JPH04320847A - インクジェット記録ヘッド用基体、インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置 - 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、電気熱変換素子と記録
用機能素子を基板上に形成した記録ヘッド用基体、この
記録ヘッド用基体を採用した記録ヘッド、およびこの記
録ヘッドを採用し、複写機、ファクシミリ、ワードプロ
セッサ、ホストコンピュータの出力用プリンタ、ビデオ
出力プリンタ等に用いられるインクジェット記録装置に
関する。

【０００２】

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

【０００３】上述したヘッド構成に対して考慮される構
造の簡易化、あるいは製造工程で生ずる不良の低減化、
さらには各素子の特性の均一化および再現性の向上を目
的として、特開昭５７ー７２８６７号公報において提案
されているような電気熱変換素子と機能素子を同一基板
上に設けた記録ヘッドを有するインクジェット記録装置
が知られている。

【０００４】図２３は上述した構成による記録ヘッド用
基体の一部分を示す摸式的断面図である。９０１は単結
晶シリコンからなる半導体基板である。９０２はＮ型半
導体のエピタキシャル領域、９０３は高不純物濃度のＮ
型半導体のオーミックコンタクト領域、９０４はＰ型半
導体のベース領域、９０５は高不純物濃度Ｎ型半導体の
エミッタ領域であり、これらでバイポーラトランジスタ
９２０を形成している。９０６は蓄熱層および層間絶縁
層としての酸化シリコン層、９０７は発熱抵抗層、９０
８はアルミニウム（Ａｌ）の配線電極、９０９は保護層
としての酸化シリコン層であり、以上で記録ヘッド用の
基体９３０を形成している。ここでは９４０が発熱部と
なる。この基体９３０上に天板、液路が形成されて記録
ヘッドを構成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した様
な構造が優れているとはいえ、近年記録装置に対して強
く要求される高速駆動化、省エネルギー化、高集積化、
低コスト化、高信頼性を満足するためには未だ改善の余
地がある。

【０００６】まず第１に、高信頼性を有する記録ヘッド
を低価格で提供しなければならない。そのためには、従
来記録ヘッドの寿命を決定する発熱抵抗層露出端部に改
良をほどこす必要があった。

【０００７】つまり従来の記録ヘッド用の基体は、ウェ
ット処理によってＡｌ等の配線材を除去した場合はＡｌ
が等方的に除去され、図２４に示す様な抵抗体形状すな
わち発熱部形状を有していた。またＲＩＥ等ドライエッ
チングによりＡｌの配線電極９０８を除去すると更にＡ
ｌの接続端面であるエッジ部９１０は垂直に立ってしま
う。本電気熱変換素子を駆動する際、電圧を印加するこ
とにより図２４中の矢印に示す如く電流が流れる。電流
密度は各エッジ部９１０の下側の発熱抵抗層露出端部９
０７Ａあるいは９０７Ｂにおいて８．２×１０７　Ａ／
ｃｍ２　に達する。この値は、配線電極９０８内の電流
密度が１．７×１０６　Ａ／ｃｍ２　、抵抗体９０７の
中央部９０７Ｃにおける電流密度１．０３×１０７　Ａ
／ｃｍ２　に比較して異状に大きな値である。

【０００８】発熱抵抗層端部９０７Ａあるいは９０７Ｂ
におけるこの電流密度の集中が発熱抵抗層９０７の一部
を切断することが、記録ヘッドの寿命を決定することが
判明した。

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

【００１０】また、来電極の接続端面であるエッジ部９
１０および各側面が垂直に近く立っているがゆえに、ス
テップカバレージを良くするため層間膜９０６及び保護
膜９０９の厚さをそれぞれ１．２５μｍ，１．０μｍ程
度の厚さが必要であった。

【００１１】これらの従来の厚い絶縁膜は以下の様な問
題を内在していた。

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

【００１３】また１．０μｍもの厚い保護膜は発熱部９
４０で発生した熱がインクへ伝わる際の熱抵抗として界
在し、抵抗体の駆動電力を大きくする必要があり、且つ
熱伝導遅延により周波数特性を劣化させていた。

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

【００１５】よって、ヘッドの低コスト化、高性能化、
低消費電力化を達成するには、層間膜と保護膜のステッ
プカバレージ性を維持し且つ薄膜化を図ることが、新機
能ヘッドにとって不可欠であると確信した。

【００１６】この様に高信頼性、低コスト、高速駆動、
低消費のヘッドを均一に作製するために、新しい発想の
もとに記録ヘッドの構成を見出さねばならない。

【００１７】本発明の目的は上述した技術的課題を解決
し、寿命が長く信頼性の高い記録ヘッド用基体および記
録ヘッドを低価格で提供することにある。本発明の別の
目的は、高速記録、高解像度記録可能な記録ヘッド用基
体、記録ヘッドおよびインクジェット記録装置を提供す
ることにある。本発明の他の目的は、消費電力が少なく
てすむ省エネルギーな記録ヘッド用基体、記録ヘッドお
よびインクジェット記録装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の記録ヘッド用基
体は、熱エネルギーを発生するための電気熱変換素子群
と、該電気熱変換素子群のそれぞれに電気的に接続され
た電気熱変換素子駆動用の機能素子群と、前記電気熱変
換素子群および機能素子群のそれぞれを接続する配線電
極とが同一基板に設けられた記録ヘッド用基体において
、前記配線電極の接続端面が、電気熱変換素子表面の法
線に対して３０度以上７５度以下の角度を有して形成、
更に望ましくは４５度以上７０度以下に形成されている
ことを特徴とするものである。

【００１９】配線電極や機能素子群の側面が、電気熱変
換素子表面の法線に対して３０度以上７５度以下の角度
を有して形成されていてもよい。

【００２０】また、本発明の記録ヘッドは、インクを吐
出するための複数の吐出口を有するインク吐出部を有す
るとともに、該インク吐出部に供給されたインクを吐出
するために利用される熱エネルギーを発生する電気熱変
換素子群と、該電気熱変換素子群のそれぞれに電気的に
接続された電気熱変換素子駆動用の機能素子群と、前記
電気熱変換素子群および機能素子群のそれぞれを接続す
る配線電極とが基板に設けられた基体を具備する記録ヘ
ッドにおいて、前記基体の配線電極の接続端面が、電気
熱変換素子表面の法線に対して３０度以上７５度以下の
角度を有して形成、更に望ましくは４５度以上７０度以
下に形成されていることを特徴とするものである。

【００２１】基体の配線電極や機能素子群の側面が、電
気熱変換素子表面の法線に対して３０度以上７５度以下
の角度を有して形成されていてもよい。

【００２２】さらに、本発明のインクジェット記録装置
は、インクを吐出するための複数の吐出口を有するイン
ク吐出部を有するとともに、該インク吐出部に供給され
たインクを吐出するために利用される熱エネルギーを発
生する電気熱変換素子群と、該電気熱変換素子群のそれ
ぞれに電気的に接続された電気熱変換素子駆動用の機能
素子群と、前記電気熱変換素子群および機能素子群のそ
れぞれを接続する配線電極とが基板に設けられた基体を
具備する記録ヘッドと、前記吐出口から吐出されたイン
クによって記録がなされる被記録部材を前記記録ヘッド
のインク吐出部に対向して搬送する搬送手段とを有する
インクジェット記録装置において、前記基体の配線電極
の接続端面が、前記電気熱変換素子表面の法線に対して
３０度以上７５度以下の角度を有して形成されているこ
とを特徴とするものである。

【００２３】基体の配線電極や機能素子群の側面が、電
気熱変換素子表面の法線に対して３０度以上７５度以下
の角度を有して形成されていてもよい。

【００２４】記録ヘッドは、最大被記録部材の全幅にわ
たって吐出口が複数形成されたフルラインタイプである
ことが可能である。

【００２５】

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

【００２６】図１は、本発明による記録ヘッド用基体の
模式的断面図である。

【００２７】記録ヘッド用基体としての基体１００は、
電気熱変換素子である発熱部１１０と駆動用機能素子で
あるバイポーラ型のＮＰＮトランジスタ１２０とをＰ型
シリコン基板１上に形成したものである。

【００２８】図１において、１はＰ型シリコン基板、２
は機能素子を構成するためのＮ型コレクタ埋込領域、３
は機能素子分離のためのＰ型アイソレーション埋込領域
、４はＮ型エピタキシャル領域、５は機能素子を構成す
るためのＰ型ベース領域、６は素子分離のためのＰ型ア
イソレーション埋込領域、７は機能素子を構成するため
のＮ型コレクタ埋込領域、８は素子を構成するための高
濃度Ｐ型ベース領域、９は素子分離のための高濃度Ｐ型
アイソレーション領域、１０は素子を構成するためのＮ
型エミッタ領域、１１は素子を構成するための高濃度Ｎ
型コレクタ領域、１２はコレクタ・ベース共通電極、１
３はエミッタ電極、１４はアイソレーション電極である
。ここに、ＮＰＮトランジスタ１２０が形成されており
、２，４，７，１１のコレクタ領域がエミッタ領域１０
とベース領域５，８とを完全に包囲するように形成され
ている。また、素子分離領域として、Ｐ型アイソレーシ
ョン埋込領域、Ｐ型アイソレーション領域７、高濃度Ｐ
型アイソレーション領域により各セルが包囲され電気的
に分離されている。

【００２９】ここで、ＮＰＮトランジスタ１２０は、Ｎ
型コレクタ埋込領域２およびＮ型コレクタ埋込領域２を
介してＰ型シリコン基板１上に形成された２つの高濃度
Ｎ型コレクタ領域１１と、Ｎ型コレクタ埋込領域２およ
びＰ型ベース領域５を介して高濃度Ｎ型コレクタ領域１
１の内側に形成された２つの高濃度Ｐ型ベース領域８と
、Ｎ型コレクタ埋込領域２およびＰ型ベース領域５を介
して高濃度Ｐ型ベース領域８に挟まれて形成された高濃
度Ｎ型エミッタ領域１０とによりＮＰＮトランジスタの
構造を有するが、高濃度Ｎ型コレクタ領域１１と高濃度
Ｐ型ベース領域８とがコレクタ・ベース共通電極１２に
より接続されることによりダイオードとして動作する。 また、ＮＰＮトランジスタ１２０に隣接して、素子分離
領域としてのＰ型アイソレーション埋込領域３，Ｐ型ア
イソレーション領域６および高濃度Ｐ型アイソレーショ
ン領域９が順次形成されている。また、発熱抵抗層１０
３が、Ｎ型エピタキシャル領域４，蓄熱層１０１および
層間膜１０２を介してＰ型シリコン基板１上に形成され
ており、発熱抵抗層１０３上に形成された配線電極１０
４が切断されて接続端面である２個のエッジ部１０４１
　をそれぞれ形成することにより、発熱部１１０が構成
されている。

【００３０】前記記録ヘッド用の基体１００は全面が熱
酸化膜等で形成される蓄熱層１０１で覆われており、機
能素子から各電極１２，１３，１４がＡｌ等で形成され
ている。なお、各電極１２，１３，１４は、図２および
図３に拡大（電極１４、エミッタ、コレクタ、ベース等
は省略）して示すように、法線に対して角度θ（３０度
以上７５度以下）の傾いた側面（端部）を有している。

【００３１】本実施例の基体１００は、上述した駆動部
（機能素子）を有する記録ヘッド用のＰ型シリコン基板
１上に、コレクタ・ベース共通電極１２、エミッタ電極
１３およびアイソレーション電極１４が形成された蓄熱
層１０１で覆ったもので、その上層にはＰＣＶＤ法やス
パッタリング法による酸化シリコン膜等からなる層間膜
１０２が形成されている。各電極１２，１３，１４を形
成するＡｌ等は傾いた側面を有するため、層間膜１０２
のステップカバレージ性が非常に優れているので、層間
膜１０２を従来に比較して蓄熱効果を失わない範囲で薄
く形成することができる。層間膜１０２を部分的に開孔
して、コレクタ・ベース共通電極１２、エミッタ電極１
３およびアイソレーション電極１４と電気的に接続し、
かつ層間膜１０２上で電気的な配線を形成するためのＡ
ｌ等の配線電極１０４が設置される。すなわち、層間膜
１０２を部分的に開孔した後に、スパッタリング法によ
るＨｆＢ２　等の発熱抵抗層１０３と、蒸着法あるいは
スパッタリング法によるＡｌ等の配線電極１０４で構成
された電気熱変換素子が設けられている。ここで、発熱
抵抗層１０３を構成する材料としては、Ｔａ，ＺｒＢ２
　，Ｔｉ−Ｗ，Ｎｉ−Ｃｒ，Ｔａ−Ａｌ，Ｔａ−Ｓｉ，
Ｔａ−Ｍｏ，Ｔａ−Ｗ，Ｔａ−Ｃｕ，Ｔａ−Ｎｉ，Ｔａ
−Ｎｉ−Ａｌ，Ｔａ−Ｍｏ−Ａｌ，Ｔａ−Ｍｏ−Ｎｉ，
Ｔａ−Ｗ−Ｎｉ，Ｔａ−Ｓｉ−Ａｌ，Ｔａ−Ｗ−Ａｌ−
Ｎｉ等がある。

【００３２】図４は電気熱変換素子の拡大された断面図
であり、図５は電気熱変換素子の拡大された平面図であ
る。

【００３３】Ａｌ等の配線電極１０４は、法線に対して
３０度以上の傾いた接続端面であるエッジ部１０４１　
および側面１０４２　を有している。さらに、図１に示
す電気熱変換素子の発熱部１１０上には、スパッタリン
グ法またはＣＶＤ法によってＳｉＯ２　，ＳｉＮ，Ｓｉ
ＯＮ等の保護膜１０５およびＴａ等の保護膜１０６が設
けられている。

【００３４】さらに、この基体１００は、配線電極１０
４のエッジ部１０４１　および両側面１０４２　（図５
参照）の形状が直線状のテーパーとなっていることと、
コレクタ・ベース共通電極１２，エミッタ電極１３およ
びアイソレーション電極１４のエッジ部，両側面の形状
も、図２，図３にそれぞれ示すように、直線状のテーパ
ーとなっていることである。

【００３５】したがって、この基体１００では、発熱部
１１０における電流の流れは、図６に示すように、配線
電極１０４のエッジ部１０４１　の下方に集中すること
がない。たとえば、一実験結果によると、配線電極１０
４のエッジ部１０４１　の下方における電流密度をエッ
ジ部１０４１　の形状がほぼ垂直なときの８．２×１０
７　Ａ／ｃｍ２　から２．６×１０７　Ａ／ｃｍ２　に
まで低減することができる。その結果、発熱抵抗層２３
の一部切断を防止することができるため、たとえばこの
基体１００を用いて記録ヘッドを構成した一実験結果に
よると、記録ヘッドの耐久性を７×１０７　パルスから
１×１０９　パルスにまで大幅に延ばすことができた。

【００３６】また、第１の保護膜１０５におけるステッ
プカバレージ性も極めて良好にすることができるため、
第１の保護膜１０５の厚さをエッジ部１０４１　の形状
がほぼ垂直なときよりも薄く（たとえば、１．０μｍか
ら０．６μｍ）することができた。その結果、発熱部１
１０で発生した熱エネルギーを効率的にかつ高速にイン
クに伝達することができるとともに、第１の保護膜１０
５を形成する装置のスループットを約２倍にすることが
できた。なお、以下では配線電極以外の各電極に関して
は、エッジ部（接続端面）についても側面と記す。

【００３７】次に、上述した構成による機能素子（駆動
部）の基本動作について説明する。図７は図１に示した
基体１００の駆動方法を説明するための模式図である。

【００３８】本実施例では、図１および図７に示すよう
に、コレクタ・ベース共通電極１２がダイオードのアノ
ード電極に対応し、エミッタ電極１３がダイオードのカ
ソード電極に対応している。すなわち、コレクタ・ベー
ス共通電極１２に正電位のバイアス（ＶＨ１）を印加す
ることにより、セル（ＳＨ１，ＳＨ２）内のＮＰＮトラ
ンジスタがターンオンし、バイアス電流がコレクタ電流
およびベース電流として、エミッタ電極１３より流出す
る。また、ベースとコレクタとを短絡した構成にした結
果、電気熱変換素子（ＲＨ１，ＲＨ２）の熱の立上がり
および立下がり特性が良好となり膜沸騰現象の生起、そ
れに伴う気泡の成長収縮の制御性がよくなり安定したイ
ンクの吐出を行うことができた。これは、熱エネルギー
を利用するインクジェット記録ヘッドではトランジスタ
の特性と膜沸騰の特性との結び付きが深く、トランジス
タにおける少数キャリアの蓄積が少ないためスイッチン
グ特性が速く立上がり特性がよくなることが予想以上に
大きく影響しているものと考えられる。また、比較的寄
生効果が少なく、素子間のバラツキがなく、安定した駆
動電流が得られるものでもある。

【００３９】本実施例においては、さらに、アイソレー
ション電極１４を接地することにより、隣接する他のセ
ルへの電荷の流入を防ぐことができ、他の素子の誤動作
という問題を防ぐことができる構成となっている。

【００４０】このような半導体装置においては、Ｎ型コ
レクタ埋込領域２の濃度を１×１０１８ｃｍー３以上と
すること、Ｐ型ベース領域５の濃度を５×１０１４〜５
×１０１７ｃｍー３とすること、さらには、高濃度ベー
ス領域８と電極との接合面の面積をなるべく小さくする
ことが望ましい。このようにすれば、ＮＰＮトランジス
タからＰ型シリコン基板１およびアイソレーション領域
を経てグランドにおちる漏れ電流の発生を防止すること
ができる。

【００４１】上記基体の駆動方法についてさらに詳述す
る。

【００４２】図７には、２つの半導体機能素子（セル）
が示されているだけであるが、実際には、このような機
能素子がたとえば１２８個の電気熱変換素子に対応して
同数等間隔に配置され、ブロック駆動が可能なように電
気的にマトリクス接続されている。ここでは、説明の簡
単のため、同一グループに２つのセグメントとしての電
気熱変換素子ＲＨ１，ＲＨ２の駆動について説明する。

【００４３】電気熱変換素子ＲＨ１を駆動するためには
、まずスイッチング信号Ｇ１によりグループの選択がな
されるとともに、スイッチング信号Ｓ１により電気熱変
換素子ＲＨ１が選択される。すると、トランジスタ構成
のダイオードセルＳＨ１は正バイアスされ電流が供給さ
れて電気熱変換素子ＲＨ１は発熱する。この熱エネルギ
ーが液体に状態変化を生起させて、気泡を発生させ吐出
口より液体を吐出する。

【００４４】同様に、電気熱変換素子ＲＨ２を駆動する
場合にも、スイッチング信号Ｇ１およびスイッチング信
号Ｓ２により電気熱変換素子ＲＨ２を選択して、ダイオ
ードセルＳＨ２を駆動し電気熱変換体に電流を供給する
。

【００４５】このとき、Ｐ型シリコン基板１はアイソレ
ーション領域３，６，９を介して接地されている。この
ように各半導体素子（セル）のアイソレーション領域３
，６，９が設置されることにより各半導体素子間の電気
的な干渉による誤動作を防止している。

【００４６】こうして構成された基体１００は、図８に
示すように、複数の吐出口５００に連通する液路５０５
を形成するための感光性樹脂などからなる液路壁部材５
０１と、インク供給口５０３を有する天板５０２とが取
り付けられて、インクジェット記録方式の記録ヘッド５
１０とすることができる。この場合、インク供給口５０
３から注入されるインクが内部の共通液室５０４へ蓄え
られて各液路５０５へ供給され、その状態で基体１００
の発熱部１１０を駆動することで、吐出口５００からイ
ンクの吐出がなされる。

【００４７】次に、本実施例に係る記録ヘッド５１０の
製造工程について説明する。

【００４８】（１）Ｐ型シリコン基板１（不純物濃度１
×１０１２〜１×１０１６ｃｍー３程度）の表面に、８
０００Å程度のシリコン酸化膜を形成した後、各セルの
Ｎ型コレクタ埋込領域２を形成する部分のシリコン酸化
膜をフォトリソグラフィー工程で除去した。シリコン酸
化膜を形成した後、Ｎ型の不純物（たとえば、Ｐ，Ａｓ
など）をイオン注入し、熱拡散により不純物濃度１×１
０１８ｃｍー３以上のＮ型コレクタ埋込領域２を厚さ２
〜６μｍほど形成し、シート抵抗が３０Ω／□以下の低
抵抗となるようにした。続いて、Ｐ型アイソレーション
埋込領域３を形成する領域のシリコン酸化膜を除去し、
１０００Å程度のシリコン酸化膜を形成した後、Ｐ型不
純物（たとえば、Ｂなど）をイオン注入し、熱拡散によ
り不純物濃度１×１０１５〜１×１０１７ｃｍー３以上
のＰ型アイソレーション埋込領域３を形成した（以上図
９）。

【００４９】（２）全面のシリコン酸化膜を除去した後
、Ｎ型エピタキシャル領域４（不純物濃度１×１０１３
〜１×１０１５ｃｍー３程度）を厚さ５〜２０μｍ程度
エピタキシャル成長させた（以上図１０）。

【００５０】（３）次に、Ｎ型エピタキシャル領域４の
表面に１０００Å程度のシリコン酸化膜を形成し、レジ
ストを塗布し、パターニングを行い、低濃度Ｐ型ベース
領域５を形成する部分にのみＰ型不純物をイオン注入し
た。レジスト除去後、熱拡散によって低濃度Ｐ型ベース
領域５（不純物濃度１×１０１４〜１×１０１７ｃｍー
３程度）を厚さ５〜１０μｍほど形成した。その後、再
びシリコン酸化膜を全面除去し、さらに８０００Å程度
のシリコン酸化膜を形成した後、Ｐ型アイソレーション
領域６を形成すべき領域のシリコン酸化膜を除去し、Ｂ
ＳＧ膜を全面にＣＶＤ法を用いて堆積し、さらに、熱拡
散によって、Ｐ型アイソレーション埋込領域３に届くよ
うに、Ｐ型アイソレーション領域６（不純物濃度１×１
０１８〜１×１０２０ｃｍー３程度）を厚さ１０μｍ程
度形成した。ここでは、ＢＢｒ３　を拡散源として用い
てＰ型アイソレーション領域６を形成することも可能で
ある（以上図１１）。

【００５１】（４）ＢＳＧ膜を除去した後、８０００Å
程度のシリコン酸化膜を形成し、さらに、Ｎ型コレクタ
領域７を形成する部分のみシリコン酸化膜を除去した後
、Ｎ型の固相拡散およびリンイオンを注入しあるいは熱
拡散によって、コレクタ埋込領域５に届きかつシート抵
抗が１０Ω／□以下の低抵抗となるようにＮ型コレクタ
領域７（不純物濃度１×１０１８〜１×１０２０ｃｍー
３程度）を形成した。このとき、Ｎ型コレクタ領域７の
厚さは約１０μｍとした。続いて、１２５００Å程度の
シリコン酸化膜を形成し、蓄熱層１０１（図１３参照）
を形成した後、セル領域のシリコン酸化膜を選択的に除
去した後、２０００Å程度のシリコン酸化膜を形成した
。

【００５２】レジストパターニングを行い、高濃度ベー
ス領域８および高濃度アイソレーション領域９を形成す
る部分にのみＰ型不純物の注入を行った。レジストを除
去した後、Ｎ型エミッタ領域１０および高濃度Ｎ型コレ
クタ領域１１を形成すべき領域のシリコン酸化膜を除去
し、熱酸化膜を全面に形成し、Ｎ型不純物を注入した後
、熱拡散によってＮ型エミッタ領域１０および高濃度Ｎ
型コレクタ領域１１を同時に形成した。なお、Ｎ型エミ
ッタ領域１０および高濃度Ｎ型コレクタ領域１１の厚さ
は、それぞれ１．０μｍ以下、不純物濃度は１×１０１
８〜１×１０２０ｃｍー３程度とした（以上図１２）。

【００５３】（５）さらに、一部電極の接続箇所のシリ
コン酸化膜を除去した後、Ａｌ等を全面堆積し、一部電
極領域以外のＡｌ等を除去した。ここで、Ａｌの除去は
、従来のウエットエッチングとは異なり、フォトレジス
トを後退させながらエッチングを行なう方法において、
傾いた側面を有する配線形状が得られた。

【００５４】エッチング液としては、従来レジストをパ
ターニングするために用いる現像液つまりＴＭＡＨ（テ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）を含有す
る水溶液を用いて良い結果すなわち配線の側壁が法線に
対して約６０度傾いた形状が安定して得られた（以上図
１３）。

【００５５】（６）そして、スパッタリング法により蓄
熱層としての機能も有する層間膜１０２となるＳｉＯ２
　膜を全面に０．６〜１．０μｍ程度形成した。この層
間膜１０２はＣＶＤ法によるものであってもよい。また
ＳｉＯ２　膜に限らずＳｉＯ膜またはＳｉＮ膜であって
もよい。

【００５６】次に、電気的接続をとるために、エミッタ
領域およびベース・コレクタ領域の上部にあたる層間膜
１０２の一部をフォトリソグラフィ法で開口し、スルー
ホールＴＨを形成した（以上図１４）。

【００５７】（７）次に、発熱抵抗層１０３としてのＨ
ｆＢ２　を層間膜１０２上と、電気的接続をとるために
エミッタ領域およびベース・コレクタ領域の上部にあた
る電極１３および電極１２上とに、スルーホールＴＨを
通して１０００Åほど堆積した。

【００５８】（８）発熱抵抗層１０３の上に、電気熱変
換素子の一対の配線電極１０４，１０４およびダイオー
ドのカソード配線電極１０４，アノード配線電極１０９
としてのＡｌ材料からなる層を約５０００Å堆積させ、
ＡｌおよびＨｆＢ２　（発熱抵抗層１０３）をパターニ
ングし、電気熱変換素子とその他配線とを同時に形成し
た。ここで、Ａｌのパターニングは、前記方法と同様で
ある（以上図１５）。 （９）その後、スパッタリング法またはＣＶＤ法により
、電気熱変換素子の保護層およびＡｌ配線間の絶縁層と
してのＳｉＯ２　膜１０５を約６０００Å堆積させた後
、耐キャビテーションのための保護層１０６としてＴａ
を電気熱変換体の発熱部上部に２０００Åほど堆積した
。

【００５９】（１０）以上のようにして作成された電気
熱変換素子、ＴａおよびＳｉＯ２　膜１０５を部分的に
除去し、ボンディング用のパッド１０７を形成した。な
お、保護膜１０５はＳｉＯ２　以外にＳｉＯＮまたはＳ
ｉＮでもよい（以上図１６）。

【００６０】（１１）次に、半導体素子を有する基体に
、インク吐出部５００を形成するための液路壁部材およ
び天板５０２を配設して、それらの内部にインク液路を
形成した記録ヘッドを製造した（以上図１７）。

【００６１】このようにしてそれぞれＡｌ配線電極のテ
ーパーエッチングの液温を変えることによりエッジ部の
法線に対する角度を変えて製造した複数の記録ヘッドに
ついて、それぞれ電気熱変換素子をブロック駆動し、記
録、動作試験を行った。動作試験では、一つのセグメン
トに８個の半導体ダイオードを接続し、各半導体ダイオ
ードに３００ｍＡ（計２．４Ａ）の電流を流したが、他
の半導体ダイオードは誤動作せず、良好な吐出を行うこ
とができた。また、上記記録ヘッドは熱伝達効率がよい
ため、駆動電力が従来の８０％ですみ、かつ高周波応答
性に優れたものである。さらに、寿命、均一性に関して
も優れた特性が得られた。また、配線寸法精度、配線抵
抗ばらつき、初期良品率および耐久試験結果をそれぞれ
調べた。結果を表１に示す。法線に対する角度が３０〜
７５度のものでは、良好な最終判定が得られた。しかし
、法線に対する角度が５度および２８度のものでは、耐
久試験結果により、また８０度のものでは配線寸歩精度
および配線抵抗ばらつきにより、それぞれ良好な判定結
果が得られなかった。

【００６２】

【表１】 　　本実施例において配線電極１０４は、発熱抵抗層に
対して傾いたエッジ部１０４１　を有すると同時に、配
線電極１０４の長手方向においても傾いた側面１０４２
　を有する構造が得られる。

【００６３】しかし、発熱層抵抗端部における電流密度
の集中を緩和する目的からすると、配線電極は、発熱抵
抗層の法線に対して３０度〜７５度の角度を有する接続
端面を有することが必要であり、配線の長手方向の側面
が傾いていることが絶対的な条件ではない。

【００６４】以下に示す手法により、配線電極の接続端
面のみが傾きを有し、長手方向の側面は法線に対して０
〜３０度の垂直に近い構造にすることが可能である。

【００６５】図１８ないし図２１に従って説明する。

【００６６】発熱抵抗層１０３ａとしてのＨｆＢ２　お
よび配線電極１０４ａを形成するＡｌ材料からなる層を
堆積させた後、２度の従来公知のフォトリソ工程の繰り
返しで発熱抵抗層１０３ａと配線電極１０４ａを形成す
る。このとき、配線電極１０４ａのエッチングには従来
用いられているウェットエッチング法あるいはＣｌ系の
ガスによるＲＩＥ等によるドライエッチング法がある。 これらの手法により配線電極１０４ａの長手方向の側面
１０４ｂはほぼ垂直な角度を有する（図１８）。次に、
図１９に示す如く、従来公知の手法によりレジスト１１
１（マスク用フォトレジスト）で発熱抵抗層１０３ａ以
外を覆う。そして、エミッタ電極等を形成する手法と同
様の手法、つまり配線電極１０４ａのエッチング動作時
にレジスト１１１がエッチング後退しても、該エッチン
グ動作終了時にレジスト１１１が配線電極１０４ａの両
側面に達しない程度にレジスト１１１を配線電極１０４
ａ上に形成しておき、配線電極１０４ａをエッチングす
る。なお、この場合、ＴＭＡＨを主成分とする、液温の
異なる２種類のアルカリ性溶液を交互にスプレーして配
線電極１０４をエッチングしてもよい。このようにして
、傾いたエッジ部１０４ｂを発熱抵抗層１０３との接続
部のみに有する構造が得られた（図２０、図２１）。

【００６７】以上述べた構成の記録ヘッド５１０を記録
装置本体に装着して装置本体から記録ヘッド５１０に信
号を付与することにより、高速記録、高画質記録を行う
ことができるインクジェット記録装置を得ることができ
る。

【００６８】次に、本発明の記録ヘッドを用いたインク
ジェット機録装置について図２２を参照して説明する。 図２２は本発明が適用されるインクジェット機録装置７
００の一例を示す概観斜視図である。

【００６９】記録ヘッド５１０は、駆動モータ７０１の
正逆回転に連動して駆動力伝達ギア７０２，７０３を介
して回転するリードスクリュー７０４の螺旋溝７２１に
対して係合するキャリッジ７２０上に搭載されており、
前記駆動モータ７０１の動力によってキャリッジ７２０
とともにガイド７１９に沿って矢印ａ，ｂ方向に往復移
動される。図示しない記録媒体給送装置によってプラテ
ン７０６上に搬送される記録用紙Ｐ用の紙押え板７０５
は、キャリッジ移動方向にわたって記録用紙Ｐをプラテ
ン７０６に対して押圧する。

【００７０】７０７，７０８はフォトカプラであり、キ
ャリッジ７２０のレバー７０９のこの域での存在を確認
して駆動モータ７０１の回転方向切換等を行うためのホ
ームポジション検知手段である。７１０は前述の記録ヘ
ッド５１０の全面をキャップするキャップ部材７１１を
支持する支持部材で、７１２は前記キャップ部材７１１
内を吸引する吸引手段で、キャップ内開口７１３を介し
て記録ヘッド５１０の吸引回復を行う。７１４はクリー
ニングブレードで、７１５はこのブレードを前後方向に
移動可能にする移動部材であり、本体支持板７１６にこ
れらは支持されている。クリーニングブレード７１４は
、この形態でなく周知のクリーニングブレードが本例に
適用できることはいうまでもない。また、７１７は、吸
引回復の吸引を開始するためのレバーで、キャリッジ７
２０と係合するカム７１８の移動に伴って移動し、駆動
モータ７０１からの駆動力がクラッチ切換等の公知の伝
達手段で移動制御される。前記記録ヘッド５１０に設け
られた発熱部１１０に信号を付与したり、前述した各機
構の駆動制御を司ったりする印字制御部は、装置本体側
に設けられている（不図示）。

【００７１】上述のような構成のインクジェット記録装
置７００は、前記記録媒体給送装置によってプラテン７
０６上に搬送される記録用紙Ｐに対し、記録ヘッド５１
０が前記記録用紙Ｐの全幅にわたって往復移動しながら
記録を行うものであり、記録ヘッド５１０は、前述した
ような方法で製造したものを用いているため、高精度で
高速な記録が可能である。

【００７２】以上の説明においては、基体をインクジェ
ット方式の記録ヘッドに採用した例ついて説明したが、
本発明により基体は、たとえば、サーマルヘッド用基体
にも応用できるものである。

【００７３】本発明は、特にインクジェット記録方式の
中でもキヤノン（株）の提唱する、熱エネルギーを利用
してインクを吐出する方式の記録ヘッド、記録装置にお
いて、優れた効果をもたらすものである。

【００７４】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４，７２３，１２９号明細書、同第４，
７４０，７９６号明細書に開示されている基本的な原理
を用いて行なうものが好　ましい。この方式はいわゆる
オンデマンド型、コンティニュアス型のいずれにも適用
可能であるが、特に、オンデマンド型の場合には、液体
（インク）が保持されているシートや液路に対応して配
置されている電気熱変換体に、記録情報に対応していて
核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少なくとも一つ
の駆動信号を印加することによって、電気熱変換体に熱
エネルギーを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸
騰させて、結果的にこの駆動信号に一対一対応し液体（
インク）内の気泡を形成出来るので有効である。この気
泡の成長、収縮により吐出用開口を介して液体（インク
）を吐出させて、少なくとも一つの滴を形成する。この
駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長
収縮が行なわれるので、特に応答性に優れた液体（イン
ク）の吐出が達成でき、より好ましい。このパルス形状
の駆動信号としては、米国特許第４，４６３，３５９号
明細書、同第４，３４５，２６２号明細書に記載されて
いるようなものが適している。なお、上記熱作用面の温
度上昇率に関する発明の米国特許第４，３１３，１２４
号明細書に記載されている条件を採用する　と、さらに
優れた記録を行なうことができる。

【００７５】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体
の組み合わせ構成（直線状液流路または直角液流路）の
他に熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開
示する米国特許第４，５５８，３３３号明細書、米国特
許第４，４５９，６００号明細書を用いた構成も本発明
に含まれるものである。加えて、複数の電気熱変換体に
対して、共通するスリットを電気熱変換体の吐出部とす
る構成を開示する特開昭５９年第１２３６７０号公報や
熱エネルギーの圧力波を吸収する開口を吐出部に対応さ
せる構成を開示する特開昭５９年第１３８４６１号公報
に基づいた構成としても本発明は有効である。

【００７６】さらに、記録装置が記録できる最大記録媒
体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているよう
な複数記録ヘッドの組み合わせによって、その長さを満
たす構成や一体的に形成された一個の記録ヘッドとして
の構成のいずれでもよいが、本発明は、上述した効果を
一層有効に発揮することができる。

【００７７】加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッ
ジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効で
ある。

【００７８】また、本発明の記録装置の構成として設け
られる、記録ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助
手段などを付加することは本発明の効果を一層安定化で
きるので好ましいものである。これらを具体的に挙げれ
ば、記録ヘッドに対しての、キャッピング手段、クリー
ニング手段、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体ある
いはこれとは別の加熱素子あるいはこれらの組み合わせ
による予備加熱手段、記録とは別の吐出を行なう予備吐
出モードを行なうことも安定した記録を行なうために有
効である。

【００７９】さらに、記録装置の記録モードとしては黒
色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッ
ドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによってで
もよいが、異なる色の複色カラーまたは、混色によるフ
ルカラーの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極
めて有効である。

【００８０】以上説明した本発明実施例においては、イ
ンクを液体として説明しているが、室温やそれ以下で固
化するインクであって、室温で軟化もしくは液体あるい
は、上述のインクジェットではインク自体を３０℃以上
７０℃以下の範囲内で温度調整を行なってインクの粘性
を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的
であるから、使用記録信号付与時にインクが液状をなす
ものであればよい。加えて、積極的に熱エネルギーによ
る昇温をインクの固形状態から液体状態への態変化のエ
ネルギーとして使用せしめることで防止するかまたは、
インクの蒸発防止を目的として放置状態で固化するイン
クを用いるかして、いずれにしても熱エネルギーの記録
信号に応じた付与によってインクが液化してインク液状
として吐出するものや記録媒体に到達する時点ではすで
に固化し始めるものなどのような、熱エネルギーによっ
て初めて液化する性質のインク使用も本発明には適用可
能である。このような場合インクは、特開昭５４−５６
８４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に
記載されるような、多孔質シート凹部または貫通孔に液
状または固形物として保持された状態で、電気熱変換体
に対して対向するような形態としてもよい。本発明にお
いては、上述した各インクに対して最も有効なものは、
上述した膜沸騰方式を実行するものである。

【００８１】

【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、電気
熱変換素子と配線電極の接続端面が傾斜面で接触してい
るため、電気熱変換素子端部の電流集中を大幅に緩和す
ることができた。

【００８２】また、下地の配線電極の接続端面が傾きを
もっているため配線電極によって生ずる上部膜の凹凸を
なだらかに形成することができ、優れたステップカバレ
ージを有するため、層間膜及び保護膜の薄膜化が可能と
なった。

【００８３】よって、薄膜化を行うことにより熱伝導効
率があがり低消費電力且つ周波数応答性の良い記録ヘッ
ドが安価に実現できた。また、電流集中を緩和できたた
めに、記録ヘッド用基体および記録ヘッドの寿命が延び
且つ均一な特性のものが得られる様になった。

【００８４】つまり高信頼性、高均一性の記録ヘッド用
基体および記録ヘッドを低コストで得ることができた。

【００８５】また、高速動作も達成できスイッチング特
性が速く、立ち上がり特性が向上し、寄生効果も少ない
ため液体に好適な熱エネルギーを付与することができ吐
出特性が向上した記録ヘッドおよびインクジェット記録
装置が提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による記録ヘッド用基体を示す模式的断
面図である。

【図２】記録ヘッド用基体の電極の断面図である。

【図３】記録ヘッド用基体の電極の平面図である。

【図４】記録ヘッド用基体の電気熱変換素子部の断面図
である。

【図５】記録ヘッド用基体の電気熱変換素子部の平面図
である。

【図６】本発明の実施例の発熱抵抗体中の電流の流れを
示す図である。

【図７】本発明による記録ヘッド駆動方法を説明するた
めの模式図である。

【図８】本発明による記録ヘッドの外観を示す模式的斜
視図である。

【図９】本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を説
明するための模式的断面図である。

【図１０】本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を
説明するための模式的断面図である。

【図１１】本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を
説明するための模式的断面図である。

【図１２】本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を
説明するための模式的断面図である。

【図１３】本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を
説明するための模式的断面図である。

【図１４】本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を
説明するための模式的断面図である。

【図１５】本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を
説明するための模式的断面図である。

【図１６】本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を
説明するための模式的断面図である。

【図１７】本発明による記録ヘッドの製造方法の一例を
説明するための模式的断面図である。

【図１８】本発明による記録ヘッドの製造方法の他の例
を説明するための模式図である。

【図１９】本発明による記録ヘッドの製造方法の他の例
を説明するための模式図である。

【図２０】本発明による記録ヘッドの製造方法の他の例
を説明するための模式図である。

【図２１】本発明による記録ヘッドの製造方法の他の例
を説明するための模式図である。

【図２２】本発明が適用されるインクジェット機録装置
の一例を示す概観斜視図である。

【図２３】従来の記録ヘッド用基体を示す模式的断面図
である。

【図２４】従来例の発熱抵抗体中の電流の流れを示す図
である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　Ｐ型シリコン基板 ２　　　　　　　　Ｎ型コレクタ埋込領域３　　　　　
　　　Ｐ型アイソレーション埋込領域４　　　　　　　
　Ｎ型エピタキシャル領域５　　　　　　　　Ｐ型ベー
ス領域 ６　　　　　　　　Ｐ型アイソレーション領域７　　　
　　　　　Ｎ型コレクタ領域 ８　　　　　　　　高濃度Ｐ型ベース領域９　　　　　
　　　高濃度Ｐ型アイソレーション領域１０　　　　　
　高濃度Ｎ型エミッタ領域１１　　　　　　高濃度Ｎ型
コレクタ領域１２　　　　　　コレクタ・ベース共通電
極１３　　　　　　エミッタ電極 １４　　　　　　アイソレーション電極１００　　　　
記録ヘッド １０１　　　　蓄熱層 １０２　　　　層間膜 １０３　　　　発熱抵抗層 １０４　　　　配線電極 １０５　　　　保護膜 １０６　　　　保護膜 １０７　　　　ボンディングパッド １１０　　　　発熱部 ５００　　　　吐出口 ５０１　　　　液路壁部材 ５０２　　　　天板 ５０３　　　　インク供給口 ５１０　　　　記録ヘッド

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　熱エネルギーを発生するための電気熱
   変換素子群と、該電気熱変換素子群のそれぞれに電気的
   に接続された電気熱変換素子駆動用の機能素子群と、前
   記電気熱変換素子群および機能素子群のそれぞれを接続
   する配線電極とが同一基板に設けられた記録ヘッド用基
   体において、前記配線電極の接続端面が、電気熱変換素
   子表面の法線に対して３０度以上７５度以下の角度を有
   して形成されていることを特徴とする記録ヘッド用基体
   。
2. 【請求項２】　　配線電極の側面が、電気熱変換素子表
   面の法線に対して３０度以上７５度以下の角度を有して
   形成されていることを特徴とする請求項１記載の記録ヘ
   ッド用基体。
3. 【請求項３】　　機能素子群の電極の側面が、電気熱変
   換素子表面の法線に対して３０度以上７５度以下の角度
   を有して形成されていることを特徴とする請求項１また
   は２記載の記録ヘッド用基体。
4. 【請求項４】　　インクを吐出するための複数の吐出口
   を有するインク吐出部を有するとともに、該インク吐出
   部に供給されたインクを吐出するために利用される熱エ
   ネルギーを発生する電気熱変換素子群と、該電気熱変換
   素子群のそれぞれに電気的に接続された電気熱変換素子
   駆動用の機能素子群と、前記電気熱変換素子群および機
   能素子群のそれぞれを接続する配線電極とが基板に設け
   られた基体を具備する記録ヘッドにおいて、前記基体の
   配線電極の接続端面が、電気熱変換素子表面の法線に対
   して３０度以上７５度以下の角度を有して形成されてい
   ることを特徴とする記録ヘッド。
5. 【請求項５】　　基体の配線電極の側面が、電気熱変換
   素子表面の法線に対して３０度以上７５度以下の角度を
   有して形成されていることを特徴とする請求項４記載の
   記録ヘッド。
6. 【請求項６】　　基体の機能素子群の電極の側面が、電
   気熱変換素子表面の法線に対して３０度以上７５度以下
   の角度を有して形成されていることを特徴とする請求項
   ４または５記載の記録ヘッド。
7. 【請求項７】　　インクを吐出するための複数の吐出口
   を有するインク吐出部を有するとともに、該インク吐出
   部に供給されたインクを吐出するために利用される熱エ
   ネルギーを発生する電気熱変換素子群と、該電気熱変換
   素子群のそれぞれに電気的に接続された電気熱変換素子
   駆動用の機能素子群と、前記電気熱変換素子群および機
   能素子群のそれぞれを接続する配線電極とが基板に設け
   られた基体を具備する記録ヘッドと、前記吐出口から吐
   出されたインクによって記録がなされる被記録部材を前
   記記録ヘッドのインク吐出部に対向して搬送する搬送手
   段とを有するインクジェット記録装置において、前記基
   体の配線電極の接続端面が、前記電気熱変換素子表面の
   法線に対して３０度以上７５度以下の角度を有して形成
   されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
8. 【請求項８】　　基体の配線電極の側面が、電気熱変換
   素子表面の法線に対して３０度以上７５度以下の角度を
   有して形成されていることを特徴とする請求項７記載の
   インクジェット記録装置。
9. 【請求項９】　　基体の機能素子群の電極の側面が、電
   気熱変換素子表面の法線に対して３０度以上７５度以下
   の角度を有して形成されていることを特徴とする請求項
   ７または８記載のインクジェット記録装置。
10. 【請求項１０】　　記録ヘッドは、最大被記録部材の全
    幅にわたって吐出口が複数形成されたフルラインタイプ
    であることを特徴とする請求項７、８または９記載のイ
    ンクジェット記録装置。