JPH05185598A - サーマル・インクジェット・プリント装置およびその製造方法 - Google Patents
サーマル・インクジェット・プリント装置およびその製造方法Info
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- JPH05185598A JPH05185598A JP4199302A JP19930292A JPH05185598A JP H05185598 A JPH05185598 A JP H05185598A JP 4199302 A JP4199302 A JP 4199302A JP 19930292 A JP19930292 A JP 19930292A JP H05185598 A JPH05185598 A JP H05185598A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】サーマルインクジェットプリントヘッドの製造
ステップ数および必要な材料数を低減して、製造効率を
高くし、生産コストを下げる。 【構成】MOSFETトランジスタを組み込んだサーマルイン
クジェットプリントヘッドの製造において、ケイ素基板
70上の二酸化ケイ素層72を酸化し、多結晶ケイ素層
90のエッチングの後、その下部の二酸化ケイ素72、
窒化ケイ素76を残して他を除去し、ゲート110を形
成することによって、製造工程を簡略化する。
ステップ数および必要な材料数を低減して、製造効率を
高くし、生産コストを下げる。 【構成】MOSFETトランジスタを組み込んだサーマルイン
クジェットプリントヘッドの製造において、ケイ素基板
70上の二酸化ケイ素層72を酸化し、多結晶ケイ素層
90のエッチングの後、その下部の二酸化ケイ素72、
窒化ケイ素76を残して他を除去し、ゲート110を形
成することによって、製造工程を簡略化する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は広義には改良された設
計のサーマルインクジェット印字ヘッドに関し、より詳
細には改良された印字ヘッドと、MOSFET駆動トランジス
タ回路を印字ヘッド構造に直接集積するその製造方法に
関する。
計のサーマルインクジェット印字ヘッドに関し、より詳
細には改良された印字ヘッドと、MOSFET駆動トランジス
タ回路を印字ヘッド構造に直接集積するその製造方法に
関する。
【0002】
【従来技術と発明が解決しようとする課題】高効率高解
像度の印字システムが大いに必要とされている。この要
求を満たすために、高速で高効率に印字を行うサーマル
インクジェットカートリッジが開発された。かかるカー
トリッジは複数の抵抗器を有する基板と液通したインク
溜めを有する。この抵抗器を選択的に起動することによ
ってインクの熱励起とカートリッジからの射出が発生す
る。代表的なサーマルインクジェットシステムがバック
(Buck)その他の米国特許4、500、895 号、スチュー(Sche
u) の4、513、298 号、クーガ(Cowger)その他の4、794、409
号、ヒューレット・パッカード・ジャーナル(Hewlett
-Packard Journal)、Vol. 36 、No.5(1988年8月)、
ヒューレット・パッカード・ジャーナル、Vol. 39 、N
o. 4 (1988年8月)に説明されており、ここではその
すべてを参照している。
像度の印字システムが大いに必要とされている。この要
求を満たすために、高速で高効率に印字を行うサーマル
インクジェットカートリッジが開発された。かかるカー
トリッジは複数の抵抗器を有する基板と液通したインク
溜めを有する。この抵抗器を選択的に起動することによ
ってインクの熱励起とカートリッジからの射出が発生す
る。代表的なサーマルインクジェットシステムがバック
(Buck)その他の米国特許4、500、895 号、スチュー(Sche
u) の4、513、298 号、クーガ(Cowger)その他の4、794、409
号、ヒューレット・パッカード・ジャーナル(Hewlett
-Packard Journal)、Vol. 36 、No.5(1988年8月)、
ヒューレット・パッカード・ジャーナル、Vol. 39 、N
o. 4 (1988年8月)に説明されており、ここではその
すべてを参照している。
【0003】近年、印字の解像度とサーマルインクジェ
ット印字システムの品質を改善するための研究が進めら
れてきた。印字の解像度は必然的にカートリッジ基板上
に形成される印字抵抗器の数に左右される。最近の回路
製造技術では一つの印字ヘッド基板にかなりの数の抵抗
器を取り付けることができる。しかし、基板に加えられ
る抵抗器の数はカートリッジをプリンタ装置の外部パル
スドライバ回路に電気的に接続するのに用いられる導電
部品によって制限される。すなわち、抵抗器の数が多く
なるとそれに応じて接続パッド、リード等の数も多くし
なければならない。これによって製造/生産コストが上
がり、製造工程中に不良の発生する可能性も高くなる。
ット印字システムの品質を改善するための研究が進めら
れてきた。印字の解像度は必然的にカートリッジ基板上
に形成される印字抵抗器の数に左右される。最近の回路
製造技術では一つの印字ヘッド基板にかなりの数の抵抗
器を取り付けることができる。しかし、基板に加えられ
る抵抗器の数はカートリッジをプリンタ装置の外部パル
スドライバ回路に電気的に接続するのに用いられる導電
部品によって制限される。すなわち、抵抗器の数が多く
なるとそれに応じて接続パッド、リード等の数も多くし
なければならない。これによって製造/生産コストが上
がり、製造工程中に不良の発生する可能性も高くなる。
【0004】この問題を解決するために、パルスドライ
バ回路(たとえば金属酸化膜半導体電界効果トランジス
タ(MOSFET))を抵抗器を有する印字ヘッド基板に直接
組み込んだサーマルインクジェット印字ヘッドが開発さ
れている。この開発についてはヘス(Hess)の米国特許4、
719、477 号、ホーキンス(Hawkins) の4、532、530 号、ホ
ーキンス(Hawkins) の4、947、192 号に説明されている。
ドライバ回路を印字ヘッド基板にこのように組み込むこ
とによって、カートリッジをプリンタ装置に電気的に接
続するのに必要な接続部品の数が低減される。その結
果、生産と動作効率が改善される。
バ回路(たとえば金属酸化膜半導体電界効果トランジス
タ(MOSFET))を抵抗器を有する印字ヘッド基板に直接
組み込んだサーマルインクジェット印字ヘッドが開発さ
れている。この開発についてはヘス(Hess)の米国特許4、
719、477 号、ホーキンス(Hawkins) の4、532、530 号、ホ
ーキンス(Hawkins) の4、947、192 号に説明されている。
ドライバ回路を印字ヘッド基板にこのように組み込むこ
とによって、カートリッジをプリンタ装置に電気的に接
続するのに必要な接続部品の数が低減される。その結
果、生産と動作効率が改善される。
【0005】上述したような高効率の集積印字システム
を生産するために、改良されたMOSFETトランジスタ構造
とこれをサーマルインクジェット印字システムに集積す
る方法の開発に向けた研究が進められてきた。現在、MO
SFET装置はかなりの数の従来のマスキング/エッチング
ステップを用いて製造されている。これらのステップ
は、フィリップス・リサーチ・レポート(Philips Resea
rch Reports)、Vol. 26、No. 3 、157-165 ページ(197
1年6月)のアペルス・ジェイ・エイ(Appels 、J.A.)
その他の“シリコンの局部酸化; 新技術の側面(Local O
xi-dation of Silicon; New Technological Aspects)"
、フィリップス・リサーチ・レポート、Vol.26、No. 3
、166-180 ページ(1971年6月)のクーイ・イー(Kooi
、E.) 、その他の“ロコス・デバイス(Locos Devices)
”、シャワベ(Schwabe) の米国特許4、510、670 号、お
よびマグロウヒル・ブック・カンパニー, ニューヨーク
(McGraw-Hill Book Company 、New York) 、1982年(IS
BN No. 0-07-019238-3)のエリオット・ディ・ジェイ(E
lliott、D.J.) の集積回路組立技術(Integrated Circui
t Fabrication Technology) に説明されており、ここで
はそのすべてを参照している。しかし、MOSFET装置とサ
ーマルインクジェット印字システムの生産においては必
要な材料と製造ステップの数を低減することが常に望ま
しい。その結果、生産コストが下がり、製造効率が高く
なる。
を生産するために、改良されたMOSFETトランジスタ構造
とこれをサーマルインクジェット印字システムに集積す
る方法の開発に向けた研究が進められてきた。現在、MO
SFET装置はかなりの数の従来のマスキング/エッチング
ステップを用いて製造されている。これらのステップ
は、フィリップス・リサーチ・レポート(Philips Resea
rch Reports)、Vol. 26、No. 3 、157-165 ページ(197
1年6月)のアペルス・ジェイ・エイ(Appels 、J.A.)
その他の“シリコンの局部酸化; 新技術の側面(Local O
xi-dation of Silicon; New Technological Aspects)"
、フィリップス・リサーチ・レポート、Vol.26、No. 3
、166-180 ページ(1971年6月)のクーイ・イー(Kooi
、E.) 、その他の“ロコス・デバイス(Locos Devices)
”、シャワベ(Schwabe) の米国特許4、510、670 号、お
よびマグロウヒル・ブック・カンパニー, ニューヨーク
(McGraw-Hill Book Company 、New York) 、1982年(IS
BN No. 0-07-019238-3)のエリオット・ディ・ジェイ(E
lliott、D.J.) の集積回路組立技術(Integrated Circui
t Fabrication Technology) に説明されており、ここで
はそのすべてを参照している。しかし、MOSFET装置とサ
ーマルインクジェット印字システムの生産においては必
要な材料と製造ステップの数を低減することが常に望ま
しい。その結果、生産コストが下がり、製造効率が高く
なる。
【0006】この発明はサーマルインクジェット印字シ
ステムに集積された改良されたMOSFETトランジスタ構造
に関する。この発明にしたがって生産された集積サーマ
ルインクジェット印字ヘッドはここに述べるように高効
率であり、経済的であり、印字技術の分野における前進
となるものである。
ステムに集積された改良されたMOSFETトランジスタ構造
に関する。この発明にしたがって生産された集積サーマ
ルインクジェット印字ヘッドはここに述べるように高効
率であり、経済的であり、印字技術の分野における前進
となるものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は改良さ
れたサーマルインクジェット印字ヘッド構造とその製造
方法を提供することである。この発明の他の目的は内部
にMOSFETドライバ回路が集積された改良されたサーマル
インクジェット印字ヘッド構造を提供することである。
この発明の他の目的は、従来周知である生産方法に比べ
て加工ステップの数の少ない内部にMOSFETドライバ回路
が集積された改良されたサーマルインクジェット印字ヘ
ッド構造の製造方法を提供することである。
れたサーマルインクジェット印字ヘッド構造とその製造
方法を提供することである。この発明の他の目的は内部
にMOSFETドライバ回路が集積された改良されたサーマル
インクジェット印字ヘッド構造を提供することである。
この発明の他の目的は、従来周知である生産方法に比べ
て加工ステップの数の少ない内部にMOSFETドライバ回路
が集積された改良されたサーマルインクジェット印字ヘ
ッド構造の製造方法を提供することである。
【0008】前述の目的にしたがって、この発明は改良
されたMOSFETトランジスタ構造とその製造方法からな
る。また、この発明は改良されたサーマルインクジェッ
ト印字ヘッドと、MOSFET装置が印字ヘッド構造に直接集
積される製造工程からなる。すなわち、この発明のMOSF
ET装置はまずケイ素基板を設けることによって生産され
る。次に二酸化ケイ素の層が基板上に形成され、続いて
2層構造を形成するために窒化ケイ素の層がその上に加
えられる。この2層構造中の前述の二酸化ケイ素層は、
このMOSFET装置のゲート酸化物として機能する。次に、
露出した二酸化ケイ素領域に囲まれた小さい2層構造を
形成するためにこの窒化ケイ素層の選択された部分が除
去される。続いてこの露出された二酸化ケイ素領域がさ
らに酸化され、下部に酸化していないケイ素を有する厚
い二酸化ケイ素電界酸化物領域が形成される。次に多結
晶ケイ素の層がこの電界酸化物層とこの2層構造の残り
の窒化ケイ素部分に加えられる。その後、残りの窒化ケ
イ素部分の選択された部分だけが多結晶ケイ素に覆われ
るようにこの多結晶ケイ素層がエッチングされる。一実
施例では、この多結晶ケイ素は窒化ケイ素部分の上の多
結晶ケイ素層の幅がこの部分の下から上に向かって連続
的に小さくなるように等方的にエッチングされる。その
結果得られる構造は下向きに傾斜した横のエッジを有す
る。その後、この残りの多結晶ケイ素部分の外に伸長す
る2層構造の部分が除去されてこのMOSFET装置に用いる
ゲートが作成される。ゲート形成の後、ソース領域とド
レイン領域が従来の方法で作成されてMOSFET装置が完成
する。二酸化ケイ素と窒化ケイ素の最初の層がそのまま
残る上述した製造方法によれば、ここでさらに詳しく説
明するように、従来の方法で必要とされた多数のエッチ
ングおよび蒸着処理が不要になる。 この発明によるサ
ーマルインクジェット印字ヘッドを作成するには、誘電
体材料(たとえば窒化ケイ素)の層が電界酸化物領域お
よびMOSFET装置に塗布される。その後抵抗性材料の層が
この誘電体層に塗布される。抵抗性材料の塗布に先立っ
て、この抵抗性材料の層がゲート部分、ソース領域およ
びドレイン領域に直接電気的に接触しうるように、誘電
体層がそれらの部分から従来の方法で除去される。抵抗
性材料の層は多結晶ケイ素、タンタルとアルミニウムの
同時スパッタリングした混合物および窒化タンタルから
なる群(GROUP)から選択された組成からなるものが好適
である。導電性材料(たとえばアルミニウム、金あるい
は銅)の層が抵抗性材料層の上に配置され、その後抵抗
性材料の覆われた部分と覆われていない部分を形成する
ために選択的に除去される。この覆われていない部分は
最終的には印字ヘッドの加熱抵抗器として機能する。覆
われた部分はMOSFET装置のゲート、ソース領域およびド
レイン領域と印字システムの他の部品(たとえば加熱抵
抗器)との間に連続的な導電性リンクを形成するのに用
いられる。したがって、この抵抗性材料と導電性材料の
二つからなる層は複数の機能を果たす。すなわち、(1)
システムの加熱抵抗器としての機能、(2) 印字ヘッド上
のMOSFET装置への直接的な導電性通路としての機能であ
る。次に保護材料の選択された部分が抵抗性材料の覆わ
れた部分と覆われていない部分に塗布される。その後、
複数の開口部を有するオリフィス板部材がこの保護材料
の上に配置される。それぞれの開口部の下では、インク
受けキャビティを形成するために保護材料の一部が除去
される。それぞれのキャビティの下に加熱抵抗器の一つ
が配置される。各抵抗器がそれに関連するトランジスタ
によって起動されると、抵抗器がその上のキャビティを
加熱し、そこからインクを射出させる。この発明の以上
の目的、特徴および利点またその他の目的、特徴および
利点について以下に説明する。
されたMOSFETトランジスタ構造とその製造方法からな
る。また、この発明は改良されたサーマルインクジェッ
ト印字ヘッドと、MOSFET装置が印字ヘッド構造に直接集
積される製造工程からなる。すなわち、この発明のMOSF
ET装置はまずケイ素基板を設けることによって生産され
る。次に二酸化ケイ素の層が基板上に形成され、続いて
2層構造を形成するために窒化ケイ素の層がその上に加
えられる。この2層構造中の前述の二酸化ケイ素層は、
このMOSFET装置のゲート酸化物として機能する。次に、
露出した二酸化ケイ素領域に囲まれた小さい2層構造を
形成するためにこの窒化ケイ素層の選択された部分が除
去される。続いてこの露出された二酸化ケイ素領域がさ
らに酸化され、下部に酸化していないケイ素を有する厚
い二酸化ケイ素電界酸化物領域が形成される。次に多結
晶ケイ素の層がこの電界酸化物層とこの2層構造の残り
の窒化ケイ素部分に加えられる。その後、残りの窒化ケ
イ素部分の選択された部分だけが多結晶ケイ素に覆われ
るようにこの多結晶ケイ素層がエッチングされる。一実
施例では、この多結晶ケイ素は窒化ケイ素部分の上の多
結晶ケイ素層の幅がこの部分の下から上に向かって連続
的に小さくなるように等方的にエッチングされる。その
結果得られる構造は下向きに傾斜した横のエッジを有す
る。その後、この残りの多結晶ケイ素部分の外に伸長す
る2層構造の部分が除去されてこのMOSFET装置に用いる
ゲートが作成される。ゲート形成の後、ソース領域とド
レイン領域が従来の方法で作成されてMOSFET装置が完成
する。二酸化ケイ素と窒化ケイ素の最初の層がそのまま
残る上述した製造方法によれば、ここでさらに詳しく説
明するように、従来の方法で必要とされた多数のエッチ
ングおよび蒸着処理が不要になる。 この発明によるサ
ーマルインクジェット印字ヘッドを作成するには、誘電
体材料(たとえば窒化ケイ素)の層が電界酸化物領域お
よびMOSFET装置に塗布される。その後抵抗性材料の層が
この誘電体層に塗布される。抵抗性材料の塗布に先立っ
て、この抵抗性材料の層がゲート部分、ソース領域およ
びドレイン領域に直接電気的に接触しうるように、誘電
体層がそれらの部分から従来の方法で除去される。抵抗
性材料の層は多結晶ケイ素、タンタルとアルミニウムの
同時スパッタリングした混合物および窒化タンタルから
なる群(GROUP)から選択された組成からなるものが好適
である。導電性材料(たとえばアルミニウム、金あるい
は銅)の層が抵抗性材料層の上に配置され、その後抵抗
性材料の覆われた部分と覆われていない部分を形成する
ために選択的に除去される。この覆われていない部分は
最終的には印字ヘッドの加熱抵抗器として機能する。覆
われた部分はMOSFET装置のゲート、ソース領域およびド
レイン領域と印字システムの他の部品(たとえば加熱抵
抗器)との間に連続的な導電性リンクを形成するのに用
いられる。したがって、この抵抗性材料と導電性材料の
二つからなる層は複数の機能を果たす。すなわち、(1)
システムの加熱抵抗器としての機能、(2) 印字ヘッド上
のMOSFET装置への直接的な導電性通路としての機能であ
る。次に保護材料の選択された部分が抵抗性材料の覆わ
れた部分と覆われていない部分に塗布される。その後、
複数の開口部を有するオリフィス板部材がこの保護材料
の上に配置される。それぞれの開口部の下では、インク
受けキャビティを形成するために保護材料の一部が除去
される。それぞれのキャビティの下に加熱抵抗器の一つ
が配置される。各抵抗器がそれに関連するトランジスタ
によって起動されると、抵抗器がその上のキャビティを
加熱し、そこからインクを射出させる。この発明の以上
の目的、特徴および利点またその他の目的、特徴および
利点について以下に説明する。
【0009】
【実施例】この発明は改良されたサーマルインクジェッ
ト印字ヘッドとその製造方法からなる。この印字ヘッド
は具体的には印字ヘッド構造の内部に直接集積されたMO
SFET駆動トランジスタ装置を含む。この発明の印字ヘッ
ドはサーマルインクジェット印字カートリッジシステム
において使用するよう設計されている。図1および図2
にこの発明に使用するのに適したサーマルインクジェッ
トカートリッジの例を示す。しかし、この発明は他のサ
ーマルインクジェット印字システムにも適用でき、図1
および図2のカートリッジへの組み込みに制限されるも
のではない。
ト印字ヘッドとその製造方法からなる。この印字ヘッド
は具体的には印字ヘッド構造の内部に直接集積されたMO
SFET駆動トランジスタ装置を含む。この発明の印字ヘッ
ドはサーマルインクジェット印字カートリッジシステム
において使用するよう設計されている。図1および図2
にこの発明に使用するのに適したサーマルインクジェッ
トカートリッジの例を示す。しかし、この発明は他のサ
ーマルインクジェット印字システムにも適用でき、図1
および図2のカートリッジへの組み込みに制限されるも
のではない。
【0010】図1をさらに見ると、凹部14を設けた外面
13を有する受け板12を含むカートリッジ10が示されてい
る。凹部14には基板16が固定されている。基板16は図1
に簡単に示し、また米国特許4、719、477 号にも説明され
ているように、パルスドライバ回路17と加熱抵抗器19を
含む所望の態様に構成することができる。基板16上に
は、オリフィス板20が配置され、これから最終的にイン
クが射出される。カートリッジ10はさらに受け板12の内
面23に固着された可撓性のブラダユニットの形態のイン
ク保持/貯蔵手段22を含む。ブラダユニット22は受け板
12に固定された保護カバー部材24の内部に配置される。
したがって、受け板12とカバー部材24が組み合わさっ
て、ブラダユニット22を保持するように設計されたハウ
ジング25が形成される。受け板12には出口26が設けられ
ており、ブラダユニット22の内部への流通を可能にす
る。その後、インクはチャンネル28を流れ、基板16の開
口部32に入り、そこで射出される。カートリッジ10の構
造の詳細およびその動作特性についてはバック(Buck)そ
の他の米国特許4、500、895 号とヘス(Hess)の米国特許4、
719、477 号に説明されており、ここではそれを参照して
いる。カートリッジ10は現在、ヒューレット・パッカー
ド・カンパニーがTHINKJETの商標で製造販売している。
13を有する受け板12を含むカートリッジ10が示されてい
る。凹部14には基板16が固定されている。基板16は図1
に簡単に示し、また米国特許4、719、477 号にも説明され
ているように、パルスドライバ回路17と加熱抵抗器19を
含む所望の態様に構成することができる。基板16上に
は、オリフィス板20が配置され、これから最終的にイン
クが射出される。カートリッジ10はさらに受け板12の内
面23に固着された可撓性のブラダユニットの形態のイン
ク保持/貯蔵手段22を含む。ブラダユニット22は受け板
12に固定された保護カバー部材24の内部に配置される。
したがって、受け板12とカバー部材24が組み合わさっ
て、ブラダユニット22を保持するように設計されたハウ
ジング25が形成される。受け板12には出口26が設けられ
ており、ブラダユニット22の内部への流通を可能にす
る。その後、インクはチャンネル28を流れ、基板16の開
口部32に入り、そこで射出される。カートリッジ10の構
造の詳細およびその動作特性についてはバック(Buck)そ
の他の米国特許4、500、895 号とヘス(Hess)の米国特許4、
719、477 号に説明されており、ここではそれを参照して
いる。カートリッジ10は現在、ヒューレット・パッカー
ド・カンパニーがTHINKJETの商標で製造販売している。
【0011】図2には、この発明に用いることのできる
もう一つのカートリッジ36を例示している。カートリッ
ジ36は下部に開口部40を有するインク溜め38を含む。ま
た、多孔性のスポンジ状の形態のインク保持/貯蔵手段
44を受ける大きさの下部42を含む。インク溜め38と下部
42が結合してハウジング49が形成され、その中にスポン
ジ状部材44が位置する。インク溜め38からのインクは開
口部40を通って多孔性のスポンジ状部材44に流れる。そ
の後、プリンタの動作中、インクはスポンジ状部材44か
ら下部42の出口50に流れる。次にインクは米国特許4、71
9、477 号、4、532、530 号および4、947、192 号に説明する
ようなパルス駆動回路および加熱抵抗器(図示せず)を
有する基板59の別の開口部58を流れる。カートリッジ38
はさらにプリンタの動作中インクが通過するオリフィス
板60を含む。カートリッジ36の詳細と動作特性はクーガ
(Cowger)その他の米国特許4、794、409 号に説明されてお
り、ここではそれを参照している。カートリッジ36は現
在、ヒューレット・パッカード・カンパニーがDESKJET
の商標で製造販売している。さらに、サーマルインクジ
ェットシステムの一般的構造と動作については、ヒュー
レット・、パッカード・ジャーナル、Vol. 36 、No. 5
(1985年5月)とVol.39、No. 4 (1988年8月)に説明
しており、これもここに参照している。
もう一つのカートリッジ36を例示している。カートリッ
ジ36は下部に開口部40を有するインク溜め38を含む。ま
た、多孔性のスポンジ状の形態のインク保持/貯蔵手段
44を受ける大きさの下部42を含む。インク溜め38と下部
42が結合してハウジング49が形成され、その中にスポン
ジ状部材44が位置する。インク溜め38からのインクは開
口部40を通って多孔性のスポンジ状部材44に流れる。そ
の後、プリンタの動作中、インクはスポンジ状部材44か
ら下部42の出口50に流れる。次にインクは米国特許4、71
9、477 号、4、532、530 号および4、947、192 号に説明する
ようなパルス駆動回路および加熱抵抗器(図示せず)を
有する基板59の別の開口部58を流れる。カートリッジ38
はさらにプリンタの動作中インクが通過するオリフィス
板60を含む。カートリッジ36の詳細と動作特性はクーガ
(Cowger)その他の米国特許4、794、409 号に説明されてお
り、ここではそれを参照している。カートリッジ36は現
在、ヒューレット・パッカード・カンパニーがDESKJET
の商標で製造販売している。さらに、サーマルインクジ
ェットシステムの一般的構造と動作については、ヒュー
レット・、パッカード・ジャーナル、Vol. 36 、No. 5
(1985年5月)とVol.39、No. 4 (1988年8月)に説明
しており、これもここに参照している。
【0012】前述したように、印字解像度の改善はサー
マルインクジェットシステムの設計における重要な目標
である。通常、この目標は加熱抵抗器の数を増やすこと
によって達成される。最近の回路製造技術によればプリ
ンタ基板上に相当な量の抵抗器を製作することができ
る。しかし、上述したように抵抗器をプリンタのパルス
ドライバ回路に接続するのに用いられる導電接続回路に
関連して物理的な制約が存在する。この問題を解決する
ためには、パルスドライバ回路(たとえばMOSFETトラン
ジスタ)を上述したように印字ヘッド基板に直接組み込
むことが有効である。この構成によればカートリッジの
動作に必要な接続部品数がかなり少なくなる。それにも
かかわらず、加熱抵抗器とMOSFETドライバトランジスタ
の両方を共通基板に集積すると、かなりの数の別々の材
料層を有する構成となる。これらの多数の層は直接生産
コストと材料費の増大をもたらす。
マルインクジェットシステムの設計における重要な目標
である。通常、この目標は加熱抵抗器の数を増やすこと
によって達成される。最近の回路製造技術によればプリ
ンタ基板上に相当な量の抵抗器を製作することができ
る。しかし、上述したように抵抗器をプリンタのパルス
ドライバ回路に接続するのに用いられる導電接続回路に
関連して物理的な制約が存在する。この問題を解決する
ためには、パルスドライバ回路(たとえばMOSFETトラン
ジスタ)を上述したように印字ヘッド基板に直接組み込
むことが有効である。この構成によればカートリッジの
動作に必要な接続部品数がかなり少なくなる。それにも
かかわらず、加熱抵抗器とMOSFETドライバトランジスタ
の両方を共通基板に集積すると、かなりの数の別々の材
料層を有する構成となる。これらの多数の層は直接生産
コストと材料費の増大をもたらす。
【0013】したがって、この発明は生産ステップと材
料の数をかなり低減した集積印字ヘッド構造生産を可能
とする特殊な部品構成を行うものである。したがって、
この発明は次に詳細に説明するようにサーマルインクジ
ェット印字ヘッドの設計の分野における一つの前進とな
るものである。
料の数をかなり低減した集積印字ヘッド構造生産を可能
とする特殊な部品構成を行うものである。したがって、
この発明は次に詳細に説明するようにサーマルインクジ
ェット印字ヘッドの設計の分野における一つの前進とな
るものである。
【0014】図3から図19にはこの発明による集積パル
スドライバ回路を有するサーマルインクジェット印字ヘ
ッド構造の概略を示している。図3において、好適には
P型(たとえばボロンをドーピングした)の単結晶ケイ
素(約0.44−0.66オーム/cm)で作成した厚さ約510 −
540 ミクロン(最適値は約525 ミクロン)の基板70がま
ず設けられる。次に、図4に示すように、二酸化ケイ素
の層72が好適には熱酸化によって基板70上に形成され
る。すなわち、基板70は、基板70を約850 ℃の温度でO
2 /H2 +O2 大気中で約5.0 分加熱し、続いて所望の
厚さの二酸化ケイ素が形成されるまでN2 大気中に約3
0.0分間露出することによって熱酸化させ層72を形成す
ることができる。化学蒸着(CVD )、プラズマ補強化学
蒸着(PECVD )、低圧化学蒸着(LPCVD )、および層定
義に用いられるマスキング/イメージング処理等を含む
ここに説明する熱酸化処理および他の基本的な層形成技
術は当該技術分野において周知であり、スチューの米国
特許4、513、298 号およびマグローヒル・ブック・カンパ
ニー、ニューヨーク、1982年(ISBN 0-07-019238-3号)
のエリオット・ディ・ジェイの集積回路組立技術に説明
されており、ここでは上述したようにこれらを参照して
いる。一実施例において、二酸化ケイ素の層72の厚さは
約200 −240 オングストローム(最適値約220 オングス
トローム)である。最終的には、二酸化ケイ素層72は次
に説明するように印字ヘッド内の完成したMOSFETトラン
ジスタ装置のゲート酸化物として機能する。
スドライバ回路を有するサーマルインクジェット印字ヘ
ッド構造の概略を示している。図3において、好適には
P型(たとえばボロンをドーピングした)の単結晶ケイ
素(約0.44−0.66オーム/cm)で作成した厚さ約510 −
540 ミクロン(最適値は約525 ミクロン)の基板70がま
ず設けられる。次に、図4に示すように、二酸化ケイ素
の層72が好適には熱酸化によって基板70上に形成され
る。すなわち、基板70は、基板70を約850 ℃の温度でO
2 /H2 +O2 大気中で約5.0 分加熱し、続いて所望の
厚さの二酸化ケイ素が形成されるまでN2 大気中に約3
0.0分間露出することによって熱酸化させ層72を形成す
ることができる。化学蒸着(CVD )、プラズマ補強化学
蒸着(PECVD )、低圧化学蒸着(LPCVD )、および層定
義に用いられるマスキング/イメージング処理等を含む
ここに説明する熱酸化処理および他の基本的な層形成技
術は当該技術分野において周知であり、スチューの米国
特許4、513、298 号およびマグローヒル・ブック・カンパ
ニー、ニューヨーク、1982年(ISBN 0-07-019238-3号)
のエリオット・ディ・ジェイの集積回路組立技術に説明
されており、ここでは上述したようにこれらを参照して
いる。一実施例において、二酸化ケイ素の層72の厚さは
約200 −240 オングストローム(最適値約220 オングス
トローム)である。最終的には、二酸化ケイ素層72は次
に説明するように印字ヘッド内の完成したMOSFETトラン
ジスタ装置のゲート酸化物として機能する。
【0015】次に、窒化ケイ素の層76(図5)が好適に
はアンモニアを混合したシランを約2トルの圧力、約30
0 −400 ℃の温度で分解して得られたLPCVD による二酸
化ケイ素層72の表面に加えられる。その結果、この層7
2、76の組合せからケイ素をベースとした2層構造78が
形成される。次に説明するように、この2層構造は独特
の多重機能を果たす。すなわち、(1) 後続の電界酸化物
領域の作成におけるマスクとしての機能、(2)MOSFET 装
置の完成したゲート中の複合誘電体構造としての機能で
ある。
はアンモニアを混合したシランを約2トルの圧力、約30
0 −400 ℃の温度で分解して得られたLPCVD による二酸
化ケイ素層72の表面に加えられる。その結果、この層7
2、76の組合せからケイ素をベースとした2層構造78が
形成される。次に説明するように、この2層構造は独特
の多重機能を果たす。すなわち、(1) 後続の電界酸化物
領域の作成におけるマスクとしての機能、(2)MOSFET 装
置の完成したゲート中の複合誘電体構造としての機能で
ある。
【0016】ある実施例では、2層構造78中の窒化ケイ
素層72の厚さは約640 −740 オングストローム(最適値
は約700 オングストローム)である。図6に示すよう
に、2層構造78は次に周知の従来の方法でマスキングお
よびエッチングされ、図示する窒化ケイ素の部分79を残
すために窒化ケイ素層76の各部が選択的に除去される。
ある実施例では、エッチングは当該技術分野において周
知の標準的なプラズマエッチング処理を用いて行われ
る。この方法でエッチングを行うと、この2層構造78全
体のサイズがかなり縮小され、その近傍に二酸化ケイ素
の露出した領域80、82が形成される。このとき、上述の
エッチング処理によって二酸化ケイ素の下の層72がいく
らか除去され、領域80、82の厚みが約150-200 オングス
トロームになることに注意しなければならない。
素層72の厚さは約640 −740 オングストローム(最適値
は約700 オングストローム)である。図6に示すよう
に、2層構造78は次に周知の従来の方法でマスキングお
よびエッチングされ、図示する窒化ケイ素の部分79を残
すために窒化ケイ素層76の各部が選択的に除去される。
ある実施例では、エッチングは当該技術分野において周
知の標準的なプラズマエッチング処理を用いて行われ
る。この方法でエッチングを行うと、この2層構造78全
体のサイズがかなり縮小され、その近傍に二酸化ケイ素
の露出した領域80、82が形成される。このとき、上述の
エッチング処理によって二酸化ケイ素の下の層72がいく
らか除去され、領域80、82の厚みが約150-200 オングス
トロームになることに注意しなければならない。
【0017】図7において、構造78を囲む二酸化ケイ素
の領域80、82は図示するように2層構造78に隣接する電
界酸化物領域84、86の形態の電界酸化物層を作成するの
に用いられる。このステップにおいて、窒化ケイ素層76
の下の二酸化ケイ素の層72(およびケイ素基板70)は酸
素拡散に対する障壁としてはたらく窒化ケイ素層76によ
る酸化から保護される。電界酸化物形成は、ここで参照
している上記各文献に説明されているような周知の方法
で行うことができる。しかし、ある実施例では電界酸化
物領域84、86は以下の順次の段階を用いて領域80、82を
加熱することによって形成される。1)N2 +低O2 の大
気中で950 ℃で約60.0分、2)H2 +O2の大気中で950
℃で約1100分、3)N2 の大気中で960 ℃で約20分、4)N
2 の大気中で1100℃で約120 分、および5)N2 の大気中
で900 ℃で約20分。この手順(および他の類似の電界酸
化技術)を用いると、領域80、81において前に塗布され
た二酸化ケイ素層72を二酸化ガスが拡散し、基板70の下
部のケイ素の酸化が発生し、それによって電界酸化物領
域84、86が形成される。しかし、この手順(およびここ
に説明する他のエッチング、酸化および層形成技術)は
この発明の範囲内で適当に変更することができ、いかな
る特定の技術にも限定されないことに注意しなければな
らない。その結果得られる電界酸化物領域84、86の好適
な厚さは約14、250-16、250 オングストローム(最適値は
15、250オングストローム)である。このとき、電界酸化
物領域84、86は窒化ケイ素層76の端部87、88の下にもわ
ずかに形成され、この端部87、88を上にわずかに押圧す
る(図7)ことに注意しなければならない。図8に示す
ように、多結晶ケイ素の層90が図示するように2層構造
78の上部と電界酸化物領域84、86の上部に塗布される。
層90の塗布は通常ある選択されたケイ素系組成(たとえ
ば約618 ℃の HC1/SiH4 )を分解して得られるケイ素の
LPCVD によって行われる。層90の厚さは約3700-4300 オ
ングストローム(最適値は約4000オングストローム)で
ある。
の領域80、82は図示するように2層構造78に隣接する電
界酸化物領域84、86の形態の電界酸化物層を作成するの
に用いられる。このステップにおいて、窒化ケイ素層76
の下の二酸化ケイ素の層72(およびケイ素基板70)は酸
素拡散に対する障壁としてはたらく窒化ケイ素層76によ
る酸化から保護される。電界酸化物形成は、ここで参照
している上記各文献に説明されているような周知の方法
で行うことができる。しかし、ある実施例では電界酸化
物領域84、86は以下の順次の段階を用いて領域80、82を
加熱することによって形成される。1)N2 +低O2 の大
気中で950 ℃で約60.0分、2)H2 +O2の大気中で950
℃で約1100分、3)N2 の大気中で960 ℃で約20分、4)N
2 の大気中で1100℃で約120 分、および5)N2 の大気中
で900 ℃で約20分。この手順(および他の類似の電界酸
化技術)を用いると、領域80、81において前に塗布され
た二酸化ケイ素層72を二酸化ガスが拡散し、基板70の下
部のケイ素の酸化が発生し、それによって電界酸化物領
域84、86が形成される。しかし、この手順(およびここ
に説明する他のエッチング、酸化および層形成技術)は
この発明の範囲内で適当に変更することができ、いかな
る特定の技術にも限定されないことに注意しなければな
らない。その結果得られる電界酸化物領域84、86の好適
な厚さは約14、250-16、250 オングストローム(最適値は
15、250オングストローム)である。このとき、電界酸化
物領域84、86は窒化ケイ素層76の端部87、88の下にもわ
ずかに形成され、この端部87、88を上にわずかに押圧す
る(図7)ことに注意しなければならない。図8に示す
ように、多結晶ケイ素の層90が図示するように2層構造
78の上部と電界酸化物領域84、86の上部に塗布される。
層90の塗布は通常ある選択されたケイ素系組成(たとえ
ば約618 ℃の HC1/SiH4 )を分解して得られるケイ素の
LPCVD によって行われる。層90の厚さは約3700-4300 オ
ングストローム(最適値は約4000オングストローム)で
ある。
【0018】次に、多結晶ケイ素層90をマスキングおよ
びエッチングして、窒化ケイ素層76の上に縮小されたサ
イズの多結晶ケイ素部92を残す(図9)。この多結晶ケ
イ素部92は下面94と上面96を有する。ある実施例では、
多結晶ケイ素部92の幅は図示するように下面94から上面
96に向かって連続的に小さくなる。この幅の縮小は主と
してエッチング処理中に意図的に形成される多結晶ケイ
素部92の側壁98、100の下向きの傾斜によるものであ
る。この傾斜した側壁98、100 の形成には、等方性エッ
チング処理が用いられる。等方性エッチングを行うと、
塗布されたフォトレジストイメージ(図9の参照符号10
1 に鎖線で示す)の下から外向きに湾曲しながら広がり
エッチストップ層(たとえば層76)で下向きの円弧状を
なして止まる円弧状の側壁構造が得られる。ある実施例
では、多結晶ケイ素層90の等方性エッチングは当該技術
分野で周知の従来のプラズマエッチング処理の結果発生
する。また、ある実施例では図9に示すようなレジスト
イメージ101 の前縁から上面96までの距離“X”は約0.
5 ミクロンである。
びエッチングして、窒化ケイ素層76の上に縮小されたサ
イズの多結晶ケイ素部92を残す(図9)。この多結晶ケ
イ素部92は下面94と上面96を有する。ある実施例では、
多結晶ケイ素部92の幅は図示するように下面94から上面
96に向かって連続的に小さくなる。この幅の縮小は主と
してエッチング処理中に意図的に形成される多結晶ケイ
素部92の側壁98、100の下向きの傾斜によるものであ
る。この傾斜した側壁98、100 の形成には、等方性エッ
チング処理が用いられる。等方性エッチングを行うと、
塗布されたフォトレジストイメージ(図9の参照符号10
1 に鎖線で示す)の下から外向きに湾曲しながら広がり
エッチストップ層(たとえば層76)で下向きの円弧状を
なして止まる円弧状の側壁構造が得られる。ある実施例
では、多結晶ケイ素層90の等方性エッチングは当該技術
分野で周知の従来のプラズマエッチング処理の結果発生
する。また、ある実施例では図9に示すようなレジスト
イメージ101 の前縁から上面96までの距離“X”は約0.
5 ミクロンである。
【0019】部分92の傾斜した側壁98、100 を設けるこ
とには多くの利点がある。まず第一に、傾斜した側壁9
8、100 は後の層の蒸着のためのより大きくよりゆるや
かに傾斜した面をなすように設計されている。すなわ
ち、試験の結果、垂直な面より傾斜した面の方が後から
加えられる材料層によって覆われやすく、それによって
材料層の欠陥(隙間、剥離等)を防止することができ
る。これは次により詳しく述べるように窒化ケイ素の場
合とくに顕著である。
とには多くの利点がある。まず第一に、傾斜した側壁9
8、100 は後の層の蒸着のためのより大きくよりゆるや
かに傾斜した面をなすように設計されている。すなわ
ち、試験の結果、垂直な面より傾斜した面の方が後から
加えられる材料層によって覆われやすく、それによって
材料層の欠陥(隙間、剥離等)を防止することができ
る。これは次により詳しく述べるように窒化ケイ素の場
合とくに顕著である。
【0020】次に、図10においては、2層構造78は図10
に示すゲート110 を形成するためにエッチングされる。
このエッチングは当該技術分野で周知の従来のプラズマ
エッチングを用いて行われる。このエッチングによって
ゲート110 と電界酸化物領域84、86の間に露出したケイ
素領域112 、114 が形成される。ゲート110 が完成する
と、次にこのMOSFETトランジスタ装置のソース領域とド
レイン領域形成するためにりん予備蒸着ステップが実行
される。りんの予備蒸着は図10のケイ素領域112 、114
を温度を制御した条件下でりん含有ガスにさらす従来の
方法で行われる。たとえば、りんの予備蒸着を行うには
次のガスを領域112 、114 に当てることができる。1)N
2 を約15分、2)N2 +O2 を約10分、3)N2 +02 +PH
3 を約20分、4)N2 を約20分。上記のガスの使用中には
約900 ℃の温度に維持することが好適である。その結
果、図11に示すようにソース領域118とドレイン領域120
が形成される。領域118 、120 の形成と同時に、ゲー
ト110の多結晶ケイ素部92が従来の方法によりりんでド
ーピングされ、それによってその導電性が劇的に高くな
り、有効な接続層が得られる。
に示すゲート110 を形成するためにエッチングされる。
このエッチングは当該技術分野で周知の従来のプラズマ
エッチングを用いて行われる。このエッチングによって
ゲート110 と電界酸化物領域84、86の間に露出したケイ
素領域112 、114 が形成される。ゲート110 が完成する
と、次にこのMOSFETトランジスタ装置のソース領域とド
レイン領域形成するためにりん予備蒸着ステップが実行
される。りんの予備蒸着は図10のケイ素領域112 、114
を温度を制御した条件下でりん含有ガスにさらす従来の
方法で行われる。たとえば、りんの予備蒸着を行うには
次のガスを領域112 、114 に当てることができる。1)N
2 を約15分、2)N2 +O2 を約10分、3)N2 +02 +PH
3 を約20分、4)N2 を約20分。上記のガスの使用中には
約900 ℃の温度に維持することが好適である。その結
果、図11に示すようにソース領域118とドレイン領域120
が形成される。領域118 、120 の形成と同時に、ゲー
ト110の多結晶ケイ素部92が従来の方法によりりんでド
ーピングされ、それによってその導電性が劇的に高くな
り、有効な接続層が得られる。
【0021】次に、二酸化ケイ素の再酸化層(図示せ
ず)がゲート110 、ソース領域118 およびドレイン領域
120 の上に形成される。この再酸化層はエッチング処理
等によって上述の各層に発生した損傷を“修復する”た
めのものである。ある実施例では、この再酸化層は好適
には約1000オングストロームの厚みを持ち、従来の熱酸
化技術を用いて形成される。たとえば、次のガスを図11
の構造に当てて再酸化層の形成を行うことができる。1)
O2 を約30分、2)H2 +O2 を約5分、3)N2 を約30
分。上記のガスの使用中には約850 ℃の温度に維持する
ことが好適である。
ず)がゲート110 、ソース領域118 およびドレイン領域
120 の上に形成される。この再酸化層はエッチング処理
等によって上述の各層に発生した損傷を“修復する”た
めのものである。ある実施例では、この再酸化層は好適
には約1000オングストロームの厚みを持ち、従来の熱酸
化技術を用いて形成される。たとえば、次のガスを図11
の構造に当てて再酸化層の形成を行うことができる。1)
O2 を約30分、2)H2 +O2 を約5分、3)N2 を約30
分。上記のガスの使用中には約850 ℃の温度に維持する
ことが好適である。
【0022】図12において、次に保護誘電体層124 が電
界酸化物領域84、86およびゲート110 、ソース領域118
、ドレイン領域120 (たとえば再酸化層を覆う)に塗
布される。この層124 は従来のCVD 処理によって塗布さ
れる7%のりんをドーピングした二酸化ケイ素(厚さ50
00−7000オングストローム、最適値約6000オングストロ
ーム)から構成することができる。代替実施例では、LP
CVD 蒸着した窒化ケイ素の層を用いてこの保護層124 を
形成することができる(厚さ1000−3000オングストロー
ム、再適値約2000オングストローム)。窒化ケイ素を使
用にはドーピングした二酸化ケイ素にくらべて多くの利
点がある。たとえば、窒化ケイ素は後の材料層の蒸着に
たいしてより硬く、耐性の高い面を提供する。
界酸化物領域84、86およびゲート110 、ソース領域118
、ドレイン領域120 (たとえば再酸化層を覆う)に塗
布される。この層124 は従来のCVD 処理によって塗布さ
れる7%のりんをドーピングした二酸化ケイ素(厚さ50
00−7000オングストローム、最適値約6000オングストロ
ーム)から構成することができる。代替実施例では、LP
CVD 蒸着した窒化ケイ素の層を用いてこの保護層124 を
形成することができる(厚さ1000−3000オングストロー
ム、再適値約2000オングストローム)。窒化ケイ素を使
用にはドーピングした二酸化ケイ素にくらべて多くの利
点がある。たとえば、窒化ケイ素は後の材料層の蒸着に
たいしてより硬く、耐性の高い面を提供する。
【0023】最後に、ソース/ドレイン接合促進ステッ
プが開始される。このステップではソース領域118 とド
レイン領域120 が基板70の内部に向かって拡張され、図
13に示すようにその形成が完了する。これは制御ガス環
境下で熱を加える従来の処理によって行われる。たとえ
ば、ある実施例ではこの接合促進ステップは次の各ステ
ップに示すように行うことができる。1)O2 環境下で約
950 ℃で約10分加熱、2)H2 +O2 環境下で約1000℃で
約10分加熱、3)N2 環境下で約950 ℃で約30分加熱。
プが開始される。このステップではソース領域118 とド
レイン領域120 が基板70の内部に向かって拡張され、図
13に示すようにその形成が完了する。これは制御ガス環
境下で熱を加える従来の処理によって行われる。たとえ
ば、ある実施例ではこの接合促進ステップは次の各ステ
ップに示すように行うことができる。1)O2 環境下で約
950 ℃で約10分加熱、2)H2 +O2 環境下で約1000℃で
約10分加熱、3)N2 環境下で約950 ℃で約30分加熱。
【0024】ある実施例では、このステップによって約
1.25−1.75ミクロン(最適値は約1.5 ミクロン)の深さ
(たとえば厚さ)“Y”(図13)を有するソース領域11
8 およびドレイン領域120 が形成される。この構成によ
って、次に述べるようにタンタル/アルミニウム抵抗性
材料もしくはアルミニウム導電層がこの印字ヘッド構造
に用いられるとき発生する可能性のある接合スパイクに
対する保護を設けることができる。
1.25−1.75ミクロン(最適値は約1.5 ミクロン)の深さ
(たとえば厚さ)“Y”(図13)を有するソース領域11
8 およびドレイン領域120 が形成される。この構成によ
って、次に述べるようにタンタル/アルミニウム抵抗性
材料もしくはアルミニウム導電層がこの印字ヘッド構造
に用いられるとき発生する可能性のある接合スパイクに
対する保護を設けることができる。
【0025】前述の加熱処理の際、保護層124 は(ドー
ピングした二酸化ケイ素でできている場合)ゲート110
、ソース領域118 およびドレイン領域120 から“流れ
て”しまう。これは保護層124 として窒化ケイ素が用い
られる場合ほとんど発生しない。なぜなら、窒化ケイ素
はドーピングした二酸化ケイ素よりはるかに硬く、流れ
にくいためである。このため、ゲート110 の多結晶ケイ
素部92の傾斜した側壁98、100 を設けてゲート110 が窒
化ケイ素によって適切かつ完全に覆われるようにしてい
る。
ピングした二酸化ケイ素でできている場合)ゲート110
、ソース領域118 およびドレイン領域120 から“流れ
て”しまう。これは保護層124 として窒化ケイ素が用い
られる場合ほとんど発生しない。なぜなら、窒化ケイ素
はドーピングした二酸化ケイ素よりはるかに硬く、流れ
にくいためである。このため、ゲート110 の多結晶ケイ
素部92の傾斜した側壁98、100 を設けてゲート110 が窒
化ケイ素によって適切かつ完全に覆われるようにしてい
る。
【0026】完成したMOSFETトランジスタ126 を図13に
示す。トランジスタ126 を前述の方法で製造することに
よって従来の生産方法に比べて、コストの高い製造ステ
ップが数多く削除される。これによって生産効率が全体
的に向上する。たとえば、従来の方法では、二酸化ケイ
素層72と窒化ケイ素層76を有する2層構造78(図7)は
電界酸化物領域84、86の形成後に多数のステップからな
る処理を行って除去されてきた。その後、ゲート二酸化
ケイ素の別の層が電界酸化物84、86の間に設けられる。
したがって、この発明の方法は上述したように2層構造
78の除去を不要とし、また別の新たな二酸化ケイ素層の
基板70への追加を不要とする。2層構造78を残しておく
ことによって、多くのエッチングおよび蒸着工程が削除
される。同様に、2層構造78を残しておくことによっ
て、それはトランジスタ126 中のゲート誘電体として有
効に機能することができ、それによって別のゲート酸化
物層を加えることが不要になる。このように、この発明
は費用と時間を要する多くの工程を削除することを可能
とし、それによって次に説明するように集積サーマルイ
ンクジェットカートリッジの高速で効率的な生産が可能
となる。
示す。トランジスタ126 を前述の方法で製造することに
よって従来の生産方法に比べて、コストの高い製造ステ
ップが数多く削除される。これによって生産効率が全体
的に向上する。たとえば、従来の方法では、二酸化ケイ
素層72と窒化ケイ素層76を有する2層構造78(図7)は
電界酸化物領域84、86の形成後に多数のステップからな
る処理を行って除去されてきた。その後、ゲート二酸化
ケイ素の別の層が電界酸化物84、86の間に設けられる。
したがって、この発明の方法は上述したように2層構造
78の除去を不要とし、また別の新たな二酸化ケイ素層の
基板70への追加を不要とする。2層構造78を残しておく
ことによって、多くのエッチングおよび蒸着工程が削除
される。同様に、2層構造78を残しておくことによっ
て、それはトランジスタ126 中のゲート誘電体として有
効に機能することができ、それによって別のゲート酸化
物層を加えることが不要になる。このように、この発明
は費用と時間を要する多くの工程を削除することを可能
とし、それによって次に説明するように集積サーマルイ
ンクジェットカートリッジの高速で効率的な生産が可能
となる。
【0027】トランジスタ126 のサーマルインクジェッ
ト印字ヘッドへの組み込みを図14から図19に示す。しか
し、残りの生産ステップを実行するまえに、上述の処理
で形成された余分な材料層(図示せず)をすべて基板70
の背面130 (図13)から除去しなければならない。これ
は当該技術分野で周知であるプラズマエッチング処理で
行うことができる。
ト印字ヘッドへの組み込みを図14から図19に示す。しか
し、残りの生産ステップを実行するまえに、上述の処理
で形成された余分な材料層(図示せず)をすべて基板70
の背面130 (図13)から除去しなければならない。これ
は当該技術分野で周知であるプラズマエッチング処理で
行うことができる。
【0028】図14に示すように、再酸化層(図示せず)
と保護層124 は従来のエッチング処理を用いてソース領
域118 、ドレイン領域120 およびゲート110 の選択され
た部分からエッチングで除去される。保護層124 が二酸
化ケイ素でなっているとき、二つのステップからなる処
理が採用される。この処理はHFを用いたウェットエッチ
ング段階とそれに続く従来のプラズマエッチングからな
る。また保護層124 が窒化ケイ素からなっている場合、
当該技術分野において周知である従来のプラズマエッチ
ング処理が用いられる。これらの処理のいずれを用いて
も、それぞれソース領域118 、ドレイン領域120 および
ゲート110 へのアクセスを提供する開口部174 、176 、
177 が形成される。また、前述の処理を用いて、傾斜し
た側壁178 、179 が開口部174 、176 、177 のそれぞれ
を図示するように囲むことに注意しなければならない。
と保護層124 は従来のエッチング処理を用いてソース領
域118 、ドレイン領域120 およびゲート110 の選択され
た部分からエッチングで除去される。保護層124 が二酸
化ケイ素でなっているとき、二つのステップからなる処
理が採用される。この処理はHFを用いたウェットエッチ
ング段階とそれに続く従来のプラズマエッチングからな
る。また保護層124 が窒化ケイ素からなっている場合、
当該技術分野において周知である従来のプラズマエッチ
ング処理が用いられる。これらの処理のいずれを用いて
も、それぞれソース領域118 、ドレイン領域120 および
ゲート110 へのアクセスを提供する開口部174 、176 、
177 が形成される。また、前述の処理を用いて、傾斜し
た側壁178 、179 が開口部174 、176 、177 のそれぞれ
を図示するように囲むことに注意しなければならない。
【0029】ある実施例においては、電気的に抵抗性の
材料の層180 が次に保護層124 の上に直接塗布される
(図15)。ある実施例では層180 の形成に用いられる抵
抗性材料はアルミニウムとタンタルの混合物から製造さ
れる。同様に、窒化タンタルを用いることもできる。た
だし、タンタル−アルミニウム混合物の方が好適であ
る。この混合物は当該技術分野においては抵抗性材料と
して周知であり、これらの材料をともにスパッタリング
することによって形成することができる(これに対して
これらの材料を合金にする場合、異なる処理が必要にな
る)。すなわち、最終的な混合物は基本的には原子百分
率で約40−60%のタンタル(最適値は約50%)と約40−
60%のアルミニウム(最適値は約50%)からなる。これ
はトランジスタ126 中のケイ素組成に対して特に有効な
オーミックな金属加工上コンパチブルな接触材料であ
る。
材料の層180 が次に保護層124 の上に直接塗布される
(図15)。ある実施例では層180 の形成に用いられる抵
抗性材料はアルミニウムとタンタルの混合物から製造さ
れる。同様に、窒化タンタルを用いることもできる。た
だし、タンタル−アルミニウム混合物の方が好適であ
る。この混合物は当該技術分野においては抵抗性材料と
して周知であり、これらの材料をともにスパッタリング
することによって形成することができる(これに対して
これらの材料を合金にする場合、異なる処理が必要にな
る)。すなわち、最終的な混合物は基本的には原子百分
率で約40−60%のタンタル(最適値は約50%)と約40−
60%のアルミニウム(最適値は約50%)からなる。これ
はトランジスタ126 中のケイ素組成に対して特に有効な
オーミックな金属加工上コンパチブルな接触材料であ
る。
【0030】ある代替実施例において、層180 はりんを
ドーピングした多結晶ケイ素から構成することができ
る。 この材料はスチューの米国特許4、513、298 号に説
明されている。この材料の形成は、当該技術分野におい
て周知であり、エリオット・ディ・ジェイ、スプラ(sup
ra) に論じられている酸化物マスキングおよび拡散技術
を用いて行うことができる。有効な抵抗材料として機能
することに加えて、多結晶ケイ素は粗いが均一な面を有
する。この種の面(これは製造工程中に容易にくり返す
ことができる)はインク気泡核生成の促進(たとえば気
泡形成)には理想的である。さらに、多結晶ケイ素は高
温で非常に安定しており、他の抵抗性材料の特徴である
酸化の問題を防止する。多結晶ケイ素は米国特許4、513、
298 号に説明するようにアルゴンで希釈された選ばれた
ケイ素組成(たとえばシラン)を分解することによって
得られるケイ素をLPCVD 蒸着することによって塗布され
る。この分解を行うための典型的な温度範囲は約600-65
0 ℃であり、典型的な蒸着速度は約1ミクロン/分であ
る。
ドーピングした多結晶ケイ素から構成することができ
る。 この材料はスチューの米国特許4、513、298 号に説
明されている。この材料の形成は、当該技術分野におい
て周知であり、エリオット・ディ・ジェイ、スプラ(sup
ra) に論じられている酸化物マスキングおよび拡散技術
を用いて行うことができる。有効な抵抗材料として機能
することに加えて、多結晶ケイ素は粗いが均一な面を有
する。この種の面(これは製造工程中に容易にくり返す
ことができる)はインク気泡核生成の促進(たとえば気
泡形成)には理想的である。さらに、多結晶ケイ素は高
温で非常に安定しており、他の抵抗性材料の特徴である
酸化の問題を防止する。多結晶ケイ素は米国特許4、513、
298 号に説明するようにアルゴンで希釈された選ばれた
ケイ素組成(たとえばシラン)を分解することによって
得られるケイ素をLPCVD 蒸着することによって塗布され
る。この分解を行うための典型的な温度範囲は約600-65
0 ℃であり、典型的な蒸着速度は約1ミクロン/分であ
る。
【0031】一般に、層180 は(たとえばタンタル−ア
ルミニウム製である場合)約770-890 オングストローム
(最適値は約830 オングストローム)の均一な厚さで塗
布される。多結晶ケイ素が用いられる場合、層180 は約
3000−5000オングストローム(最適値は約4000オングス
トローム)の厚さで塗布される。
ルミニウム製である場合)約770-890 オングストローム
(最適値は約830 オングストローム)の均一な厚さで塗
布される。多結晶ケイ素が用いられる場合、層180 は約
3000−5000オングストローム(最適値は約4000オングス
トローム)の厚さで塗布される。
【0032】図16において、導電層181 が抵抗性材料層
180 に直接塗布され、多層構造182が形成される。ある
実施例において、導電層181 はアルミニウム、銅、ある
いは金で構成することができ、アルミニウムが好適であ
る。さらに、導電層181 の形成に用いられる金属は銅も
しくはケイ素等の他の材料でドーピングあるいは結合す
ることができる。アルミニウムを用いる場合、銅は電気
移動に関連する問題を制御するためのものであり、ケイ
素はシステム中のアルミニウムと他のケイ素を含有する
層との間の副反応を防止するためのものである。導電層
181 を作成するための好適な材料は約95.5重量パーセン
トのアルミニウム、約3.0 重量パーセントの銅、および
約1.5 重量パーセントのケイ素からなるが、この発明は
この組成を使用すべく限定されるものではない。一般
に、導電層181 は約4000−6000オングストローム(最適
値は約5000オングストローム)の均一な厚みを持ち、従
来のスパッタシングあるいは蒸着技術を用いて塗布され
る。
180 に直接塗布され、多層構造182が形成される。ある
実施例において、導電層181 はアルミニウム、銅、ある
いは金で構成することができ、アルミニウムが好適であ
る。さらに、導電層181 の形成に用いられる金属は銅も
しくはケイ素等の他の材料でドーピングあるいは結合す
ることができる。アルミニウムを用いる場合、銅は電気
移動に関連する問題を制御するためのものであり、ケイ
素はシステム中のアルミニウムと他のケイ素を含有する
層との間の副反応を防止するためのものである。導電層
181 を作成するための好適な材料は約95.5重量パーセン
トのアルミニウム、約3.0 重量パーセントの銅、および
約1.5 重量パーセントのケイ素からなるが、この発明は
この組成を使用すべく限定されるものではない。一般
に、導電層181 は約4000−6000オングストローム(最適
値は約5000オングストローム)の均一な厚みを持ち、従
来のスパッタシングあるいは蒸着技術を用いて塗布され
る。
【0033】その後、多層構造182 はこの構造182 をさ
まざまな部分(図17)に分割するためにマスキングおよ
び(好適には周知のプラズマエッチング技術を用いて)
エッチングされる。図17に示すように、構造182 は第1
の端部184 と第2の端部186を有する第1の部分183 を
有する。第1の端部184 は開口部176 (図14および図1
5)を介してトランジスタ126 のドレイン領域120 に直
接電気的物理的に接触しており、その間にはいかなる材
料層も介在しない。この直接的接続が従来の設計のシス
テムとの重要な相異点である。
まざまな部分(図17)に分割するためにマスキングおよ
び(好適には周知のプラズマエッチング技術を用いて)
エッチングされる。図17に示すように、構造182 は第1
の端部184 と第2の端部186を有する第1の部分183 を
有する。第1の端部184 は開口部176 (図14および図1
5)を介してトランジスタ126 のドレイン領域120 に直
接電気的物理的に接触しており、その間にはいかなる材
料層も介在しない。この直接的接続が従来の設計のシス
テムとの重要な相異点である。
【0034】また第2の部分190 も含まれており、これ
は開口部177 (図14および図15)を介してトランジスタ
126 のゲート110 に直接電気的物理的に接触するよう配
置されており、第1の部分183 からは電気的に分離され
ている。さらに、図17に示す構造182 は第3の部分192
を含み、これは開口部174 (図14および図15)を介して
トランジスタ126 のソース領域118 に電気的物理的に通
じている。第1の部分183 、第2の部分190 および第3
の部分192の基本的な機能を次に説明する。
は開口部177 (図14および図15)を介してトランジスタ
126 のゲート110 に直接電気的物理的に接触するよう配
置されており、第1の部分183 からは電気的に分離され
ている。さらに、図17に示す構造182 は第3の部分192
を含み、これは開口部174 (図14および図15)を介して
トランジスタ126 のソース領域118 に電気的物理的に通
じている。第1の部分183 、第2の部分190 および第3
の部分192の基本的な機能を次に説明する。
【0035】図17に示すように、構造182 の導電層181
は続いて第1の部分183 からその一部を除去するために
マスキングおよびエッチング(たとえばプラズマエッチ
ング)される。その結果、第1の部分183 は基本的には
覆われていない部分202 と覆われた部分204 、206 に分
割される。覆われていない部分202 は基本的にはカート
リッジの動作中、インク気泡核生成を発生させる加熱抵
抗器209 として機能する。覆われた部分204 は抵抗器20
9 とトランジスタ126 のドレイン領域120 の間の直接導
電ブリッジとしてはたらき、これらの部品を相互に電気
的に連通させる。さらに、この層構成によれば生産効率
と経済性がおおきく向上する。
は続いて第1の部分183 からその一部を除去するために
マスキングおよびエッチング(たとえばプラズマエッチ
ング)される。その結果、第1の部分183 は基本的には
覆われていない部分202 と覆われた部分204 、206 に分
割される。覆われていない部分202 は基本的にはカート
リッジの動作中、インク気泡核生成を発生させる加熱抵
抗器209 として機能する。覆われた部分204 は抵抗器20
9 とトランジスタ126 のドレイン領域120 の間の直接導
電ブリッジとしてはたらき、これらの部品を相互に電気
的に連通させる。さらに、この層構成によれば生産効率
と経済性がおおきく向上する。
【0036】技術的な観点からは、構造182 の抵抗性材
料層180 の上の導電層181 の存在によって、抵抗性材料
の(覆われたときの)かなりの熱量を発生する能力をな
くしている。すなわち、抵抗の最も小さいパスを流れる
電流が導電層181 に閉じ込められ、それによって最小限
の熱エネルギーしか発生しない。したがって、層180は
覆われていない部分202 においてのみ抵抗器として機能
する。
料層180 の上の導電層181 の存在によって、抵抗性材料
の(覆われたときの)かなりの熱量を発生する能力をな
くしている。すなわち、抵抗の最も小さいパスを流れる
電流が導電層181 に閉じ込められ、それによって最小限
の熱エネルギーしか発生しない。したがって、層180は
覆われていない部分202 においてのみ抵抗器として機能
する。
【0037】図18において、保護材料の一部220 は次に
詳細に説明するように下の材料層の上に位置する。保護
材料の部分220 は実際にはこの実施例では四つの主要な
層から構成することができる。すなわち、図18に示すよ
うに、好適には窒化ケイ素からなる第1のパシベーショ
ン層222 が設けられる。この層222 はアンモニアを混合
したシランを約2トルの圧力と約300-400 ℃の温度で分
解して得られた窒化ケイ素のPECVD によって塗布され
る。層222 は図示するように抵抗器209 とトランジスタ
126 を覆っている。パシベーション層222 の主たる機能
はカートリッジに用いられるインクの腐食作用から抵抗
器209 (および上に掲げた他の部品)を保護することで
ある。これは抵抗器209 に関して特に重要である。それ
はこの抵抗器への物理的損傷はその基本的な動作能力を
大きく損なうことがあるためである。パシベーション層
222 の好適な厚みは約4000−6000オングストローム(最
適値は約5000オングストローム)である。
詳細に説明するように下の材料層の上に位置する。保護
材料の部分220 は実際にはこの実施例では四つの主要な
層から構成することができる。すなわち、図18に示すよ
うに、好適には窒化ケイ素からなる第1のパシベーショ
ン層222 が設けられる。この層222 はアンモニアを混合
したシランを約2トルの圧力と約300-400 ℃の温度で分
解して得られた窒化ケイ素のPECVD によって塗布され
る。層222 は図示するように抵抗器209 とトランジスタ
126 を覆っている。パシベーション層222 の主たる機能
はカートリッジに用いられるインクの腐食作用から抵抗
器209 (および上に掲げた他の部品)を保護することで
ある。これは抵抗器209 に関して特に重要である。それ
はこの抵抗器への物理的損傷はその基本的な動作能力を
大きく損なうことがあるためである。パシベーション層
222 の好適な厚みは約4000−6000オングストローム(最
適値は約5000オングストローム)である。
【0038】図18において、保護材料の部分220 はまた
好適には炭化ケイ素からなる第2のパシベーション層22
3 を含む。ある実施例では、層223 は好適には約300 −
450℃の温度でシランとメタンを用いたPECVD によって
形成される。 層223 は図示するように層222 を覆い、
これもまた抵抗器209 や上に掲げた他の部品を腐食によ
る損傷から保護するためのものである。 保護材料の部
分220 はさらに、図示するように回路のさまざまな部分
に選択的に塗布される導電キャビテーション層224 を含
む。しかし、キャビテーション層224 は主として抵抗器
209 を覆う第2のパシベーション層223 の部分(図18)
に用いられる。キャビテーション層224の目的は抵抗器2
09 と誘電体パシベーション膜の損傷を排除するあるい
は最小限とすることである。ある実施例では、キャビテ
ーション層224 はタンタルから構成されるが、タングス
テンあるいはモリブデンを用いることもできる。キャビ
テーション層224 は従来のスパッタリング技術で塗布す
るのが好適であり、また通常厚さは約5500−6500オング
ストローム(最適値は約6000オングストローム)であ
る。
好適には炭化ケイ素からなる第2のパシベーション層22
3 を含む。ある実施例では、層223 は好適には約300 −
450℃の温度でシランとメタンを用いたPECVD によって
形成される。 層223 は図示するように層222 を覆い、
これもまた抵抗器209 や上に掲げた他の部品を腐食によ
る損傷から保護するためのものである。 保護材料の部
分220 はさらに、図示するように回路のさまざまな部分
に選択的に塗布される導電キャビテーション層224 を含
む。しかし、キャビテーション層224 は主として抵抗器
209 を覆う第2のパシベーション層223 の部分(図18)
に用いられる。キャビテーション層224の目的は抵抗器2
09 と誘電体パシベーション膜の損傷を排除するあるい
は最小限とすることである。ある実施例では、キャビテ
ーション層224 はタンタルから構成されるが、タングス
テンあるいはモリブデンを用いることもできる。キャビ
テーション層224 は従来のスパッタリング技術で塗布す
るのが好適であり、また通常厚さは約5500−6500オング
ストローム(最適値は約6000オングストローム)であ
る。
【0039】最後に、図18に示すように、保護材料の部
分220 は図示するように抵抗器209の両側のキャビテー
ション層224 と第2のパシベーション層223 に選択的に
塗布されたインク障壁層230 を含む。障壁層230 はイン
クの腐食作用に対してほとんど不活性である有機ポリマ
ープラスチックで構成するのが好適である。この目的に
合ったプラスチックポリマーの例としては、デラウエア
・ウイルミントンのイー・アイ・デュポン・デ・ニュー
マース・アンド・コ(Delaware 、WilmingtonのE.I. Dup
ont deNemours and Co.)からVACRELおよびRISTONの商品
名で販売されているものなどがある。これらの製品は実
際にはポリメチルメタクリレートからなり、従来の積層
技術で下の材料層に塗布される。ある実施例では、この
障壁層230 の厚さは約200、000 −300、000 オングストロ
ーム(最適値は約254、000 オングストローム)である。
上に挙げた材料は300 ℃の高温に耐え、また次に説明す
るように印字ヘッドのオリフィス板を保持するための良
好な接着特性を有する。
分220 は図示するように抵抗器209の両側のキャビテー
ション層224 と第2のパシベーション層223 に選択的に
塗布されたインク障壁層230 を含む。障壁層230 はイン
クの腐食作用に対してほとんど不活性である有機ポリマ
ープラスチックで構成するのが好適である。この目的に
合ったプラスチックポリマーの例としては、デラウエア
・ウイルミントンのイー・アイ・デュポン・デ・ニュー
マース・アンド・コ(Delaware 、WilmingtonのE.I. Dup
ont deNemours and Co.)からVACRELおよびRISTONの商品
名で販売されているものなどがある。これらの製品は実
際にはポリメチルメタクリレートからなり、従来の積層
技術で下の材料層に塗布される。ある実施例では、この
障壁層230 の厚さは約200、000 −300、000 オングストロ
ーム(最適値は約254、000 オングストローム)である。
上に挙げた材料は300 ℃の高温に耐え、また次に説明す
るように印字ヘッドのオリフィス板を保持するための良
好な接着特性を有する。
【0040】最後に、当該技術分野では周知であるオリ
フィス板240 が図19に示すように障壁層230 の表面に取
り付けられる。オリフィス板240 は液滴の量と方向の両
方を制御し、また好適にはニッケルで構成される。また
複数の開口部を有し、それぞれの開口部はこのシステム
の抵抗器の少なくとも一つに対応する。図19に略図を示
したオリフィス板240 は抵抗器209 の真上にありまたこ
の抵抗器に位置合わせされた開口部242 を含む。さら
に、障壁層230 の抵抗器209 の真上にあたる部分は積層
製造処理中に従来の方法で除去あるいは選択的に塗布さ
れて、インクカートリッジ中のインク源(たとえば貯蔵
ブラダユニットあるいはスポンジ状部材)からインクを
受け取るように設計された開口部あるいはキャビティ25
0 を形成している。したがって、抵抗器209 が起動され
ると、層222 、223 、224 を介してキャビティ250 内の
インクに熱が加えられ、気泡核生成が起こる。
フィス板240 が図19に示すように障壁層230 の表面に取
り付けられる。オリフィス板240 は液滴の量と方向の両
方を制御し、また好適にはニッケルで構成される。また
複数の開口部を有し、それぞれの開口部はこのシステム
の抵抗器の少なくとも一つに対応する。図19に略図を示
したオリフィス板240 は抵抗器209 の真上にありまたこ
の抵抗器に位置合わせされた開口部242 を含む。さら
に、障壁層230 の抵抗器209 の真上にあたる部分は積層
製造処理中に従来の方法で除去あるいは選択的に塗布さ
れて、インクカートリッジ中のインク源(たとえば貯蔵
ブラダユニットあるいはスポンジ状部材)からインクを
受け取るように設計された開口部あるいはキャビティ25
0 を形成している。したがって、抵抗器209 が起動され
ると、層222 、223 、224 を介してキャビティ250 内の
インクに熱が加えられ、気泡核生成が起こる。
【0041】また、抵抗器209 は図19に概略を示す従来
のドレイン電圧源260 と電気的に導通している。この導
通は導電キャビテーション層224 と直接物理的に接触す
る構造182 の覆われた部分206 を介して達成される。キ
ャビテーション層224 は厚さ約4000−6000オングストロ
ーム(最適値約5000オングストローム)のスパッタリン
グで塗布された導電性金属(たとえば金)の外部接触層
262 と導通している。トランジスタ126 のソース領域11
8 と外部接地264 の間の接続も同じ構成を有する。接続
は構造182 の第3の部分192 を介して達成される。第3
の部分192 はキャビテーション層224 と層262 に関連し
て先に説明した同タイプの外部接触層269 を介して接地
264 と導通する。最後に、外部リード270 が図示するよ
うに直接パシベーション層222 、223 を介してトランジ
スタ126 のゲート110 に接続されている。リード270 は
具体的には構造182 の第2の部分190 に接続されてい
る。
のドレイン電圧源260 と電気的に導通している。この導
通は導電キャビテーション層224 と直接物理的に接触す
る構造182 の覆われた部分206 を介して達成される。キ
ャビテーション層224 は厚さ約4000−6000オングストロ
ーム(最適値約5000オングストローム)のスパッタリン
グで塗布された導電性金属(たとえば金)の外部接触層
262 と導通している。トランジスタ126 のソース領域11
8 と外部接地264 の間の接続も同じ構成を有する。接続
は構造182 の第3の部分192 を介して達成される。第3
の部分192 はキャビテーション層224 と層262 に関連し
て先に説明した同タイプの外部接触層269 を介して接地
264 と導通する。最後に、外部リード270 が図示するよ
うに直接パシベーション層222 、223 を介してトランジ
スタ126 のゲート110 に接続されている。リード270 は
具体的には構造182 の第2の部分190 に接続されてい
る。
【0042】ここで説明した発明はMOSFET製造技術とサ
ーマルインクジェット印字ヘッドの設計における前進と
なるものである。この発明のMOSFETトランジスタ構造と
サーマルインクジェット印字ヘッドはいずれも他のより
複雑なシステムにくらべて多くの重要な利点を与えるも
のである。以上この発明の好適な実施例を説明したが、
当該技術に精通する者によってこの発明の範囲内でこの
発明に適宜変更を加えうるものである。たとえば、ここ
で参照した基本的な回路製造技術は必要に応じて適宜変
更しうるものである。
ーマルインクジェット印字ヘッドの設計における前進と
なるものである。この発明のMOSFETトランジスタ構造と
サーマルインクジェット印字ヘッドはいずれも他のより
複雑なシステムにくらべて多くの重要な利点を与えるも
のである。以上この発明の好適な実施例を説明したが、
当該技術に精通する者によってこの発明の範囲内でこの
発明に適宜変更を加えうるものである。たとえば、ここ
で参照した基本的な回路製造技術は必要に応じて適宜変
更しうるものである。
【0043】
【発明の効果】以上の如く本発明によれば、MOSFET装置
とサーマルインクジェット印字システムの生産におい
て、必要な材料と製造ステップの数を従来に比して著し
く低減することができ、その結果、生産コストを下げ、
製造効率を高くすることができる。
とサーマルインクジェット印字システムの生産におい
て、必要な材料と製造ステップの数を従来に比して著し
く低減することができ、その結果、生産コストを下げ、
製造効率を高くすることができる。
【図1】本発明が用いられるサーマル・インクジェット
・カートリッジの一例を示す分解斜視図である。
・カートリッジの一例を示す分解斜視図である。
【図2】他のサーマル・インクジェット・カートリッジ
を示す分解斜視図である。
を示す分解斜視図である。
【図3】本発明に係る印字ヘッドの製造工程を示す工程
図である。
図である。
【図4】本発明に係る印字ヘッドの製造工程を示す工程
図である。
図である。
【図5】本発明に係る印字ヘッドの製造工程を示す工程
図である。
図である。
【図6】本発明に係る印字ヘッドの製造工程を示す工程
図である。
図である。
【図7】本発明に係る印字ヘッドの製造工程を示す工程
図である。
図である。
【図8】本発明に係る印字ヘッドの製造工程を示す工程
図である。
図である。
【図9】本発明に係る印字ヘッドの製造工程を示す工程
図である。
図である。
【図10】本発明に係る印字ヘッドの製造工程を示す工
程図である。
程図である。
【図11】本発明に係る印字ヘッドの製造工程を示す工
程図である。
程図である。
【図12】本発明に係る印字ヘッドの製造工程を示す工
程図である。
程図である。
【図13】本発明に係る印字ヘッドの製造工程を示す工
程図である。
程図である。
【図14】本発明に係る印字ヘッドの製造工程を示す工
程図である。
程図である。
【図15】本発明に係る印字ヘッドの製造工程を示す工
程図である。
程図である。
【図16】本発明に係る印字ヘッドの製造工程を示す工
程図である。
程図である。
【図17】本発明に係る印字ヘッドの製造工程を示す工
程図である。
程図である。
【図18】本発明に係る印字ヘッドの製造工程を示す工
程図である。
程図である。
【図19】本発明に係る印字ヘッドの製造工程を示す工
程図である。
程図である。
70:基板 72:二酸化ケイ素層 76:窒化ケイ素層 80、82:露出領域 84、86:電界酸化物領域 90:多結晶ケイ素層 101:フォトレジストイメージ 110:ゲート 112、114:ケイ素領域 118:ソース領域 120:ドレイン領域 124:保護誘電体層 126:トランジスタ 174、176、177:開口部 181:導電層 209:抵抗器 222:第1のパシベーション層 223:第2のパシベーション層 224:キャビテーション層 240:オリフィス板 250:キャビティ 270:リード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・エイチ・スタンバック アメリカ合衆国コロラド州フォートコリン ズ・ケープコードサークル4237 (72)発明者 ウルリッチ・イー・ヘス アメリカ合衆国オレゴン州コーバリス・21 ス・ストリート・ノースウエスト136 (72)発明者 ジェームス・アール・ヒューリングス アメリカ合衆国コロラド州フォートコリン ズ・ドーバードライブ2200 (72)発明者 ラリー・エス・メッツ アメリカ合衆国コロラド州フォートコリン ズ・リンデンウッドドライブ1200 (72)発明者 チャールス・イー・モーア アメリカ合衆国コロラド州ラブランド・10 ス・ストリート・ウエスト425
Claims (8)
- 【請求項1】ケイ素からなる基板と、 上記基板上に設けられ、ソース領域とドレイン領域間に
ゲートを配置してなるMOSFETトランジスタであっ
て、上記ゲートが、上記基板上の二酸化ケイ素の層と、
上記二酸化ケイ素上の窒化ケイ素の層と、上記窒化ケイ
素上の多結晶ケイ素の層とからなるものと、 二酸化ケイ素からなり、上記MOSFETトランジスタ
を囲む上記基板上の電界酸化層と、 上記電界酸化層と上記MOSFETトランジスタを覆う
と共に、上記MOSFETトランジスタのソース領域、
ドレイン領域およびゲートへの通路となる複数の貫通孔
を設けてなる誘電材料の層と、 上記誘電材料の層上に設けられ、該誘電材料の層に設け
た貫通孔を通して上記ソース領域、ドレイン領域および
ゲートに直接電気的に接触する電気抵抗性の材料の層
と、 上記電気抵抗性の材料の層に加熱抵抗器として機能する
少なくとも一つの覆われない部分と、上記ソース領域、
ドレイン領域およびゲートを覆われた部分を形成するよ
う、上記電気抵抗性の材料の層上に設けられて、多層構
造を形成する導体材料の層と、 上記加熱抵抗器上に設けられる保護材料の部分と、 上記保護材料の部分に取付けられ、少なくとも一つの貫
通孔を有するプレート部材と、 からなり、上記保護材料の部分における上記プレートの
貫通孔の直下の部分を除去してインク受けキャビティを
形成すると共に、該インク受けキャビティに上記加熱抵
抗器の熱が伝達するように、該加熱抵抗器を上記インク
受けキャビティの直下に整列させて配置した、 ことを特徴とするサーマル・インクジェット・プリント
ヘッド。 - 【請求項2】ケイ素からなる基板と、 上記基板上に設けられ、ソース領域とドレイン領域間に
ゲートを配置してなるMOSFETトランジスタであっ
て、上記ゲートが、上記基板上の二酸化ケイ素の層と、
上記二酸化ケイ素上の窒化ケイ素の層と、上記窒化ケイ
素上に設けられ、該窒化ケイ素に隣合った下面から、上
面に向けてその幅を連続的に減少させてなる多結晶ケイ
素の層とからなるものと、 二酸化ケイ素からなり、上記MOSFETトランジスタ
を囲む電界酸化層と、 上記電界酸化層と上記MOSFETトランジスタを覆う
と共に、上記MOSFETトランジスタのソース領域、
ドレイン領域およびゲートへの通路となる複数の貫通孔
を設けてなる窒化ケイ素からなる誘電材料の層と、 上記誘電材料の層上に設けられ、該誘電材料の層に設け
た貫通孔を通して上記ソース領域、ドレイン領域および
ゲートに直接電気的に接触する電気抵抗性の材料の層で
あって、多結晶ケイ素および、タンタルとアルミニウム
の混合物からなる群から選択された組成からなるもの
と、 上記電気抵抗性の材料の層に加熱抵抗器として機能する
少なくとも一つの覆われない部分と、上記ソース領域、
ドレイン領域およびゲートを覆われた部分を形成するよ
う、上記電気抵抗性の材料の層上に設けられて、多層構
造を形成する導体材料の層であって、アルミニウム、銅
および金からなる群から選択された材料からなるもの
と、 窒化ケイ素からなり、上記加熱抵抗器上に設けられる第
一のパシベーション層と、 炭化ケイ素からなり、上記第一のパシベーション層上に
設けられる第二のパシベーション層と、 タンタル、タングステンおよびモリブデンからなる群か
ら選択された金属からなり、上記第二のパシベーション
層上に設けられるキャビテーション層と、 プラスチックからなり、上記キャビテーション層上に設
けられるインク障壁層と、 上記インク障壁層に取付けられ、少なくとも一つの貫通
孔を有するプレート部材と、 からなり、上記インク障壁層における上記プレートの貫
通孔の直下の部分を除去してインク受けキャビティを形
成すると共に、該インク受けキャビティに上記加熱抵抗
器の熱が伝達するように、該加熱抵抗器を上記インク受
けキャビティの直下に整列させて配置した、 ことを特徴とするサーマル・インクジェット・プリント
ヘッド。 - 【請求項3】少なくとも一つの貫通孔を有するハウジン
グと、インクを保持するために上記ハウジング内に設け
られた貯蔵手段と、上記ハウジングに取付けられ、上記
貫通孔を通して上記貯蔵手段に液通したプリントヘッド
とからなるサーマルインクジェットプリント装置であっ
て、 上記プリントヘッドは、 ケイ素からなる基板と、 上記基板上に設けられ、ソース領域とドレイン領域間に
ゲートを配置してなるMOSFETトランジスタであっ
て、上記ゲートが、上記基板上の二酸化ケイ素の層と、
上記二酸化ケイ素上の窒化ケイ素の層と、上記窒化ケイ
素上の多結晶ケイ素の層とからなるものと、 二酸化ケイ素からなり、上記MOSFETトランジスタ
を囲む上記基板上の電界酸化層と、 上記電界酸化層と上記MOSFETトランジスタを覆う
と共に、上記MOSFETトランジスタのソース領域、
ドレイン領域およびゲートへの通路となる複数の貫通孔
を設けてなる誘電材料の層と、 上記誘電材料の層上に設けられ、該誘電材料の層に設け
た貫通孔を通して上記ソース領域、ドレイン領域および
ゲートに直接電気的に接触する電気抵抗性の材料の層
と、 上記電気抵抗性の材料の層に加熱抵抗器として機能する
少なくとも一つの覆われない部分と、上記ソース領域、
ドレイン領域およびゲートを覆われた部分を形成するよ
う、上記電気抵抗性の材料の層上に設けられて、多層構
造を形成する導体材料の層と、 上記加熱抵抗器上に設けられる保護材料の部分と、 上記保護材料の部分に取付けられ、少なくとも一つの貫
通孔を有するプレート部材と、 からなり、上記保護材料の部分における上記プレートの
貫通孔の直下の部分を除去してインク受けキャビティを
形成すると共に、該インク受けキャビティに上記加熱抵
抗器の熱が伝達するように、該加熱抵抗器を上記インク
受けキャビティの直下に整列させて配置した、 ことを特徴とするサーマル・インクジェット・プリント
装置。 - 【請求項4】少なくとも一つの貫通孔を有するハウジン
グと、インクを保持するために上記ハウジング内に設け
られた貯蔵手段と、上記ハウジングに取付けられ、上記
貫通孔を通して上記貯蔵手段に液通したプリントヘッド
とからなるサーマルインクジェットプリント装置であっ
て、 上記プリントヘッドは、 ケイ素からなる基板と、 上記基板上に設けられ、ソース領域とドレイン領域間に
ゲートを配置してなるMOSFETトランジスタであっ
て、上記ゲートが、上記基板上の二酸化ケイ素の層と、
上記二酸化ケイ素上の窒化ケイ素の層と、上記窒化ケイ
素上に設けられ、該窒化ケイ素に隣合った下面から、上
面に向けてその幅を連続的に減少させてなる多結晶ケイ
素の層とからなるものと、 二酸化ケイ素からなり、上記MOSFETトランジスタ
を囲む電界酸化層と、 上記電界酸化層と上記MOSFETトランジスタを覆う
と共に、上記MOSFETトランジスタのソース領域、
ドレイン領域およびゲートへの通路となる複数の貫通孔
を設けてなる窒化ケイ素からなる誘電材料の層と、 上記誘電材料の層上に設けられ、該誘電材料の層に設け
た貫通孔を通して上記ソース領域、ドレイン領域および
ゲートに直接電気的に接触する電気抵抗性の材料の層で
あって、多結晶ケイ素および、タンタルとアルミニウム
の混合物からなる群から選択された組成からなるもの
と、 上記電気抵抗性の材料の層に加熱抵抗器として機能する
少なくとも一つの覆われない部分と、上記ソース領域、
ドレイン領域およびゲートを覆われた部分を形成するよ
う、上記電気抵抗性の材料の層上に設けられて、多層構
造を形成する導体材料の層であって、アルミニウム、銅
および金からなる群から選択された材料からなるもの
と、 窒化ケイ素からなり、上記加熱抵抗器上に設けられる第
一のパシベーション層と、 炭化ケイ素からなり、上記第一のパシベーション層上に
設けられる第二のパシベーション層と、 タンタル、タングステンおよびモリブデンからなる群か
ら選択された金属からなり、上記第二のパシベーション
層上に設けられるキャビテーション層と、 プラスチックからなり、上記キャビテーション層上に設
けられるインク障壁層と、 上記インク障壁層に取付けられ、少なくとも一つの貫通
孔を有するプレート部材と、 からなり、上記インク障壁層における上記プレートの貫
通孔の直下の部分を除去してインク受けキャビティを形
成すると共に、該インク受けキャビティに上記加熱抵抗
器の熱が伝達するように、該加熱抵抗器を上記インク受
けキャビティの直下に整列させて配置した、 ことを特徴とするサーマル・インクジェット・プリント
装置。 - 【請求項5】ケイ素からなる基板を準備するステップ
と、 上記基板上に二酸化ケイ素の層を形成するステップと、 上記二酸化ケイ素上に窒化ケイ素の層を形成するステッ
プと、 上記二酸化ケイ素に複数の露出した領域を形成し、該露
出した領域によって囲まれた上記窒化ケイ素の部分を残
すよう上記窒化ケイ素の一部を除去するステップと、 上記窒化ケイ素の部分に囲まれた電界酸化層を形成する
ために、上記二酸化ケイ素の層における上記露出した領
域下の上記基板を酸化するステップと、 上記窒化ケイ素の部分上に多結晶ケイ素の層を形成し、
該多結晶ケイ素の層、上記窒化ケイ素の部分および二酸
化ケイ素の層とでこの下にトランジスタのゲートを形成
するステップと、 上記ゲートに近接して上記基板にトランジスタのソース
領域とドレイン領域とを形成するステップと、 上記電界酸化層、ゲート、ソース領域およびドレイン領
域上に誘電材料の層を設けるステップと、 上記ゲート、ソース領域およびドレイン領域への通路と
なる複数の貫通孔を上記誘電材料の層に形成するステッ
プと、 上記誘電材料の層上に、該誘電材料の層に設けた貫通孔
を通して上記ソース領域、ドレイン領域およびゲートに
直接電気的に接触する電気抵抗性の材料の層を設けるス
テップと、 上記電気抵抗性の材料の層に加熱抵抗器として機能する
少なくとも一つの覆われない部分と、上記ソース領域、
ドレイン領域およびゲートを覆われた部分を形成するよ
う、多層構造を形成する導体材料の層を上記電気抵抗性
の材料の層上に設けるステップと、 上記加熱抵抗器上に、保護材料の一部を設けるステップ
と、 上記保護材料の一部に取付けられ、少なくとも一つの貫
通孔を有するプレート部材を取り付け、上記保護材料の
一部における上記プレートの貫通孔の直下の部分を除去
してインク受けキャビティを形成すると共に、該インク
受けキャビティに上記加熱抵抗器の熱が伝達するよう
に、該加熱抵抗器を上記インク受けキャビティの直下に
整列させて配置するステップと、 からなることを特徴とするサーマル・インクジェット・
プリントヘッドの製造方法。 - 【請求項6】ケイ素からなる基板を準備するステップ
と、 上記基板上に二酸化ケイ素の層を形成するステップと、 上記二酸化ケイ素上に窒化ケイ素の層を形成するステッ
プと、 上記二酸化ケイ素に複数の露出した領域を形成し、該露
出した領域によって囲まれた上記窒化ケイ素の部分を残
すよう上記窒化ケイ素の一部を除去するステップと、 上記窒化ケイ素の部分に囲まれた電界酸化層を形成する
ために、上記二酸化ケイ素の層における上記露出した領
域下の上記基板を酸化するステップと、 上記窒化ケイ素の部分上に多結晶ケイ素の層を形成し、
該多結晶ケイ素の層、上記窒化ケイ素の部分および二酸
化ケイ素の層とでこの下にトランジスタのゲートを形成
するステップであって、上記多結晶ケイ素の層の形成
が、該窒化ケイ素に隣合った下面から、上面に向けてそ
の幅を連続的に減少させて該多結晶ケイ素の層のエッチ
ングをするステップからなるもの、 上記ゲートに近接して上記基板にトランジスタのソース
領域とドレイン領域とを形成するステップと、 上記電界酸化層、ゲート、ソース領域およびドレイン領
域上に誘電材料の層を設けるステップと、 上記ゲート、ソース領域およびドレイン領域への通路と
なる複数の貫通孔を上記誘電材料の層に形成するステッ
プと、 上記誘電材料の層上に、該誘電材料の層に設けた貫通孔
を通して上記ソース領域、ドレイン領域およびゲートに
直接電気的に接触する電気抵抗性の材料の層を設けるス
テップであって、該電気抵抗性の材料の層が、多結晶ケ
イ素および、タンタルとアルミニウムの混合物からなる
群から選択された組成からなるものと、 上記電気抵抗性の材料の層に加熱抵抗器として機能する
少なくとも一つの覆われない部分と、上記ソース領域、
ドレイン領域およびゲートを覆われた部分を形成するよ
う、多層構造を形成する導体材料の層を上記電気抵抗性
の材料の層上に設けるステップであって、上記導電材料
が、アルミニウム、銅および金からなる群から選択され
た材料からなるものと、 上記加熱抵抗器上に、窒化ケイ素からなる第一のパシベ
ーション層を設けるステップと、 上記第一のパシベーション層上に、炭化ケイ素からなる
第二のパシベーション層を設けるステップと、 上記第二のパシベーション層上に、タンタル、タングス
テンおよびモリブデンからなる群から選択された金属か
らなるキャビテーション層を設けるステップと、 上記キャビテーション層上に、プラスチックからなるイ
ンク障壁層を設けるステップと、 上記インク障壁層に、少なくとも一つの貫通孔を有する
プレート部材を取り付け、上記インク障壁層における上
記プレートの貫通孔の直下の部分を除去してインク受け
キャビティを形成すると共に、該インク受けキャビティ
に上記加熱抵抗器の熱が伝達するように、該加熱抵抗器
を上記インク受けキャビティの直下に整列させて配置す
るステップと、 からなることを特徴とするサーマル・インクジェット・
プリントヘッドの製造方法。 - 【請求項7】ケイ素からなる基板を準備するステップ
と、 上記基板上に二酸化ケイ素の層を形成するステップと、 上記二酸化ケイ素上に窒化ケイ素の層を形成するステッ
プと、 上記二酸化ケイ素に複数の露出した領域を形成し、該露
出した領域によって囲まれた上記窒化ケイ素の部分を残
すよう上記窒化ケイ素の一部を除去するステップと、 上記窒化ケイ素の部分に囲まれた電界酸化層を形成する
ために、上記二酸化ケイ素の層における上記露出した領
域下の上記基板を酸化するステップと、 上記窒化ケイ素の部分上に多結晶ケイ素の層を形成し、
該多結晶ケイ素の層、上記窒化ケイ素の部分および二酸
化ケイ素の層とでこの下にトランジスタのゲートを形成
するステップと、 上記ゲートに近接して上記基板にトランジスタのソース
領域とドレイン領域とを形成するステップと、 上記電界酸化層、ゲート、ソース領域およびドレイン領
域上に誘電材料の層を設けるステップと、 上記ゲート、ソース領域およびドレイン領域への通路と
なる複数の貫通孔を上記誘電材料の層に形成するステッ
プと、 上記誘電材料の層上に、該誘電材料の層に設けた貫通孔
を通して上記ソース領域、ドレイン領域およびゲートに
直接電気的に接触する電気抵抗性の材料の層を設けるス
テップと、 上記電気抵抗性の材料の層に加熱抵抗器として機能する
少なくとも一つの覆われない部分と、上記ソース領域、
ドレイン領域およびゲートを覆われた部分を形成するよ
う、多層構造を形成する導体材料の層を上記電気抵抗性
の材料の層上に設けるステップと、 上記加熱抵抗器上に、保護材料の一部を設けるステップ
と、 上記保護材料の一部に取付けられ、少なくとも一つの貫
通孔を有するプレート部材を取り付け、上記保護材料の
一部における上記プレートの貫通孔の直下の部分を除去
してインク受けキャビティを形成すると共に、該インク
受けキャビティに上記加熱抵抗器の熱が伝達するよう
に、該加熱抵抗器を上記インク受けキャビティの直下に
整列させて配置するステップと、 インクを保持するための貯蔵手段および少なくとも一つ
の貫通孔を有するハウジングを準備するステップと、 上記インク受けキャビティが、上記貫通孔を通して上記
貯蔵手段に液通するよう上記基板を上記ハウジングに取
り付けるステップと、 からなることを特徴とするサーマル・インクジェット・
プリント装置の製造方法。 - 【請求項8】ケイ素からなる基板を準備するステップ
と、 上記基板上に二酸化ケイ素の層を形成するステップと、 上記二酸化ケイ素上に窒化ケイ素の層を形成するステッ
プと、 上記二酸化ケイ素に複数の露出した領域を形成し、該露
出した領域によって囲まれた上記窒化ケイ素の部分を残
すよう上記窒化ケイ素の一部を除去するステップと、 上記窒化ケイ素の部分に囲まれた電界酸化層を形成する
ために、上記二酸化ケイ素の層における上記露出した領
域下の上記基板を酸化するステップと、 上記窒化ケイ素の部分上に多結晶ケイ素の層を形成し、
該多結晶ケイ素の層、上記窒化ケイ素の部分および二酸
化ケイ素の層とでこの下にトランジスタのゲートを形成
するステップであって、上記多結晶ケイ素の層の形成
が、該窒化ケイ素に隣合った下面から、上面に向けてそ
の幅を連続的に減少させて該多結晶ケイ素の層のエッチ
ングをするステップからなるもの、 上記ゲートに近接して上記基板にトランジスタのソース
領域とドレイン領域とを形成するステップと、 上記電界酸化層、ゲート、ソース領域およびドレイン領
域上に誘電材料の層を設けるステップと、 上記ゲート、ソース領域およびドレイン領域への通路と
なる複数の貫通孔を上記誘電材料の層に形成するステッ
プと、 上記誘電材料の層上に、該誘電材料の層に設けた貫通孔
を通して上記ソース領域、ドレイン領域およびゲートに
直接電気的に接触する電気抵抗性の材料の層を設けるス
テップであって、該電気抵抗性の材料の層が、多結晶ケ
イ素および、タンタルとアルミニウムの混合物からなる
群から選択された組成からなるものと、 上記電気抵抗性の材料の層に加熱抵抗器として機能する
少なくとも一つの覆われない部分と、上記ソース領域、
ドレイン領域およびゲートを覆われた部分を形成するよ
う、多層構造を形成する導体材料の層を上記電気抵抗性
の材料の層上に設けるステップであって、上記導電材料
が、アルミニウム、銅および金からなる群から選択され
た材料からなるものと、 上記加熱抵抗器上に、窒化ケイ素からなる第一のパシベ
ーション層を設けるステップと、 上記第一のパシベーション層上に、炭化ケイ素からなる
第二のパシベーション層を設けるステップと、 上記第二のパシベーション層上に、タンタル、タングス
テンおよびモリブデンからなる群から選択された金属か
らなるキャビテーション層を設けるステップと、 上記キャビテーション層上に、プラスチックからなるイ
ンク障壁層を設けるステップと、 上記インク障壁層に、少なくとも一つの貫通孔を有する
プレート部材を取り付け、上記インク障壁層における上
記プレートの貫通孔の直下の部分を除去してインク受け
キャビティを形成すると共に、該インク受けキャビティ
に上記加熱抵抗器の熱が伝達するように、該加熱抵抗器
を上記インク受けキャビティの直下に整列させて配置す
るステップと、 インクを保持するための貯蔵手段および少なくとも一つ
の貫通孔を有するハウジングを準備するステップと、 上記インク受けキャビティが、上記貫通孔を通して上記
貯蔵手段に液通するよう上記基板を上記ハウジングに取
り付けるステップと、 からなることを特徴とするサーマル・インクジェット・
プリント装置の製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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