さが形成されている場合、酸化膜１１は３０から５０ｎｍほどの厚さがあれば良い。
【００４５】
次いで、同図（ｂ）に示すように、電極基板２と第一の基板（シリコン基板）３１を直接接合法により接合する。
【００４６】
具体的には、各基板２、３１をＲＣＡ洗浄で知られる基板洗浄法を用いて洗浄した後、硫酸過水（硫酸と過酸化水素水を体積比２：１で混合、温度１００℃以上）にて洗浄し、接合面を親水化させることで直接接合をし易い表面状態とする。そして、各基板２、３１を乾燥後、両基板を減圧下（室温）で重ね合わせ、減圧下において押さえつけることでプリボンドを完了した。
【００４７】
プリボンドで重要な点は、第二の基板（電極基板）２の接合面であるポリシリコン膜２５の表面は上述したように良好な表面性（Ｒａ：０．２ｎｍ以下）であり、かつ第一の基板（シリコン基板）３１の接合面である酸化膜１１の表面も上述したように良好な表面性（Ｒａ：０．２ｎｍ以下）をもつことである。接合する両基板の表面性が良くないと室温でプリボンドすることはなく、また信頼性の高い接合はできない。
【００４８】
さらにこの後、貼り合わせたウェハを窒素ガス雰囲気下で、熱処理（９００℃、２時間）し、強固な接合を得た。ここで重要な点は、第二の基板（電極基板）２の接合面にボロンを含むポリシリコン膜２５が形成されているので、接合時にボロンがシリコン酸化膜１１に拡散し、接合界面近傍のシリコン酸化膜の融点を下げるため、比較的低温で接合信頼性が高い直接接合が可能となっていることである。
【００４９】
次に、厚さ５２０μmの基板３１を厚さ１００μmまで研磨によって薄くし、フォトリソグラフィー技術、ドライエッチング技術によりパターニングされたシリコン窒化膜などをマスクとし、１０〜３０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液によって温度８０〜９０℃にて基板３１に異方性エッチングを行う。
【００５０】
このエッチングはボロン濃度が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、高濃度ボロンドープシリコン層３１ａからなる振動板１０及び吐出室６などが形成された流路基板１が得られる。このように、高濃度ボロン層を用いたエッチストップ技術を用い、ボロンの再拡散が起こらないような温度で接合を行うことで、高精度に厚さが制御された振動板１０を形成することができる。
【００５１】
最後に、同図（ｃ）に示すように、ノズル４や流体抵抗部７となる溝などを形成したノズルプレート３を接着剤などで流路基板１上に接合することによりインクジェットヘッドが完成する。
【００５２】
次に、本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘッドについてその製造工程とともに図７を参照して説明する。
まず、同図（ａ）に示すように、厚さ６２５μｍ（１００）面方位のシリコン基板３２の片側に厚さ０．６μｍの熱酸化膜３２ａを形成し、全面にポリシリコン膜３３をＣＶＤ法により１００ｎｍ堆積し、リンや砒素をイオン注入し、活性化のための熱処理を行う。次に、タングステンシリサイド膜３４を２００ｎｍスパッタ法により堆積する。これらのポリシリコン膜３３及びタングステンシリサイド膜３４の積層膜で後述するように個別電極１５を形成する。
【００５３】
なお、タングステンシリサイド膜のスパッタ前に、ポリシリコン膜３３表面をＡｒで逆スパッタ（エッチング）して清浄化（自然酸化膜などの除去）することで膜の密着性に対して高い信頼性が確保できるため、マルチチャンバーのスパッタ装置を使用し、前記のデポ面の清浄化とデポを連続処理することが好ましい。
【００５４】
ここでは、タングステンシリサイド膜を厚さ２００ｎｍで形成してあるので、後に個別電極１５のシート抵抗は１０Ω/□以下が得られることとなる。なお、ここでは電極にポリシリコンとタングステンシリサイドを用いたが、他の高融点金属や、これらの金属の積層構造を用いても良い。
【００５５】
続いて、個別電極１５を構成するタングステンシリサイド膜３４表面に高温（８３０℃）の熱ＣＶＤにより保護絶縁膜としてシリコン酸化膜１７を形成する。
【００５６】
さらに、シリコン酸化膜１７表面に、前述したと同様にして、ＣＶＤ法によりポリシリコン膜２５を１２０ｎｍ堆積し、ポリシリコン膜２５にボロンを３０ｋｅＶ、１Ｅ１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）でイオン注入し、ポリシリコン膜２５表面を研磨加工する。ポリシリコン膜２５表面の表面粗さ：Ｒａ値が０．２ｎｍ以下となり、非常に良好な直接接合が可能な表面性が得られる。
【００５７】
次に、同図（ｂ）に示すように、ギャップ１６を形成する彫り込み部１４をポリシリコン膜２５及びシリコン酸化膜１７をエッチング加工して形成する。この彫り込み部１４の形成は、グラデーションパターンを有するマスクを用いたフォトリソグラフィー技術によりレジスト形状に傾斜をつけ、Ａｒガスなどを用いてレジスト形状を転写するようにエッチングを行うことにより形状が非平行状態であるように形成した。
【００５８】
なお、グラデーションマスク及びフォトリソグラフィー条件、ドライエッチング条件はレジストとポリシリコン膜２５及びシリコン酸化膜１７のエッチングレート比なども考慮して所望のギャップ形状になるように整合する。
【００５９】
その後、周知のフォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術により、ポリシリコン膜２５及びシリコン酸化膜１７、タングステンシリサイド膜３４、ポリシリコン膜３２を分離して個別電極１５を形成した電極基板２を得た。その後、前述したと同様に、流路基板１を形成しノズル板３を接合してインクジェットヘッドが完成する。
【００６０】
次に、本発明の第４実施形態に係るインクジェットヘッドについてその製造工程とともに図８を参照して説明する。
まず、同図（ａ）に示すように、厚さ６２５μｍ（１００）面方位のシリコン基板３２の片側に厚さ０．６μｍの熱酸化膜３２ａを形成し、全面にポリシリコン膜３３をＣＶＤ法により１００ｎｍ堆積し、リンや砒素をイオン注入し、活性化のための熱処理を行う。次に、タングステンシリサイド膜３４を２００ｎｍスパッタ法により堆積する。これらのポリシリコン膜３３及びタングステンシリサイド膜３４の積層膜で後述するように個別電極１５を形成する。
【００６１】
なお、タングステンシリサイド膜のスパッタ前に、ポリシリコン膜３３表面をＡｒで逆スパッタ（エッチング）して清浄化（自然酸化膜などの除去）することで膜の密着性に対して高い信頼性が確保できるため、マルチチャンバーのスパッタ装置を使用し、前記のデポ面の清浄化とデポを連続処理することが好ましい。
【００６２】
そして、周知のフォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術により、タングステンシリサイド膜３４及びポリシリコン膜３３を分離して個別電極１５を形成する。ここで、個別電極１５は分離間を埋め込みやすくするために、分離間距離が０．５μｍとなるように形成した。
【００６３】
続いて、高温（８３０℃）の熱ＣＶＤにより保護絶縁膜としてシリコン酸化膜１７を堆積することにより、個別電極１５の分離１５ａ間をシリコン酸化膜１７で埋め込み、個別電極１５表面に２００ｎｍの厚さのシリコン酸化膜１７が形成される。シリコン酸化膜１７の表面は分離間の埋め込み形状の影響で、凹部１７ａができる。
【００６４】
さらにシリコン酸化膜１７表面に、前述したと同様に、ＣＶＤ法によりポリシリコン膜２５を２５０ｎｍ堆積し、ポリシリコン膜２５にボロンを６０ｋｅＶ、１Ｅ１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）でイオン注入する。ここで、後工程のポリシリコン膜２５の研磨工程時の膜減りを考慮して、ポリシリコン膜中にピーク濃度或いはピーク濃度の近傍が位置するように、注入条件を設定することが好ましい。
【００６５】
次いで、同図（ｃ）に示すように、ポリシリコン膜２５表面からＣＭＰ（chemical-mechanical-polishing）を行う。研磨量（とり代）を１５０ｎｍとすることで、分離間の埋め込み形状の影響で発生した凹部が消滅し、ポリシリコン膜２５は完全に平坦化できる。また、ポリシリコン膜２５表面の表面粗さ：Ｒａ値が０．２ｎｍ以下となり、非常に良好な直接接合が可能な表面性を得る。
【００６６】
その後、同図（ｄ）に示すように、ギャップを形成する彫り込み部１４を形成すし、図示しないが前述したと同様に流路基板１を形成してノズル板３を接合することでインクジェットヘッドが完成する。
【００６７】
次に、本発明の第５実施形態に係るインクジェットヘッドについてその製造工程とともに図９を参照して説明する。
まず、同図（ａ）に示すように、厚さ６２５μｍ（１００）面方位のシリコン基板３２の片側に厚さ０．６μｍの熱酸化膜３２ａを形成し、全面にポリシリコン膜３３をＣＶＤ法により１００ｎｍ堆積し、リンや砒素をイオン注入し、活性化のための熱処理を行う。次に、タングステンシリサイド膜３４を２００ｎｍスパッタ法により堆積する。これらのポリシリコン膜３３及びタングステンシリサイド膜３４の積層膜で後述するように個別電極１５を形成する。
【００６８】
なお、タングステンシリサイド膜のスパッタ前に、ポリシリコン膜３３表面をＡｒで逆スパッタ（エッチング）して清浄化（自然酸化膜などの除去）することで膜の密着性に対して高い信頼性が確保できるため、マルチチャンバーのスパッタ装置を使用し、前記のデポ面の清浄化とデポを連続処理することが好ましい。
【００６９】
次に、タングステンシリサイド膜３４上にＬＰ−ＣＶＤによりシリコン窒化膜４２を５０ｎｍ成膜する。
【００７０】
そして、周知のフォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術により、タングステンシリサイド膜３４及びポリシリコン膜３３及びシリコン窒化膜４２を分離してシリコン窒化膜４２で被覆された個別電極１５を形成する。ここで、個別電極１５は分離間を埋め込みやすくするために、分離間距離が０．５μｍとなるように形成した。
【００７１】
続いて、高温（８３０℃）の熱ＣＶＤにより保護絶縁膜としてシリコン酸化膜１７を４００ｎｍ堆積することにより、個別電極１５の分離１５ａ間をシリコン酸化膜１７で埋め込む。。
【００７２】
その後、同図（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜１７表面からＣＭＰ（chemical-mechanical-polishing）を行う。シリコン窒化膜４２は研磨レートがシリコン酸化膜１７に対して非常に低い（１／２０程度）ため、ＣＭＰのストッパとしてシリコン窒化膜４２は非常に有効である。研磨が進むとともに、基板の平坦化が進み、研磨ストッパーであるシリコン窒化膜４２と研磨パッドとの接触が支配的になると基板を保持しているキャリアのトルクが上昇する。このトルクをモニターすることにより研磨の終点を検知することができ、高精度に研磨量の制御が可能となる。その結果、高精度にギャップを形成できる。
【００７３】
そして、同図（ｃ）に示すように、ＣＭＰが終わったシリコン酸化膜１７表面に高温（８３０℃）の熱ＣＶＤによりシリコン酸化膜１７を２０ｎｍ堆積し、続いて、前述したと同様に、ＣＶＤ法によりポリシリコン膜２５を１２０ｎｍ堆積し、ポリシリコン膜２５にボロンを３０ｋｅＶ、１Ｅ１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）でイオン注入する。
【００７４】
次いで、同図（ｃ）に示すように、ポリシリコン膜２５表面から研磨加工（研磨量５０ｎｍ程度）し、良好な表面性を得る。
【００７５】
その後、同図（ｄ）に示すように、ギャップを形成する彫り込み部１４を形成し、図示しないが前述したと同様に流路基板１を形成してノズル板３を接合することでインクジェットヘッドが完成する。
【００７６】
次に、本発明の第６実施形態に係るインクジェットヘッドについてその製造工程とともに図１０を参照して説明する。
まず、同図（ａ）に示すように、厚さ６２５μｍ（１００）面方位のシリコン基板３２の片側に厚さ０．６μｍの熱酸化膜３２ａを形成し、全面にポリシリコン膜３３をＣＶＤ法により１００ｎｍ堆積し、リンや砒素をイオン注入し、活性化のための熱処理を行う。次に、タングステンシリサイド膜３４を２００ｎｍスパッタ法により堆積する。これらのポリシリコン膜３３及びタングステンシリサイド膜３４の積層膜で後述するように個別電極１５を形成する。
【００７７】
なお、タングステンシリサイド膜のスパッタ前に、ポリシリコン膜３３表面をＡｒで逆スパッタ（エッチング）して清浄化（自然酸化膜などの除去）することで膜の密着性に対して高い信頼性が確保できるため、マルチチャンバーのスパッタ装置を使用し、前記のデポ面の清浄化とデポを連続処理することが好ましい。
【００７８】
次に、タングステンシリサイド膜３４上にＬＰ−ＣＶＤによりシリコン窒化膜４２を３００ｎｍ成膜する。
【００７９】
そして、周知のフォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術により、タングステンシリサイド膜３４及びポリシリコン膜３３及びシリコン窒化膜４２を分離してシリコン窒化膜４２で被覆された個別電極１５を形成する。ここで、個別電極１５は分離間を埋め込みやすくするために、分離間距離が０．５μｍとなるように形成した。
【００８０】
続いて、高温（８３０℃）の熱ＣＶＤにより保護絶縁膜としてシリコン酸化膜１７を４００ｎｍ堆積することにより、個別電極１５の分離１５ａ間をシリコン酸化膜１７で埋め込む。。
【００８１】
その後、同図（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜１７表面からＣＭＰ（chemical-mechanical-polishing）を行う。シリコン窒化膜４２は研磨レートがシリコン酸化膜１７に対して非常に低い（１／２０程度）ため、ＣＭＰのストッパとしてシリコン窒化膜４２は非常に有効である。研磨が進むとともに、基板の平坦化が進み、研磨ストッパーであるシリコン窒化膜４２と研磨パッドとの接触が支配的になると基板を保持しているキャリアのトルクが上昇する。このトルクをモニターすることにより研磨の終点を検知することができる。
【００８２】
そして、同図（ｂ）に示すように、ＣＭＰが終わったシリコン酸化膜１７表面に前述したと同様に、ＣＶＤ法によりポリシリコン膜２５を１２０ｎｍ堆積し、ポリシリコン膜２５にボロンを３０ｋｅＶ、１Ｅ１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）でイオン注入し、ポリシリコン膜２５表面から研磨加工（研磨量５０ｎｍ程度）し、良好な表面性を得る。
【００８３】
その後、同図（ｃ）に示すように、ギャップを形成する彫り込み部１４をポリシリコン膜２５及びシリコン窒化膜４２をエッチング加工して形成する。この彫り込み部１４の形成は、グラデーションパターンを有するマスクを用いたフォトリソグラフィー技術によりレジスト形状に傾斜をつけ、Ａｒガスなどを用いてレジスト形状を転写するようにエッチングを行うことにより形状が非平行状態であるように形成した。この場合、シリコン窒化膜が電極の保護膜絶縁膜となるが、電荷トラップレベルは高温の熱ＣＶＤにより形成されるシリコン酸化膜より多いが、耐吸湿性に優れた保護膜となる。
【００８４】
そして、図示しないが前述したと同様に流路基板１を形成してノズル板３を接合することでインクジェットヘッドが完成する。
【００８５】
次に、本発明の第７実施形態に係るインクジェットヘッドについて図１１及び図１２を参照して説明する。なお、図１１は同ヘッドの分解斜視説明図、図１２は同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図である。
このインクジェットヘッドでは、電極基板２の流路基板１との接合面において、インク供給口１８の周囲の接合面にはホウ素或いは燐とホウ素の両方を含むシリコン酸化膜５０が形成されており、それ以外の接合面にはポリシリコン膜２５が形成されている。
【００８６】
接合時にホウ素或いは燐とホウ素の両方を含むシリコン酸化膜層５０が溶融し、インク供給口１８周囲の接合をより強固にすることができ、インクなどに接合界面が曝されても接合界面をインク液が通過することがなく、インクジェットヘッドの信頼性を向上できる。また、インク供給口１８の形成にフッ酸やＫＯＨなどを用いたウエットプロセスを用いることができ、プロセスコストの低減が図れる。
【００８７】
また、電極１５と同平面にはダミー電極５５を形成している。ダミー電極５５を設けることでシリコン酸化膜１７の表面性を向上することができる。
【００８８】
次に、このインクジェットヘッドの製造工程について図１３及び図１４を参照して説明する。
同図（ａ１）に示すように、厚さ６２５μｍ（１００）面方位のシリコン基板３２の片側に厚さ０．６μｍの熱酸化膜３２ａを形成し、全面にポリシリコン膜をＣＶＤ法により１００ｎｍ堆積し、リンや砒素をイオン注入し、活性化のための熱処理を行う。次に、タングステンシリサイド膜を２００ンｍスパッタ法により堆積する。なお、タングステンシリサイド膜のスパッタ前に、ポリシリコン膜表面をＡｒで逆スパッタ（エッチング）して清浄化（自然酸化膜などの除去）することで膜の密着性に対して高い信頼性が確保できるため、マルチチャンバーのスパッタ装置を使用し、前記のデポ面の清浄化とデポを連続処理することが望ましい。
【００８９】
そして、タングステンシリサイド膜及びポリシリコン膜を周知のフォトリソグラフィー技術、およびドライエッチング技術によりパターニングし、タングステンシリサイド膜とポリシリコン膜とからなる個別電極１５を形成するとともに、電極としては機能しないダミーの電極パターン５０を形成する。ダミーの電極パターン５０は、疎或いは密に形成することにより、後の埋め込み酸化膜１７に段差を設けることができる。
【００９０】
ここでは、基板を上から見た同図（ａ２）に示すように、インク供給口１８を形成するインク供給口部５８の周辺部ではダミーの電極パターン５０の分離間距離が長くなるように、つまりダミー電極パターン５０を疎に形成する。
【００９１】
続いて、高温（８３０℃）の熱ＣＶＤにより保護絶縁膜としてシリコン酸化膜１７を堆積することにより個別電極１５の分離間をシリコン酸化膜１７で埋め込む。その際、インク供給口部５８の周辺部に凹部５９ができる。次に、シリコン酸化膜１７上にＣＶＤ法によりポリシリコン膜２５を１２０ｎｍ堆積し、ポリシリコン膜２５にボロンを３０ｋｅＶ、１Ｅ１６(ａｔｏｍｓ／ｃｍ２)でイオン注入する。
【００９２】
次に、同図（ｂ）に示すように、凹部５９上のポリシリコン膜２５を周知のフォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術により除去する。
【００９３】
その後、同図（ｃ）に示すようにＢPＳＧ膜（ホウ素及びリンを含むシリコン酸化膜）からなるシリコン酸化膜６０をＣＶＤ法で４００ｎｍ堆積する。なお、ここでシリコン酸化膜６０は、燐を含まないＢＳＧ膜となっても構わない。本発明の重要な点は、シリコン酸化膜中に、燐あるいはボロンをまたは燐とボロンの両方を含有させることによって、融点を下げることにある。
【００９４】
次に、図１４（ａ）に示すように、シリコン酸化膜６０表面からＣＭＰ（chemical-mechanical-polishing）を行い基板の平坦化を行う。ここでのＣＭＰは機械的研磨が支配的となる条件（硬めの研磨布を用いて、研磨剤はｐＨを抑えた中性に近いものを用いる。）により、ポリシリコン膜２５を研磨ストッパーとして用いることができる。
【００９５】
研磨後、接合面において、インク供給口部５８の周辺部の凹部５９にはシリコン酸化膜６０が形成され、その他の接合面にはポリシリコン膜２５が形成されている。また、研磨後のポリシリコン膜２５及びシリコン酸化膜６０の表面は、良好な直接接合が可能な表面性が得られる。
【００９６】
その後、同図（ｂ）に示すように、ギャップを形成する彫り込み部１４を形成し、前述したと同様に流路基板１となるシリコン基板３１を接合する。そして、同図（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー技術、ドライエッチング技術によりパターニングされたシリコン窒化膜などをマスクとし、２５ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液によって温度９０℃にてシリコン基板３２に異方性エッチングを行う。
【００９７】
このエッチング液では（１００）面のエッチングは２．５μｍ／分の速さで進行する。エッチングが進行し熱酸化膜３２ａに達すると、熱酸化膜のエッチレートが非常に小さいためエッチングは停止する。続いて、フッ酸水溶液により熱酸化膜３２ａ、シリコン酸化膜１７、ダミーの電極パターン５０、シリコン酸化膜６０を除去することにより開口部６９が形成される。ここで、ダミー電極パターン５０はシリコン酸化膜がエッチングされることによりリフトオフすることにより除去される。ここでは、開口部６９のポリシリコン膜２５はリフトオフで除去できず、残存した。
【００９８】
次に、前述したと同様に、１０〜３０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液（温度８０〜９０℃）を用いてシリコン基板３１に異方性エッチングすることにより振動板１０及び吐出室６、共通液室８が形成される。この際、開口部６９は水酸化カリウム水溶液に曝される為、開口部の高濃度ボロン層３１ａ、シリコン酸化膜１１、ポリシリコン膜２５がエッチング除去され、インク供給口１８が形成される。
【００９９】
その後、図示しないがノズル板３を接合することでインクジェットヘッドが完成する。
【０１００】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について図１５及び図１６を参照して説明する。なお、図１５は同記録装置の斜視説明図、図１６は同記録装置の機構部の側面説明図である。
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部１１２等を収納し、装置本体１１１の下方部には前方側から多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）１１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙１１３を手差しで給紙するための手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１１６に排紙する。
【０１０１】
印字機構部１１２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１２と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向（図１６で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッドからなるヘッド１２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ１２３にはヘッド１２４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１２５を交換可能に装着している。
【０１０２】
インクカートリッジ１２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【０１０３】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１２４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【０１０４】
ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１１２に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に固定しており、主走査モーター１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。
【０１０５】
一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【０１０６】
そして、キャリッジ１２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を記録ヘッド１２４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。
【０１０７】
記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙１１３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙１１３を排紙する。
【０１０８】
また、キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【０１０９】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１２４の吐出口を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【０１１０】
なお、上記各実施形態においては、主として本発明を振動板変位方向とインク滴吐出方向が同じになるサイドシュータ方式のインクジェットヘッドに適用したが、前述したように振動板変位方向とインク滴吐出方向と直交するエッジシュータ方式のインクジェットヘッドにも同様に適用することができる。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインクジェットヘッドによれば、振動板を形成する第一の基板と、電極を形成する第二の基板と、を備え、第一の基板の第二の基板との接合面にはシリコン酸化膜が形成され、第二の基板の第一の基板との接合面にはボロンが含有されたポリシリコン膜が形成されて、第一の基板と第二の基板とはシリコン酸化膜とボロンが含有されたポリシリコン膜が接して接合され、第二の基板には電極となるポリシリコン層が設けられ、第ポリシリコン層の吐出室に対応する部分に彫り込み部が形成されている構成としたので、シリコン酸化膜とボロンが含有されたポリシリコンとの接合となって接合信頼性が高い直接接合が可能になり、また、シリコン酸化膜同士の接合に比べ接合温度の低温化が図ることができて、電極や振動板に影響を与えない温度領域で行うことができ、信頼性が向上する。
【０１２１】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、本発明に係るいずれかのインクジェットヘッドを搭載したので、インク吐出特性や耐久性が向上し、画像品質と信頼性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図２】同ヘッドのノズル板を除いた上面説明図
【図３】同ヘッドの吐出室長辺方向に沿う模式的断面説明図
【図４】同ヘッドの吐出室短辺方向に沿う模式的断面説明図
【図５】本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘッドをその製造工程とともに説明する説明図
【図６】同じく同ヘッドをその製造工程とともに説明する説明図
【図７】本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘッドをその製造工程とともに説明する説明図
【図８】本発明の第４実施形態に係るインクジェットヘッドをその製造工程とともに説明する説明図
【図９】本発明の第５実施形態に係るインクジェットヘッドをその製造工程とともに説明する説明図
【図１０】本発明の第６実施形態に係るインクジェットヘッドをその製造工程とともに説明する説明図
【図１１】本発明の第７実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図１２】同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図
【図１３】同ヘッドの製造工程を説明する説明図
【図１４】図１３に続く工程を説明する説明図
【図１５】本発明に係るインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の斜視説明図
【図１６】同記録装置の機構部の側面説明図
【符号の説明】
１…流路基板、２…電極基板、３…ノズル板、４…ノズル、６…吐出室、７…流体抵抗部、８…共通液室、１０…振動板、１１…保護絶縁膜、１４…彫り込み部、１５…電極、１６…ギャップ、１７…保護絶縁膜。
Claims (2)
- インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室内の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向する電極とを有し、前記振動板を静電力で変形させて前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、
前記振動板を形成する第一の基板と、前記電極を形成する第二の基板と、を備え、
前記第一の基板の前記第二の基板との接合面にはシリコン酸化膜が形成され、
前記第二の基板の前記第一の基板との接合面にはボロンが含有されたポリシリコン膜が形成されて、
前記第一の基板と前記第二の基板とは前記シリコン酸化膜と前記ボロンが含有されたポリシリコン膜が接して接合され、
前記第二の基板には前記電極となるポリシリコン層が設けられ、前記ポリシリコン層の前記吐出室に対応する部分に彫り込み部が形成されている
ことを特徴とするインクジェットヘッド。 - インクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドが前記請求項１に記載のインクジェットヘッドであることを特徴とするインクジェット記録装置。
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