JPH04261863A - サーマル・インク・ジェット変換器およびその製作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的に抵抗加熱素子
に関し、特にサーマル・インク・ジェット・プリントヘ
ッド変換器に使用される抵抗加熱素子およびサーマル・
インク・ジェット・プリントヘッドの抵抗加熱素子を製
作する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】サーマル・インク・ジェット印刷システ
ムは、チャネルの終端部のノズルすなわちオリフィスの
近くに位置するインクを充填した毛管のチャネルの内の
抵抗器によって選択的に作り出された熱エネルギーを使
用して、必要に応じて瞬間的にこのインクを気化し、気
泡を形成する。一時的な気泡は、それぞれインクの小滴
を吐出し、これを記録媒体に向けて押し出す。この印刷
システムは、キャリッジ・タイプの印刷機か、またはペ
ージ幅タイプの印刷機に内蔵されてもよい。キャリッジ
・タイプの印刷機は、通常インク・チャネルとノズルを
含む比較的小型のプリントヘッドを有する。プリントヘ
ッドは、通常使い捨てのインク供給カートリッジに密閉
された状態で取り付けられ、一体となったプリントヘッ
ドとカートリッジのアセンブリは、往復運動して、一定
時間に、固定して保持された紙等の記録媒体に１区画の
情報を印刷する。その区画を印刷すると、用紙は印刷さ
れた区画の高さに等しい距離だけ進み、その結果、次の
印刷区画がこれと連続して続く。この手順が、全ページ
を印刷する迄繰返される。カートリッジ・タイプの印刷
機の例として、Ｒｅｚａｎｋａ　に対する米国特許第４
，５７１，５９９号明細書を参照のこと。これに対して
、ページ幅の印刷機は、用紙の幅に等しいか、またはこ
れよりも長い固定したプリントヘッドを有する。用紙は
、印刷工程中、プリントヘッドの長さと直角の方向に、
一定の速度で、連続的にページ幅のプリントヘッドを通
過して移動する。 ページ幅印刷の例として、Ａｙａｔａ　他に対する米国
特許第４，４６３，３５９　号明細書を参照し、特にそ
の中の図１７および図２０を参照のこと。

【０００３】上述の米国特許第４，４６３，３５９　号
明細書は、毛管作用によって補充される１つ以上のイン
クを充填したチャネルを有するプリントヘッドを開示す
る。各ノズルにメニスカス　（ｍｅｎｉｓｃｕｓ）　が
形成され、インクがノズルからこぼれ落ちることを防止
する。抵抗器すなわちヒータは、ノズルの上流の各チャ
ネルに設けられる。データ信号を表わす電流パルスを抵
抗器に加え、この抵抗器と接触するインクを瞬間的に気
化し、各電流パルスに対して気泡を形成する。気泡の成
長によって、各ノズルからインクの小滴が吐出し、この
気泡の成長によって、一定量のインクがノズルからふく
れ出て、気泡の崩壊の始まる時点でちぎれて小滴となる
。電流パルスは、各小滴が吐出された後、メニスカスが
はじけ、チャネルの非常に奥に中に引っ込んでしまわな
いように成形される。ページ幅のプリントヘッドを得る
目的のため、ヒート・シンク基板の上部と底部に互い違
いに取り付けた直線アレイを有する実施例のような、サ
ーマル・インク・ジェット装置の直線アレイの種々の実
施例が示されている。このような構成は、異なった色の
インクに使用して多色印刷を可能にすることができる。

【０００４】インク・ジェット・プリントヘッドは、ノ
ズルのアレイを有し、このノズルのアレイは、配向依存
性エッチング　（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ｄｅｐｅｎ
ｄｅｎｔ　ｅｔｃｈｉｎｇ−ＯＤＥ）技術を使用して、
シリコン・ウェーハから形成することができる。ＯＤＥ
技術は、精度の高い方法でシリコン・ウェーハに、ノズ
ルのような構造を形成することができるので、シリコン
・ウェーハの使用は有利である。その結果得られるノズ
ルは一般的に断面が三角形である。上述のＯＤＥ技術を
使用して製作したサーマル・インク・ジェット・プリン
トヘッドは、一般的にチャネル板によって構成され、こ
のチャネル板の下部表面には複数のノズル形成チャネル
が位置し、このチャネル板の下部表面は複数の抵抗加熱
素子を上部表面に形成した加熱板に接着され、１つの加
熱素子が各チャネルに位置するように構成される。加熱
板の上部表面は一般的に絶縁層を有し、これらの絶縁層
はパターン化されて、個々の加熱素子を露出する凹部を
形成する。

【０００５】加熱板は、ベースとして使用する二酸化シ
リコン（ＳｉＯ２）層をコーティングした、例えば、シ
リコンのような半導体材料から形成され、抵抗加熱素子
は通常、ベース上のＳｉＯ２　層の選択された部分上に
堆積された多結晶シリコン層である。リード端子および
出口端子も、また抵抗器上にコーティングしたＳｉＯ２
　上にパターン化され、その結果、印刷すべき原文に基
づいて電気的インパルスを各抵抗加熱素子に選択的に供
給することができる。サーマル・インク・ジェット・プ
リントヘッドを形成するために使用する特定の構造の例
は、Ｈａｗｋｉｎｓ　他に対する米国特許第４，６０１
，７７７　号明細書およびＤｒａｋｅ　他に対する米国
特許第４，７８９，４２５　号明細書において提供され
、それらの開示は参考としてここに含まれている。多結
晶シリコンを堆積することによって、電気／熱変換器す
なわち加熱素子を形成する従来の方法を説明する議論に
ついては、特に米国特許第４，６０１，７７７　号明細
書、第７コラム、第２１〜５５行および米国特許第４，
７８９，４２５　号明細書、第７コラム、第２２〜３９
行に留意のこと。

【０００６】２０Ωないし１００Ωの範囲でシート抵抗
器にドーピングした多結晶シリコンは、抵抗加熱素子す
なわち変換器を形成する優れた抵抗材料であることが実
証されている。シリコン層は、６００℃より高い温度で
シランを熱分解することによって形成される。熱分解し
たシランは、２００ミリトルの気圧において、（複数の
加熱板を形成するために使用された）ＳｉＯ２　をコー
ティングしたシリコン・ウェーハを通過して流れ、した
がって、この工程は、低圧化学気相成長　（ｌｏｗ　ｐ
ｒｅｓｓｕｒｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ＬＰＣＶＤ）と呼ぶ。シリコンのＬ
ＰＣＶＤは、６００℃より高い温度で実行されるので、
ＳｉＯ２　をコーティングしたウェーハに堆積したシリ
コン膜は多結晶である。

【０００７】多結晶シリコンを堆積することによって抵
抗加熱素子を形成する場合、多くの問題が生じる。多結
晶シリコンを堆積する場合、その膜は粒状組織を有する
が、その理由は、シリコンのエピタキシャルの成長速度
は配向によって決まり、結晶子の多くの配向がＳｉＯ２
　のベース表面を核とするからである。換言すれば、個
々の結晶が最初に無作為かつ制御しないでＳｉＯ２の表
面に堆積され、その無作為に堆積した最初の結晶の上に
堆積した別の結晶は、最初の結晶の位置によって決まる
方向に広がり、その結果得られる多結晶膜は、滑らかと
は対照的な粒状である。さらに、各抵抗加熱素子は、粒
状の程度および結晶の分布が異なり、その結果、各変換
器の抵抗は異なる。この粒子のサイズと配向の変動は、
多結晶シリコンを堆積するために使用する工程によって
、さらに増幅される。一般的なＬＰＣＶＤの反応装置に
おいて、ウェーハは、約３／１６インチの間隔を置いて
、約３０インチの温度帯に積み重ねられる。シランがウ
ェーハその他の表面に堆積する際のこのシランの減少を
補償するため、温度は一般的にガス送入口での低温から
排出端の高温迄傾斜している。温度が傾斜している結果
、炉内の負荷間で好適な配向と粒子サイズに変動を生ず
る。動作中、同一の電圧が各変換器の両端に加えられる
ので、異なった抵抗を有する変換器は、異なった温度に
加熱され、これによって、それぞれのノズルから異なっ
たサイズのインクの小滴が吐出される。したがって、プ
リントヘッドの各ノズルに設けた変換器の抵抗いかんに
よって、印刷された原文の黒さが若干異なる。この相違
は、ハーフトーン・モードの印刷の場合、より顕著にな
り、またサーマル・インク・ジェット印刷機が達成可能
な最高品質の限界である。

【０００８】多結晶シリコンの堆積によって形成した粒
状面の他の悪影響は、プリントヘッドの耐用年数の低下
である。粒状のポリシリコンのヒータの表面は、（二酸
化シリコンやタンタル等の）他の層によって保護される
が、これらの他の層は、下にあるポリシリコンの粗い粒
状の組織を再現する。変換器を加熱する都度、変換器近
くのインクは気化し、次に凝縮し、その結果、小滴がノ
ズルから吐出される。このため気泡がはじけ、ヒータの
表面のきわめて小さな局部領域で消滅する。この現象は
、キャビテーションとして知られる。このキャビテーシ
ョンは、時間の経過と共に、特に接着度が最も弱く、不
純物の含有量が最も高い不均一な粒子の境界で、変換器
の粒状面を損傷する傾向がある。多結晶を堆積した膜の
不均一な構造も、また変換器の電気移動による応力（ｅ
ｌｅｃｔｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎ　ｓｔｒｅｓｓ）およ
び固有の局部応力を高める可能性があり、両者は、滑ら
かで均一な変換器の場合よりも早期に変換器の機能を低
下させる可能性がある。

【０００９】Ｓｕｇａｔａ他に対する米国特許第４，８
４７，６３９　号明細書は、炭素原子のマトリックスに
、ハロゲンおよび水素原子ならびに任意にシリコン原子
を含むアモルファス材料によって構成される熱発生抵抗
層によって構成された電気／熱変換器を有するインク・
ジェット記録ヘッドを開示する。Ｔａｍｕｒａ他に対す
る米国特許第４，５６５，５８４　号明細書は、ＳｉＯ
２　のような絶縁膜によって部分的に被膜された単結晶
基板に単結晶膜を設ける方法を開示する。部分的に被膜
された基板にアモルファスまたは多結晶シリコン膜を超
高真空中で堆積する。アモルファスまたは多結晶シリコ
ン膜は、この層を２回熱処理することによる固相エピタ
キシャルによる成長によって単結晶に変わる。ＳｉＯ２
　膜によって被膜されていない単結晶基板の部分は「種
」（ｓｅｅｄ）として機能し、そこから単結晶膜が成長
する。

【００１０】Ｍｏｎｉｗａ他に対する米国特許第４，８
０８，５４６　号明細書は、固相エピタキシャルによる
加工によって薄膜トランジスタを形成する工程を開示す
る。アモルファス・シリコン膜は、不純物を添加され、
固相成長されて、単結晶のアモルファスＳｉＯ２　膜を
形成する。Ｆｏｒｏｎｉ他に対する米国特許第４，７２
５，８１０　号明細書は、半導体領域に高抵抗値のゾー
ンを注入し、多結晶シリコン層を堆積して注入された抵
抗ゾーンを完全に被膜することによって、注入抵抗器を
製作する方法を開示する。

【００１１】本発明の１つの目的は、抵抗加熱素子およ
び構造と抵抗が従来の抵抗加熱素子よりもより均一でる
抵抗加熱素子の製作方法を提供することである。本発明
の他の目的は、抵抗加熱素子および低い固有ストレスと
絶縁性電気移動ストレス　（ｒｅｓｉｓｔ　ｅｌｅｃｔ
ｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎ　ｓｔｒｅｓｓｅｓ）　を有す
る抵抗加熱素子の製作方法を提供することである。

【００１２】本発明のさらに他の目的は、サーマル・イ
ンク・ジェット印刷機用の抵抗加熱素子およびキャビテ
ーションによる損傷に対して抵抗力のあるサーマル・イ
ンク・ジェット印刷機用の抵抗加熱素子の製作方法を提
供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記および他の目的を達
成し上記で論じた欠点を克服するため、サーマル・イン
ク・ジェット・プリントヘッド用の抵抗加熱素子を形成
する方法を開示し、ここでアモルファス・シリコン膜を
半導体基板の選択した部分に堆積し、堆積したアモルフ
ァス・シリコン膜を加熱し、その結果、これは固相エピ
タキシャル処理された多結晶シリコン膜を形成する。

【００１４】

【実施例】以下の図面を参照して本発明を詳細に説明す
るが、図面における同一の参照番号は、同一の部品を示
す。本発明の１つの適用例は、抵抗加熱素子およびサー
マル・インク・ジェット・プリントヘッドに使用するこ
のような抵抗加熱素子の形成を含む。したがって、図示
目的のため、上記に含まれている米国特許第４，６０１
，７７７　号明細書ならびに米国特許第４，７７４，５
３０号明細書で開示されたものと同じサーマル・インク
・ジェット印刷機およびプリントヘッドの構造を説明す
るが、これらの開示は、参照としてここに含まれる。本
発明によるプリントヘッドに含まれる抵抗加熱素子は、
本発明による工程によって製作され、したがって従来の
サーマル・インク・ジェット・プリントヘッドの抵抗加
熱素子よりも優れた品質を示すことを除いて、上述の特
許で開示されたプリントヘッドと同じものでよい。本発
明は、他のサーマル・インク・ジェット・プリントヘッ
ドの構成並びに抵抗加熱素子を使用する必要のある他の
装置にも適用することができることを理解する必要があ
る。

【００１５】図１は、一般的なキャリッジ・タイプの多
色刷りサーマル・インク・ジェット印刷装置１０を示す
。インクの小滴を作るチャネルの直線アレイは、任意に
使い捨て可能な各インク供給カートリッジ１２の各プリ
ントヘッド１１に設けられる。１つ以上のインク供給カ
ートリッジは、ガイド・レール１５上に矢印１３の方向
に、前後に往復運動する往復カートリッジ・アセンブリ
１４に取替え可能に取り付けられる。チャネルの末端は
、キャリッジの往復運動の方向と直角に、また紙等の記
録手段１６の進行方向に平行に位置合わせしたオリフィ
スすなわちノズルである。このようにして、プリントヘ
ッドは、固定した記録手段１６上の情報の１区画が１つ
の方向に動くにつれて、それを印刷する。キャリッジと
プリントヘッドが方向を逆転するのに先立って、印刷装
置は、印刷した１区画と等しい距離だけ、矢印１７の方
向に記録手段１６を前進させ、次ぎにプリントヘッドが
、情報の他の１区画を印刷しながら反対方向に移動する
。印刷装置の制御装置（図示せず）が受け取ったデジタ
ル・データ信号に応答して、ノズルから記録手段へ小滴
１８が吐出されて押し出され、制御装置は次に電流パル
スによってノズルから所定の距離を置いてプリントヘッ
ドのチャネルに位置した個々の加熱素子を選択的にアド
レスする。プリントヘッドの加熱素子を通過する電流パ
ルスによって、加熱素子と接触するインクが気化されて
一時的に気化物質の気泡が作り出され、ノズルからイン
クの小滴を吐出する。または、幾つかのプリントヘッド
を正確に並置して、１ページ幅のノズルのアレイを形成
してもよい。この構成（図示せず）の場合、ノズルは固
定され、用紙はそこを通過する。ページ幅アレイのプリ
ントヘッドの例は、Ｄｒａｋｅ　他に対する米国特許第
４，８２９，３２４　号明細書、Ｆｉｓｈｅｒ他に対す
る米国特許第４，８５１，３７１　号明細書およびＡｙ
ａｔａ　他に対する米国特許第４，４６３，３５９　号
明細書で開示され、これらの特許の開示は、参考として
ここに含まれる。

【００１６】幾つかのインク供給カートリッジ１２およ
び固定的に取り付けた電極板すなわちドータボード１９
を図１に示し、各ドータボードは、点線で示すプリント
ヘッド１１をその間にサンドイッチしている。プリント
ヘッドは、恒久的にドータボードに取り付けられ、これ
らのプチトヘッドのそれぞれの電極は、共にワイヤ・ボ
ンドされる。後でより詳しく論ずるプリントヘッドの充
填孔は、カートリッジの孔（図示せず）に対向し、この
孔と一致するように密閉状態で位置決めされ、その結果
、印刷装置の動作中、インクはマニフォールドを介して
、カートリッジからインク・チャネルに連続的に供給さ
れる。このカートリッジは、Ｉｖａｎ　Ｒｅｚａｎｋａ
に付与され、本出願と同じ譲受人に譲渡された米国特許
第４，５７１，５９９　号明細書と同じであり、また同
特許においてより詳しく説明されている。したがって、
米国特許第４，５７１，５９９号明細書は、参照として
ここに含まれている。各ドータボード１９の下部２０は
、電極端子２１を有し、これらの端子２１は、カートリ
ッジの底部２２の下へ伸びて、キャリッジ・アセンブリ
１４の雌のコンセント（図示せず）に容易に差し込める
ようになっている。好適な実施例において、プリントヘ
ッドは、１インチ当り３００スポット（ｓｐｉ）の解像
度で印刷を行うため、３ミルの中心部に４８個のチャネ
ルを有する。各ドータボード上のこのように高密度のア
ドレス電極２３は、これらの電極の内の幾つかを両側部
で終結させることによって、取扱がより便利になる。図
１において、図示の側部２４は、プリントヘッドを有す
る側部の反対側である。 電極は全てプリントヘッドの１側部で始まるが、その内
の幾つかはドータボードを通過する。全ての電極２３は
、ドータボードの端部２０で終結する。

【００１７】図２は、Ｌ字形のドータボード１９の平面
図である。これはプリントヘッド１１を含む側部の図で
ある。ドータボード電極２３は、プリントヘッドの電極
と１対１の割合であり、図３でより明瞭に示しまた以下
で説明するように、プリントヘッドの電極にワイヤ・ボ
ンドされる。プリントヘッドの充填孔２５は、図２で容
易に見ることができる。ドータボードの長い方の脚部上
にあるドータボード電極の内約半数は、ドータボードの
反対側の面上にあり、その結果、ドータボードの端部２
０の両側は、端子２１の実質的に同じ平行なアレイを有
する。ドータボードの反対側の電極は、このドータボー
ドを介して位置２６で電気的に接続される。図２のプリ
ントヘッド１１の拡大平面図を図３に示し、ここで、プ
リントヘッドの電極端子３２をドータボード電極２３の
一方の端部にワイヤ・ボンドすることによって、プリン
トヘッド１１をドータボード１９のボンディングする。 ワイヤ・ボンド線５６は、いずれかの標準のワイヤ・ボ
ンド機で取り付けられる。

【００１８】図４は、プリントヘッド１０の前面２９の
拡大概略斜視図である。これは小滴吐出ノズル２７のア
レイを示す。後で論ずるが、また図５を参照して、下部
の電気絶縁基板すなわち加熱素子板２８は、加熱素子３
４とその表面３０にパターン化されたアドレス電極３３
を有し、一方上部基板すなわちチャネル・プレート３１
は、平行な溝２０を有し、これらの溝２０は一方向に延
び、上部基板の前面端部２９を貫通する。これらの溝の
他方の端部は、傾斜壁２１で終結している。毛管にイン
クを充填したチャネル２０用のインク供給マニフォール
ドとして使用される内部の凹部２４の床部４１は、その
床部を貫通する開口部２５を有し、これはインク充填孔
として使用される。溝を有するチャネル・プレートの表
面は、加熱板２８に位置合せしてボンディングされ、そ
の結果、複数の加熱素子３４のそれぞれは、これらの溝
と下部基板すなわち加熱板２８によって形成された各チ
ャネル内に位置決めされる。インクは、毛管作用によっ
て充填孔２５を介して凹部２４と下部基板２８によって
形成されたマニフォールドに入り、厚膜絶縁層１８に形
成された長く延びる凹部３８を介して流れることによっ
て、チャネル２０に充填される。各ノズルにおけるイン
クはメニスカスを形成し、その表面張力によって、イン
クがノズルからこぼれ落ちるのが防止される。下部基板
すなわち加熱板２８上のアドレス電極３３は、端子３２
で終結する。電極端子を露出し、プリントヘッド１０が
恒久的に取り付けられたドータボード１９上の電極にワ
イヤ・ボンドすることができるように、上部基板すなわ
ちチャネル板３１は、下部基板よりも小型である。以下
で論じる層１８は、上部基板と下部基板の間に挟まれた
厚膜のパッシベーション層である。この層をエッチング
して、加熱素子を露出し、このようにして加熱素子をピ
ットに載置し、またエッチングして長く延びた凹部を形
成し、インクがマニフォルド２４とインク・チャネル２
０の間を流れるのを可能にする。さらに、厚膜絶縁層１
８をエッチングして電極端子を露出する。

【００１９】図５は１つのチャネルを通って延びる線に
沿って切断した図４の断面図であり、インクがどのよう
にして矢印２３で示すように、マニフォールド２４から
、溝２０の端部２１を回って流れるかを示す。　Ｔｏｒ
ｐｅｙ　他に対する米国特許番号第４，６３８，３３７
　号で開示されるように、気泡を発生する複数組の加熱
素子３４とそれらのアドレス電極３３は、片面研磨の（
１００）のシリコン・ウェーハの研磨側でパターン化さ
れる。複数組のプリントヘッド電極３３、加熱素子とし
て機能する抵抗材料および共通帰線３５をパターン化す
る前に、ウェーハの研磨面に、約２ミクロンの厚さを有
する二酸化シリコン（ＳｉＯ２　）のような下塗り　（
ｕｎｄｅｒ　ｇｌａｚｅ）３９をコーティングする。抵
抗加熱素子は下記のように製作し、これの形成が本発明
を構成する。

【００２０】従来は、ＬＰＣＶＤ法によって下塗り層３
９の一部分に多結晶シリコンを堆積して、それぞれが多
結晶シリコン層である一連の抵抗加熱素子３４を形成す
ることによって、抵抗加熱素子３４を形成した。本発明
は、６００℃より低い温度の表面に堆積した場合、多結
晶フィルムと対照的なアモルファスを形成する低圧化学
気相法によって堆積したシリコンの特性を利用する。ア
モルファス・シリコンの表面はきわめて滑らかであるが
、その理由は、膜の成長する好適な領域が全く存在しな
いからである。アモルファス・シリコン膜を６００℃以
上の温度に加熱すると、これは固相エピタキシャル処理
　（ｓｏｌｉｄ　ｐｈａｓｅ　ｅｐｉｔａｘｙ　−ＳＰ
Ｅ）を受け、強い（１１１）の組織の多結晶シリコン膜
が形成される。多結晶を堆積した膜と対比して、ＳＰＥ
によるポリシリコンは、滑らかな表面組織を保持し、大
きくて均一な粒子サイズを有する。本発明によって形成
した抵抗加熱素子の厚さと構造ははるかに均一であるの
で、異なった加熱素子３４間の抵抗のばらつきは、シリ
コン・フィルムを多結晶の形状で堆積した場合に従来得
られたものよりもはるかに小さい。さらに、滑らかな上
部表面は、キャビテーションによる損傷に対してはるか
に抵抗力がある。各抵抗加熱素子３４の構造全体にわた
って均一性が高まり、その結果、各加熱素子は電気移動
による応力に対して抵抗力を高め、より低い固有の応力
を有する。したがって、アモルファスを堆積したＳＰＥ
による多結晶シリコン膜によって、サーマル・インク・
ジェット変換器の性能と寿命が改善される。

【００２１】本発明によれば、下塗り層３９の内その上
に抵抗加熱素子３４を形成すべき部分だけがカバーされ
ないように、二酸化シリコンの下塗り層３９をコーティ
ングした複数のウェーハをマスクする。これらのウェー
ハを真空チャンバ内に載置し、チャンバ内の圧力を５０
ミリトルないし５００ミリトル、好ましくは約２００ミ
リトルに下げる。この時点で、５８０℃以下の温度でマ
スクされたウェーハの上にシリコンを堆積して、各ウェ
ーハの下塗りした二酸化シリコン層３９のカバーされて
いない部分上にアモルファス・シリコン層を形成する。 アモルファス・シリコン層の厚さは約４５０ｎｍである
。 ４５０ｎｍ厚のアモルファス・シリコン膜を堆積するた
めには、約９０分を必要とする。アモルファス・シリコ
ン膜は、例えば、シラン、ジシランまたはジクロロシラ
ンの熱分解によって堆積されるが、シランが好ましい。 シランまたはジシランのいずれかの場合、アモルファス
・シリコンの堆積は、約５７０℃以下の温度で行われ、
一般的な温度範囲は、５５０℃〜５８０℃である。アモ
ルファスの堆積へ切り換えることによって、成長速度が
遅くなるので、なるべく温度を高く保持することが好ま
しい。

【００２２】この堆積工程が終わると、ウェーハは気圧
チャンバから取り出されてオーブン内に載置され、そこ
で６００℃以上の温度に加熱される。６００℃以上の温
度に加熱されると、アモルファスのＬＰＣＶＤ法による
シリコン膜は、固相エピタキシャル法によって処理され
、強い（１１１）の組織の多結晶シリコン膜を形成する
。約６００℃以上の温度で、アモルファス・シリコンは
再結晶してポリシリコンになる。その工程は、６００℃
〜７００℃において非常にゆっくりと行われる。理想的
な範囲は、約８００℃ないし約１，０００℃である。１
つの好適な工程は、アモルファス層を約８００℃で３０
分間加熱し、次に１，０００℃まで３０分かけて傾斜的
に昇温するステップを含む。アモルファス・シリコンの
堆積に引き続いて、この層は８７０℃でりんを添加され
、次に１，０００℃で乾燥したＯ２　内で酸化される。 ポリシリコンに添加するりん（ｎ型）の代りに、ホウ素
（ｐ型）とヒ素（ｎ型）を使用することができる。３者
の内、りんが最善の選択であるが、その理由は、これに
よって、より効果的にポリシリコンに不純物を添加する
ことができるからである。

【００２３】抵抗加熱素子３４を形成した後、加熱板構
造の残りの部分を技術上周知の従来の方法によって形成
するが、これを以下に要約する。サーマル・インク・ジ
ェット・プリントヘッドの構造とこれをシリコン・ウェ
ーハから形成する工程のより詳細な説明は、上記に含ま
れる特許のいずれかを読むことによって得ることができ
る。抵抗加熱素子３４を形成した後、下塗り３９上と加
熱素子３４の端部を覆うように、一般的にはアルミのリ
ード線である共通帰線３５とアドレス電極３３を堆積す
る。チャネル板３１を取り付けて、プリントヘッドを作
成してから、共通帰線の端部すなわち端子を所定の位置
に位置決めしてドータボード１９の電極に対してワイヤ
・ボンドを行う隙間を残す。共通帰線３５とアドレス電
極３３を０．５〜３ミクロンの厚さに堆積するが、好適
な厚さは１．５ミクロンである。

【００２４】好適な実施例において、二酸化シリコンの
熱酸化物層１７は、高温の流れの中でポリシリコンの加
熱素子３４から成長させる。熱酸化物層は、一般的には
０．５ミクロン〜１ミクロンの厚さに成長させ、加熱素
子３４を導電性のインクから保護し絶縁する。ポリシリ
コンの加熱素子の端部にある熱酸化物を取り除いて、ア
ドレス電極３３と共通帰線３５を取り付け、次にこの両
者をパターン化して、堆積する。電極のパッシベーショ
ンの前に、プリントヘッドの動作中に崩壊するインクの
気化物質の気泡によって発生するキャビテーションの力
から加熱素子の保護層１７をさらに保護するため、これ
の上に約１ミクロンの厚さにタンタル（Ｔａ）層（図示
せず）を任意に堆積してもよい。このタンタル層は、例
えば、ＣＦ　４／Ｏ２　のプラズマ・エッチングを使用
して、加熱素子の真上の保護層１７を除く全ての部分か
らエッチングによって取り除かれる。電極のパッシベー
ションのため、２ミクロンの厚さのりんを添加したＣＶ
Ｄ法による二酸化シリコン膜１６を、複数組の加熱素子
とアドレス電極を含むウェーハ表面全体に堆積する。パ
ッシベーション膜１６によって絶縁隔壁が設けられ、こ
れによって露出した電極をインクから保護する。例えば
、ポリイミド、プラズマ窒化物ならびに上述のりんを添
加した二酸化シリコンまたはそれらのいずれかの組合せ
といった他の絶縁隔壁を使用してもよい。効果的な絶縁
隔壁層は、その厚さが１０００オングストロームと１０
ミクロンの間の場合に達成され、好適な厚さは１ミクロ
ンである。後程ドータボードの電極にワイヤ・ボンドす
るため、共通帰線とアドレス電極の端子の端部からパッ
シベーション膜すなわち層１６をエッチングによって取
り除く。この二酸化シリコン膜のエッチングは、湿式ま
たは乾式エッチング法のいずれでもよい。または、電極
のパッシベーションは、プラズマにによって堆積したシ
リコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４　）により行なってもよい。

【００２５】次に、１０ミクロンと１００ミクロンの間
、好ましくは２５ミクロンないし５０ミクロンの範囲の
厚さを有する、例えばＲｉｓｔｏｎ（登録商標）、Ｖａ
ｃｒｅｌ（登録商標）、Ｐｒｏｂｉｍｅｒ５２（登録商
標）またはポリイミド等の厚膜形の絶縁層１８を、パッ
シベーション層１６の上に形成する。絶縁層１８は、フ
ォトリゾグラフィーによって処理されて、凹部２６を形
成する各加熱素子３４の上、マニフォールド２４からイ
ンク・チャネル２０へインクの通路を設ける長く延びた
凹部３８の上、および各電極端子３２、３Ｂ７上の層１
８の当該部分のエッチングと除去を可能にする。長く延
びた凹部３８は、この部分の厚膜層１８を除去すること
によって形成される。したがって、パッシベーション層
１６のみが、この長く延びた凹部３８内のインクに電極
３３がさらされるのを保護する。それぞれの層１８は、
インクがマニフォールドからチャネルに流れるように、
予め定められた位置でフォトリゾグラフィーによってパ
ターン化およびエッチングされて加熱素子３４とその保
護層１７から取り除かれ、また電極端子３２、３７から
取り除かれ、その結果、壁４２と壁１５を有する凹部す
なわちピットが形成され、上記の壁４２によって各加熱
素子が露出され、また上記の壁１５によって長く延びた
凹部が形成されてインク・チャネルをマニフォールドに
対して開口する。 凹部の壁４２は、凹部２６の底部にありパルスを加えた
加熱素子によって発生される各気泡の横方向への移動を
阻止し、したがって気泡が、この凹部の壁４２に対して
直角の方向に成長するのを促進する。したがって、米国
特許番号第４，６３８，３３７　号で開示されたように
、気化したインクの破裂を許す破裂現象は回避される。

【００２６】米国特許第４，６０１，７７７　号明細書
と米国特許第４，６３８，３７７　号明細書に開示され
たように、チャネル板は２面研磨の（１００）のシリコ
ン・ウェーハから形成され、プリントヘッド用の複数の
上部基板３１を作る。 ウェーハを化学的に洗浄してから、熱分解されたＣＶＤ
法によるシリコン窒化物層（図示せず）を両面に堆積す
る。従来のフォトリゾグラフィーを使用して、複数のチ
ャネル板３１それぞれの充填孔２５のバイアと所定の位
置の位置合せ用の開口部（図示せず）の少なくとも２つ
のバイアをウェーハの１つの面に印刷する。シリコン窒
化物は、充填孔と位置合せ開口部を表すパターン化され
たバイアらプラズマ・エッチングで除去される。充填孔
と位置合せ開口部のエッチングに、苛性カリ（ＫＯＨ）
の異方性エッチングを使用してもよい。この場合、（１
００）のウェーハの（１１１）の面は、このウェーハ表
面と５４．７°の角度になる。充填孔は、１つの側部当
り約２０ミル（０．５ミリ）の小さな正方形の表面パタ
ーンであり、位置合せ開口部は、約６０ミル〜８０ミル
（１．５〜２ミリの正方形）である。したがって、位置
合せ開口部は、２０ミル（０．５ミリ）の厚さのウェー
ハを介して完全にエッチングされ、一方充填孔は、ウェ
ーハの約半分から４分の３の位置で終わるようにエッチ
ングされる。比較的小さい正方形の充填孔は、連続的な
エッチングによってサイズがさらに拡大しても不変であ
り、その結果、位置合せ開口部と充填孔のエッチングは
、それ程時間的に制約されない。次に、先にエッチング
した位置合せ孔を基準として使用して、ウェーハの反対
側をフォトリゾグラフィーによってパターン化し、最終
的にはインクのマニフォールドとプリントヘッドのチャ
ネルになる比較的大きな長方形の凹部２４と、複数組の
長く延び平行なチャネルの凹部を形成する。マニフォー
ルドとチャネル状の凹部を有するウェーハの表面は、（
シリコン窒化物層によってカバーされた）当初のウェー
ハの表面の部分であり、その後そこに接着剤を塗布し、
これを複数組の加熱素子を有する基板に接着する。最後
にダイスによって切断し、端部の面２９を作り、ノズル
２７を作る長く延びた溝２０の一方の端部を開ける。チ
ャネル状の溝２０の他端は、端部２１によって塞がれた
ままである。しかし、チャネル板を加熱板に対して位置
合わせし、接着することによって、チャネル２０の端部
２１は、図５に示すように、厚膜の絶縁層１８内の長く
延びた凹部３８の真上に位置する。

【００２７】要約すれば、本発明はサーマル・インク・
ジェット変換器の抵抗加熱素子の改良された製作方法に
関する。最初にアモルファス・シリコン膜を堆積し、次
にこれを加熱する結果、再結晶が発生し、その結果得ら
れる多結晶膜の抵抗加熱素子は、（１１１）の組織を有
する。その結果得られる抵抗加熱素子の組織は、従来の
方法を使用して達成された組織よりもはるかに均一であ
り、したがって、サーマル・インク・ジェット・プリン
トヘッド・換器は、よりタイトな抵抗制御とより長い寿
命を示す。さらに、の表面の滑らかさが増すために、抵
抗加熱素子はキャビテーションによる損傷や電気移動の
応力を受け難くなり、また固有応力が減少する。

【００２８】本発明を特定の好適な実施例を参照して説
明したが、本発明は、ここで与えられた具体例に限定さ
れるものではない。上記の請求項の精神および範囲から
逸脱するこなく、当業者によって他の実施例および変形
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を含むキャリッジ型のサーマル・インク
・ジェット印刷システムの概略斜視図である。

【図２】ドータボードおよび固定して取り付けたプリン
トヘッドの平面図であり、ドータボードの電極の一端に
ワイヤ・ボンドしたプリントヘッドの電極の端子を示す
。

【図３】図２に示したドータボードに取り付けられたプ
リントヘッドの拡大平面図である。

【図４】ドータボードに取り付けたインク小滴を吐出す
るノズルを示すプリントヘッドの拡大斜視図である。

【図５】プリントヘッドのノズルを形成するチャネルの
１つ通るプリントヘッドを通過する線に沿ったプリント
ヘッドの拡大断面図である。

【符号の説明】

１０　　サーマル・インク・ジェット印刷装置１９　　
ドータボード ２８　　加熱素子板 ３４　　抵抗加熱素子 ３９　　下塗り層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板上に抵抗加熱素子を形成する方法
   において、上記の方法は： ａ）上記の基板上にアモルファス・シリコン膜を堆積す
   るステップ；および ｂ）上記の堆積されたアモルファス・シリコン膜を加熱
   し、その結果、上記のアモルファス・シリコン膜に対し
   て固相エピタキシャルによる処理を行ない、（１１１）
   の多結晶シリコン膜を形成するステップ；によって構成
   されることを特徴とする方法。