JPH0688414B2 - インクジェット・プリントヘッド - Google Patents
インクジェット・プリントヘッドInfo
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- JPH0688414B2 JPH0688414B2 JP2325153A JP32515390A JPH0688414B2 JP H0688414 B2 JPH0688414 B2 JP H0688414B2 JP 2325153 A JP2325153 A JP 2325153A JP 32515390 A JP32515390 A JP 32515390A JP H0688414 B2 JPH0688414 B2 JP H0688414B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はサーマル・インクジェット・プリントヘッドに
関するものであり、さらに詳しくは、一方の部分にイン
ク流の案内溝、ノズルおよびインク供給部が配置され、
他方の部分にはその表面に加熱要素およびイオンにより
パシベートされた加熱要素の電子駆動回路が配置された
構成の二部分式サーマル・インクジェット・プリントヘ
ッドに関するものである。
関するものであり、さらに詳しくは、一方の部分にイン
ク流の案内溝、ノズルおよびインク供給部が配置され、
他方の部分にはその表面に加熱要素およびイオンにより
パシベートされた加熱要素の電子駆動回路が配置された
構成の二部分式サーマル・インクジェット・プリントヘ
ッドに関するものである。
アヤタ氏等に付与された米国特許第4,463,359号公報に
記載されたプリントヘッドにおいては、毛細管作用によ
って液が補充される一本以上のインク充填溝が開示され
ている。このヘッドの各ノズルにはメニスカスが形成さ
れ、ノズルからインクが垂れてしまうことを防止してい
る。ノズルの上流側の各溝には抵抗体であるヒーターが
配置されている。データ信号を表示する電流パルスが抵
抗体に印加されると、瞬間的に抵抗体に接触しているイ
ンクが蒸発して、各電流パルス毎にバブルを形成する。
これらのバブルの成長および破裂によって、各ノズルか
らはインク液滴が吐き出される。
記載されたプリントヘッドにおいては、毛細管作用によ
って液が補充される一本以上のインク充填溝が開示され
ている。このヘッドの各ノズルにはメニスカスが形成さ
れ、ノズルからインクが垂れてしまうことを防止してい
る。ノズルの上流側の各溝には抵抗体であるヒーターが
配置されている。データ信号を表示する電流パルスが抵
抗体に印加されると、瞬間的に抵抗体に接触しているイ
ンクが蒸発して、各電流パルス毎にバブルを形成する。
これらのバブルの成長および破裂によって、各ノズルか
らはインク液滴が吐き出される。
キャリッジタイプのプリンタにおけるプリントヘッドは
紙などの記録媒体上を往復走査する必要がある。このた
めに、多数本のインク液滴形成ノズルにおいては、それ
ぞれ１本づつのリード線が必要な加熱用要素を備えたイ
ンク液滴形成ノズルが多数本必要となり、このことが記
録ヘッドの設計およびその動作を困難なものとしてい
る。というのも、記録ヘッドと高電流が流れる多数本の
リード線を相互に接続する部分が多数必要となるからで
ある。このように多数の接続部が必要であると、プリン
トヘッドの寸法が大きくなると共に、その製造価格も上
昇してしまう。ページ幅寸法の静止型記録ヘッドであっ
ても、ノズル当たり１本必要となる多数本のリード線が
必要なことが原因となって、１インチ当たり300画素あ
るいあ300スポット（SPI）を形成するためには膨大な数
のリード線が必要となる。これに加えて、当業界では更
に高い記録解像度を指向している。ページ幅プリンタを
300SPIで結線することは、各加熱要素にそれぞれ結線が
必要な場合には実用的でない。よって、リード線の本数
を減少させれば、ベージ幅あるいは走査型のプリントヘ
ッドの構成をコンパクトにすることが可能になる。従っ
て、リード線の本数を減少させるために、加熱用要素が
搭載された基板上の電子回路群を積極的に集積化させる
ことは、高解像度記録（すなわち、多数本のジェットあ
るいはノズルを用いた記録）を実現する観点からは、実
用上極めて注目に値するものである。
紙などの記録媒体上を往復走査する必要がある。このた
めに、多数本のインク液滴形成ノズルにおいては、それ
ぞれ１本づつのリード線が必要な加熱用要素を備えたイ
ンク液滴形成ノズルが多数本必要となり、このことが記
録ヘッドの設計およびその動作を困難なものとしてい
る。というのも、記録ヘッドと高電流が流れる多数本の
リード線を相互に接続する部分が多数必要となるからで
ある。このように多数の接続部が必要であると、プリン
トヘッドの寸法が大きくなると共に、その製造価格も上
昇してしまう。ページ幅寸法の静止型記録ヘッドであっ
ても、ノズル当たり１本必要となる多数本のリード線が
必要なことが原因となって、１インチ当たり300画素あ
るいあ300スポット（SPI）を形成するためには膨大な数
のリード線が必要となる。これに加えて、当業界では更
に高い記録解像度を指向している。ページ幅プリンタを
300SPIで結線することは、各加熱要素にそれぞれ結線が
必要な場合には実用的でない。よって、リード線の本数
を減少させれば、ベージ幅あるいは走査型のプリントヘ
ッドの構成をコンパクトにすることが可能になる。従っ
て、リード線の本数を減少させるために、加熱用要素が
搭載された基板上の電子回路群を積極的に集積化させる
ことは、高解像度記録（すなわち、多数本のジェットあ
るいはノズルを用いた記録）を実現する観点からは、実
用上極めて注目に値するものである。
加熱用要素が搭載された記録ヘッドの部分に集積化する
ことのできる半導体装置として二つのタイプがある。す
なわち、バイポーラとMOS（CMOSあるいはNMOS）であ
る。バイポーラ装置は相互コンダクタンスが温度上昇と
共に増加することに起因して熱暴走が起こり、伝導フィ
ラメントが形成されてしまう。一方、MOS装置のチャネ
ル表面から拡散する可動キャリアにより、温度上昇に伴
う相互コンダクタンスが低減して、装置のチャネル全幅
に渡って電流の自己規制あるいは遮断が起きる。従っ
て、パワーMOSは本来的にサーマル・インクジェットの
パワー切り換え装置としてより適している。特に、不均
一な加熱状態が形成される場合あるいは高電流の切り換
えが行われる場合には、そのように言うことができる。
ことのできる半導体装置として二つのタイプがある。す
なわち、バイポーラとMOS（CMOSあるいはNMOS）であ
る。バイポーラ装置は相互コンダクタンスが温度上昇と
共に増加することに起因して熱暴走が起こり、伝導フィ
ラメントが形成されてしまう。一方、MOS装置のチャネ
ル表面から拡散する可動キャリアにより、温度上昇に伴
う相互コンダクタンスが低減して、装置のチャネル全幅
に渡って電流の自己規制あるいは遮断が起きる。従っ
て、パワーMOSは本来的にサーマル・インクジェットの
パワー切り換え装置としてより適している。特に、不均
一な加熱状態が形成される場合あるいは高電流の切り換
えが行われる場合には、そのように言うことができる。
また、パワーMOSは、装置を停止させるために少数キャ
リヤの再結合を必要としないので、スイッチング速度が
早い。さらには、比較的簡単にドライバの50ないし100
ボルトのブレークダウンを発生させることができる。ス
イッチング速度が早いということが重量な理由は、バブ
ル発生用の抵抗を数百ナノ秒の内にオンおよびオフする
必要があるからである。バイポーラ装置を用いた場合に
は、オフに切り換えるまえに少数キャリヤを再結合させ
る必要がある。また、パワーMOSは、エピタキシャル・
ウエハを必要としないので、廉価に製造できると共に論
理装置と集積化できる。業界の一般的な傾向は、MOS技
術の高度利用に向かっている。
リヤの再結合を必要としないので、スイッチング速度が
早い。さらには、比較的簡単にドライバの50ないし100
ボルトのブレークダウンを発生させることができる。ス
イッチング速度が早いということが重量な理由は、バブ
ル発生用の抵抗を数百ナノ秒の内にオンおよびオフする
必要があるからである。バイポーラ装置を用いた場合に
は、オフに切り換えるまえに少数キャリヤを再結合させ
る必要がある。また、パワーMOSは、エピタキシャル・
ウエハを必要としないので、廉価に製造できると共に論
理装置と集積化できる。業界の一般的な傾向は、MOS技
術の高度利用に向かっている。
パワーMOSにおけるただ一つの欠点は、Na+，Li+，K+等
の可動イオンに対する感度である。通常、これらの可動
イオンはサーマル・インクジェット・プリンタにおける
サーマルインク内に存在している。MOSのイオンに対す
る感度は、バイアスされたゲートあるいは金属化層によ
って形成される電場においてドリフトする帯電された状
態でSiO2内に可動イオンが存在することに原因がある。
MOS装置のドリフティングにより、論理が不安定となり
（閾値電圧のシフト）あるいは高電圧回路の早期ブレー
クダウンが生ずる。
の可動イオンに対する感度である。通常、これらの可動
イオンはサーマル・インクジェット・プリンタにおける
サーマルインク内に存在している。MOSのイオンに対す
る感度は、バイアスされたゲートあるいは金属化層によ
って形成される電場においてドリフトする帯電された状
態でSiO2内に可動イオンが存在することに原因がある。
MOS装置のドリフティングにより、論理が不安定となり
（閾値電圧のシフト）あるいは高電圧回路の早期ブレー
クダウンが生ずる。
サーマルインクジェット記録に使用されるインクは染料
の一部分として可動イオンを含んでおり、またいずれの
場合においても、インク製造過程を経て得られたインク
は、集積回路における純度の基準に比べれば、極めて純
度の低いものである。プリントヘッドの温度が使用中に
上昇して約60℃にもなるという事実も、可動イオンのド
リフト速度が高温中で加速されるという理由からは問題
となる。このように、プリントヘッドに存在する電子回
路はインクから保護する必要があり、これが本発明の課
題である。
の一部分として可動イオンを含んでおり、またいずれの
場合においても、インク製造過程を経て得られたインク
は、集積回路における純度の基準に比べれば、極めて純
度の低いものである。プリントヘッドの温度が使用中に
上昇して約60℃にもなるという事実も、可動イオンのド
リフト速度が高温中で加速されるという理由からは問題
となる。このように、プリントヘッドに存在する電子回
路はインクから保護する必要があり、これが本発明の課
題である。
パワーMOS装置の可動イオンに対する感度は、フィール
ドプレートで覆われていないシリコン酸化物のみからな
るドリフト層を存在させることにより改善できる。イオ
ンがドリフト層の上からシリコン酸化物内に入り込む
と、ドリフト領域内のフィールドラインに歪みが生ず
る。この歪みによって、ブレークダウンが発生する。
ドプレートで覆われていないシリコン酸化物のみからな
るドリフト層を存在させることにより改善できる。イオ
ンがドリフト層の上からシリコン酸化物内に入り込む
と、ドリフト領域内のフィールドラインに歪みが生ず
る。この歪みによって、ブレークダウンが発生する。
プリントヘッドの記録速度が向上して毎分当たりの記録
ページ数が増加するに伴って、それらの寿命を延ばし
て、１ページ記録当たりの価格を低減することが必要と
なる。従って、プリントヘッドの耐久性を延ばす必要が
ある。集積電気回路をイオンパシベーションすることに
より、このようなプリントヘッドの耐用年数を増加させ
ることができる。
ページ数が増加するに伴って、それらの寿命を延ばし
て、１ページ記録当たりの価格を低減することが必要と
なる。従って、プリントヘッドの耐久性を延ばす必要が
ある。集積電気回路をイオンパシベーションすることに
より、このようなプリントヘッドの耐用年数を増加させ
ることができる。
本発明の課題は、プリントヘッドの加熱用要素に対して
電気パルスを印加する電気回路がイオンパシベーション
された構成となっているインクジェット・プリントヘッ
ドを実現することにある。
電気パルスを印加する電気回路がイオンパシベーション
された構成となっているインクジェット・プリントヘッ
ドを実現することにある。
本発明におけるインクジェッド・プリントヘッドは、一
方の端がインク液滴発生ノズルに繋がり他方の端がイン
ク供給用リザーバに通じている複数本の平行インク溝
と、ノズルから一定の距離だけ上流側における各溝内に
位置している、キャビテーション防止層が形成された加
熱用要素と、プリントヘッド上において単一結晶上に集
積化されて電気パルスを加熱用要素群に印加するための
MOS型電子回路とを有している。加熱用要素群を、別個
の絶縁層と金属とを組み合わせて保護することによっ
て、それらの保護層を破壊することなく選択的にそれら
の表面からパシベーションを除去する必要がある。加熱
用要素は異なるパシベーションを用いて、それらの熱効
率を大幅に改善してある。しかし、加熱用要素のパシベ
ーション処理温度条件は、アルミニウムの金属化の場合
とは異なっているので、金属化は加熱用要素のパシベー
ション後に付加する必要がある。加熱用要素にパルスが
印加されると、その瞬間にそれらの各保護層上にバブル
を生成し、このバブルによってインク液滴がノズルから
はじき出される。本発明のプリントヘッドは、MOS型電
子回路をイオンパシベーションすることによって得るこ
とができ、これは、出願中にある1989年５月22日に出願
された米国特許出願番号第354,941号の明細書に開示さ
れている選択的に最適化したヒータパシベーションと同
様なものである。このようなイオンパシベーションは、
厚さが200Åから２μｍのドープされあるいはドープさ
れていないシリコン酸化物からなる第１の層の上に、厚
さが1000Åから３μｍのプラズマ窒化物の第２の層を形
成した構成の多層絶縁コーティングを表面に形成するこ
とによって実現することができる。シリコン窒化物を、
加熱要素の保護層と電力供給用の外部接続のための電気
的接続用パッドの上からドライエッチして、シリコン酸
化物からなる第１の層を露出させる。次に、シリコン酸
化物をウエットエッチして、それを保護層および接続用
パッド上から除去する。このようにして、MOS型回路は
インク内の可動イオンから保護される。他方において
は、プリントヘッドの加熱用要素にキャビテーション防
止層を形成することによってプリントヘッドの耐用年数
を改善することで、プリントヘッドを費用効率良く製造
することを可能としている。
方の端がインク液滴発生ノズルに繋がり他方の端がイン
ク供給用リザーバに通じている複数本の平行インク溝
と、ノズルから一定の距離だけ上流側における各溝内に
位置している、キャビテーション防止層が形成された加
熱用要素と、プリントヘッド上において単一結晶上に集
積化されて電気パルスを加熱用要素群に印加するための
MOS型電子回路とを有している。加熱用要素群を、別個
の絶縁層と金属とを組み合わせて保護することによっ
て、それらの保護層を破壊することなく選択的にそれら
の表面からパシベーションを除去する必要がある。加熱
用要素は異なるパシベーションを用いて、それらの熱効
率を大幅に改善してある。しかし、加熱用要素のパシベ
ーション処理温度条件は、アルミニウムの金属化の場合
とは異なっているので、金属化は加熱用要素のパシベー
ション後に付加する必要がある。加熱用要素にパルスが
印加されると、その瞬間にそれらの各保護層上にバブル
を生成し、このバブルによってインク液滴がノズルから
はじき出される。本発明のプリントヘッドは、MOS型電
子回路をイオンパシベーションすることによって得るこ
とができ、これは、出願中にある1989年５月22日に出願
された米国特許出願番号第354,941号の明細書に開示さ
れている選択的に最適化したヒータパシベーションと同
様なものである。このようなイオンパシベーションは、
厚さが200Åから２μｍのドープされあるいはドープさ
れていないシリコン酸化物からなる第１の層の上に、厚
さが1000Åから３μｍのプラズマ窒化物の第２の層を形
成した構成の多層絶縁コーティングを表面に形成するこ
とによって実現することができる。シリコン窒化物を、
加熱要素の保護層と電力供給用の外部接続のための電気
的接続用パッドの上からドライエッチして、シリコン酸
化物からなる第１の層を露出させる。次に、シリコン酸
化物をウエットエッチして、それを保護層および接続用
パッド上から除去する。このようにして、MOS型回路は
インク内の可動イオンから保護される。他方において
は、プリントヘッドの加熱用要素にキャビテーション防
止層を形成することによってプリントヘッドの耐用年数
を改善することで、プリントヘッドを費用効率良く製造
することを可能としている。
本発明の一つの実施形態においては、イオンパシベーシ
ョン用の多層層コーティングはさらに第３の層を有して
おり、この層は厚さが少なくとも1.5μｍのポリイミド
樹脂から形成されている。この層は加熱用要素およびコ
ンタクトパッドからエッチされる。このポリイミド樹脂
層によって、イオン汚染および低電場に対する抵抗力が
付与されると共に、プラズマ窒化物に対する優れた接着
性を有する絶縁層が形成される。
ョン用の多層層コーティングはさらに第３の層を有して
おり、この層は厚さが少なくとも1.5μｍのポリイミド
樹脂から形成されている。この層は加熱用要素およびコ
ンタクトパッドからエッチされる。このポリイミド樹脂
層によって、イオン汚染および低電場に対する抵抗力が
付与されると共に、プラズマ窒化物に対する優れた接着
性を有する絶縁層が形成される。
本発明の別の実施形態においては、このポリイミド樹脂
層の厚さは少なくとも８μｍとされ、インク液滴の噴出
時において空気の抱き込みを防止するための加熱用要素
のピットが形成される。
層の厚さは少なくとも８μｍとされ、インク液滴の噴出
時において空気の抱き込みを防止するための加熱用要素
のピットが形成される。
以下に図面を参照して本発明の実施例を説明する。以下
の各図においては、同一の部分には同一の参照番号を付
してある。
の各図においては、同一の部分には同一の参照番号を付
してある。
第１図には、プリントヘッド10におけるフロントフェー
ス29の拡大斜視図を示してあり、液滴放出ノズル27のア
レイが描かれている。後述する第２図も参照して説明す
ると、下側の電気絶縁用基板である加熱用要素のプレー
ト28は、加熱用要素としての抵抗群34と、マトリックス
のアドレス用電極33と、基板表面において単一結晶上に
形成されたMOSドライバ48（第４図）を有している。一
方、上側基板であるチャネルプレート31は、複数本の平
行溝20を有しており、これらの溝は、一方向に向けて延
びており、上側基板のフロントフェース29を貫通してい
る。溝の他方の端は傾斜壁21で止まっている。貫通した
凹部24は毛細管作用によってインク充填される溝20用の
インク供給マニホールドとして使用され、インク充填穴
として使用される開口底部25を有している。溝を有する
チャネルプレートの表面は整列され、ヒータープレート
28に接合されており、これによって、複数の加熱用要素
34のそれぞれが各チャネル内に位置している。これらの
各チャネルは、溝と下側基板である加熱プレートによっ
て区画形成されている。インクは、凹部24と下側基板28
によって形成されるマニホールドに対して充填穴25を介
して入り込み、毛細管作用によって、マニホールド24お
よびチャネル20の間の連通路を形成するための厚膜絶縁
層18内に形成され、あるいは他の方法により形成した細
長い凹部38を通って流れ、チャネル20を満たす。インク
は各ノズルにおいてメニスカスを形成し、その表面張力
により、インクがそこから排除されてしまうこが回避さ
れる。MOSトランジスタ・スイッチであるドライバ48と
マトリックスアドレス用の電極33の典型的な構成は、第
５図に示してあり、後述する。これらの要素は、プリン
トヘッドのリザーバ24とチャネル20内のインクよりも下
側の領域に配置されており、イオンパシベーションが必
要である。第４図に示す典型的なMOSトランジスタスイ
ッチは、後述するが、ホーキン等に譲渡された、1989年
４月７日付けで出願された米国特許出願番号336,624号
の継続出願の主題であり、この出願発明の名称は、「Mo
nolithic Silicon Integrated Circuit Chip for a Ter
mal Ink Jet Printer」である。下側基板であるチャネ
ルプレート28の上におけるマトリックスアドレス用の電
極33と共通リターン35は、MOSドライバー源およびゲー
トを、ターミナル32、37を介してプリントヘッドのコン
トローラ（図示せず）からの電気信号に接続するための
接続部を形成する。上側基板であるチャネルプレート31
は下側基板よりも小さくなっており、これによって、電
極ターミナル32、37が露出して、プリントヘッドが搭載
されているドータボード19上の電極15をワイヤボンド11
によって接続できるようになっている。ドータボードの
電極はプリントヘッドのコントローラに接続されてい
る。選択的に配置される層18は厚膜パシベーション層で
あり、後述するように、上下の基板間に挟まれている。
この層をエッチングして加熱用要素群を露出させ、これ
らをピット26内に配置するようにしてある。また、この
層をエッチングすることにより、マニホールド24とイン
クチャネル20間にインクを流すための凹部を形成するよ
うにしている。これに加えて、厚膜絶縁層がエッチング
されて、電極ターミナル32、37が露出している。
ス29の拡大斜視図を示してあり、液滴放出ノズル27のア
レイが描かれている。後述する第２図も参照して説明す
ると、下側の電気絶縁用基板である加熱用要素のプレー
ト28は、加熱用要素としての抵抗群34と、マトリックス
のアドレス用電極33と、基板表面において単一結晶上に
形成されたMOSドライバ48（第４図）を有している。一
方、上側基板であるチャネルプレート31は、複数本の平
行溝20を有しており、これらの溝は、一方向に向けて延
びており、上側基板のフロントフェース29を貫通してい
る。溝の他方の端は傾斜壁21で止まっている。貫通した
凹部24は毛細管作用によってインク充填される溝20用の
インク供給マニホールドとして使用され、インク充填穴
として使用される開口底部25を有している。溝を有する
チャネルプレートの表面は整列され、ヒータープレート
28に接合されており、これによって、複数の加熱用要素
34のそれぞれが各チャネル内に位置している。これらの
各チャネルは、溝と下側基板である加熱プレートによっ
て区画形成されている。インクは、凹部24と下側基板28
によって形成されるマニホールドに対して充填穴25を介
して入り込み、毛細管作用によって、マニホールド24お
よびチャネル20の間の連通路を形成するための厚膜絶縁
層18内に形成され、あるいは他の方法により形成した細
長い凹部38を通って流れ、チャネル20を満たす。インク
は各ノズルにおいてメニスカスを形成し、その表面張力
により、インクがそこから排除されてしまうこが回避さ
れる。MOSトランジスタ・スイッチであるドライバ48と
マトリックスアドレス用の電極33の典型的な構成は、第
５図に示してあり、後述する。これらの要素は、プリン
トヘッドのリザーバ24とチャネル20内のインクよりも下
側の領域に配置されており、イオンパシベーションが必
要である。第４図に示す典型的なMOSトランジスタスイ
ッチは、後述するが、ホーキン等に譲渡された、1989年
４月７日付けで出願された米国特許出願番号336,624号
の継続出願の主題であり、この出願発明の名称は、「Mo
nolithic Silicon Integrated Circuit Chip for a Ter
mal Ink Jet Printer」である。下側基板であるチャネ
ルプレート28の上におけるマトリックスアドレス用の電
極33と共通リターン35は、MOSドライバー源およびゲー
トを、ターミナル32、37を介してプリントヘッドのコン
トローラ（図示せず）からの電気信号に接続するための
接続部を形成する。上側基板であるチャネルプレート31
は下側基板よりも小さくなっており、これによって、電
極ターミナル32、37が露出して、プリントヘッドが搭載
されているドータボード19上の電極15をワイヤボンド11
によって接続できるようになっている。ドータボードの
電極はプリントヘッドのコントローラに接続されてい
る。選択的に配置される層18は厚膜パシベーション層で
あり、後述するように、上下の基板間に挟まれている。
この層をエッチングして加熱用要素群を露出させ、これ
らをピット26内に配置するようにしてある。また、この
層をエッチングすることにより、マニホールド24とイン
クチャネル20間にインクを流すための凹部を形成するよ
うにしている。これに加えて、厚膜絶縁層がエッチング
されて、電極ターミナル32、37が露出している。
第１図における一つのチャネルを線２−２に沿って切断
した部分の横断面を第２図に示してある。ここには、矢
印23で指示するように、どのようにインクがマニホール
ド24から流れて溝20の端部21の近傍に到るのかが示され
ている。また、加熱用要素、マトリックスのアドレス用
電極および駆動用トランジスタがどの程度インクに晒さ
れるのかが示されている。
した部分の横断面を第２図に示してある。ここには、矢
印23で指示するように、どのようにインクがマニホール
ド24から流れて溝20の端部21の近傍に到るのかが示され
ている。また、加熱用要素、マトリックスのアドレス用
電極および駆動用トランジスタがどの程度インクに晒さ
れるのかが示されている。
本発明の好適な実施例においては、一面が研磨された
（100）シリコンウエハにおけるその研磨面30が、シリ
コンの二酸化物などのアンダーグレーズ（underglaze）
層39によって厚さ約２μｍ被覆されている。ポリシリコ
ン製の加熱用要素34を使用して、亜燐酸をドープした薄
い熱成長酸化物を被着させ、次に、シリコン酸化物の層
17を形成する。より詳細な説明は、第４図を参照して後
に行う。酸化層17の典型的な厚さは0.5が１μｍとさ
れ、伝導性インクから加熱用要素を保護すると共に隔絶
する。酸化物が抵抗要素の中央部分から除去され、次
に、シリコン窒化物およびスパッタしたタンタル（Ta）
の複合層が配置され、加熱用の抵抗要素の中央部分の上
にパターニングされる。タンタル層は、加熱用要素の直
上の保護層17を除き、例えばCF4／O2プラズマエッチン
グ法を用いて、全て除去される。ジルコニウム硼化物な
どの抵抗材料を加熱用要素として使用する場合には、そ
の上の保護層として、別の公知の絶縁性材料を使用する
ことができる。
（100）シリコンウエハにおけるその研磨面30が、シリ
コンの二酸化物などのアンダーグレーズ（underglaze）
層39によって厚さ約２μｍ被覆されている。ポリシリコ
ン製の加熱用要素34を使用して、亜燐酸をドープした薄
い熱成長酸化物を被着させ、次に、シリコン酸化物の層
17を形成する。より詳細な説明は、第４図を参照して後
に行う。酸化層17の典型的な厚さは0.5が１μｍとさ
れ、伝導性インクから加熱用要素を保護すると共に隔絶
する。酸化物が抵抗要素の中央部分から除去され、次
に、シリコン窒化物およびスパッタしたタンタル（Ta）
の複合層が配置され、加熱用の抵抗要素の中央部分の上
にパターニングされる。タンタル層は、加熱用要素の直
上の保護層17を除き、例えばCF4／O2プラズマエッチン
グ法を用いて、全て除去される。ジルコニウム硼化物な
どの抵抗材料を加熱用要素として使用する場合には、そ
の上の保護層として、別の公知の絶縁性材料を使用する
ことができる。
第２図を参照して説明すると、MOSドライバー48、マト
リックス電極33および共通リターン35を有する単一結晶
上に形成した電子回路は、厚さが500Åから１μｍまで
のシリコンの二酸化物からなる層16を配置することによ
ってインクから保護される。この層の厚さは、1000Åが
好ましい。次に、プラズマ（シリコン）窒化物の層13を
厚さ2500Åから２μｍに配置する。この厚さは、１μｍ
が好ましい。加熱用要素（すなわち、Ta保護層14）と電
極ターミナルであるコンタクトパッドから酸化物および
窒化物が除去される。最初に、プラズマ窒化層をドライ
エッチしてシリコンの二酸化物からなる層を露出させ、
次にこの層をウエットエッチして、この層をTaおよびコ
ンタクトパッドから除去する。Taの表面を粗面とする
と、加熱用要素の寿命が短くなるということが実験的に
確認されているので、この表面の平滑度を、Taに損傷を
与えることのないウエットエッチを用いることにより保
持する必要がある。
リックス電極33および共通リターン35を有する単一結晶
上に形成した電子回路は、厚さが500Åから１μｍまで
のシリコンの二酸化物からなる層16を配置することによ
ってインクから保護される。この層の厚さは、1000Åが
好ましい。次に、プラズマ（シリコン）窒化物の層13を
厚さ2500Åから２μｍに配置する。この厚さは、１μｍ
が好ましい。加熱用要素（すなわち、Ta保護層14）と電
極ターミナルであるコンタクトパッドから酸化物および
窒化物が除去される。最初に、プラズマ窒化層をドライ
エッチしてシリコンの二酸化物からなる層を露出させ、
次にこの層をウエットエッチして、この層をTaおよびコ
ンタクトパッドから除去する。Taの表面を粗面とする
と、加熱用要素の寿命が短くなるということが実験的に
確認されているので、この表面の平滑度を、Taに損傷を
与えることのないウエットエッチを用いることにより保
持する必要がある。
厚膜フォトパターニングが可能な絶縁層18、例えば、Ri
ston（米国登録商標）、Vacrel（米国登録商標）あるい
はポリイミド樹脂などの層を、二つのイオンパシベーシ
ョン層13、16の上に形成して、さらに電子回路パシベー
ションを形成し、ピット26およびリザーバ24からインク
チャネル20に向かうインク通路を形成することもでき
る。ポリイミド樹脂は、イオン貫通に対する抵抗性を有
していると共にシリコン窒化物に対して優れた接着性を
備えているので、最終のパシベーション層18として適し
ている。矢印23で示す流通路を形成するための別の方法
としては、米国再発行特許第32,572号に開示されている
ようにダイシングあるいは等方性エッチングによる方
法、あるいはチャネルとリザーバが連続して接続してい
る場合には、米国特許第4,774,530号に示されているよ
うに、これらのチャネルとリザーバとの間の隣接壁22内
の加熱用要素プレート28を異方性エッチングする方法が
ある。
ston（米国登録商標）、Vacrel（米国登録商標）あるい
はポリイミド樹脂などの層を、二つのイオンパシベーシ
ョン層13、16の上に形成して、さらに電子回路パシベー
ションを形成し、ピット26およびリザーバ24からインク
チャネル20に向かうインク通路を形成することもでき
る。ポリイミド樹脂は、イオン貫通に対する抵抗性を有
していると共にシリコン窒化物に対して優れた接着性を
備えているので、最終のパシベーション層18として適し
ている。矢印23で示す流通路を形成するための別の方法
としては、米国再発行特許第32,572号に開示されている
ようにダイシングあるいは等方性エッチングによる方
法、あるいはチャネルとリザーバが連続して接続してい
る場合には、米国特許第4,774,530号に示されているよ
うに、これらのチャネルとリザーバとの間の隣接壁22内
の加熱用要素プレート28を異方性エッチングする方法が
ある。
イオンに対する最大限の保護を確保するために、ポリイ
ミド樹脂からなる第３のパシベーション層12をプラズマ
窒化物層13の上に、厚さ1.5ないし12μｍに配置する。
第３図において破線で示すようにこの層の厚さが薄い場
合には、加熱用要素のピット26と連通用の通路38を省略
するか、あるいは厚膜層18をさらに配置する必要があ
る。しかし、この層を８μｍあるいはそれ以上の厚さに
すると、このポリイミド樹脂の層12a（第３図）のそれ
自体をフォトパターニングして、ピット26および通路38
を形成することが可能である。このポリイミド樹脂層に
よって、イオン汚染に対する保護が強化される。この理
由は、この層がイオン貫通に対する適度な抵抗力を有し
ているからである。また、厚膜ポリイミド層には低い電
場が存在している。プラズマ窒化物の層は、イオン・マ
イグレーションに対して強い抵抗性を示すが、シリコン
の二酸化物はTa保護層14に対して、非常に高いエッチ選
択性がある。このTa保護層14は、液滴放出用のバブルの
成長および破裂によって発生するキャビテーションによ
る圧力から加熱用要素を保護している。プラズマ窒化物
とポリイミド樹脂の間の接着性が最良なので、酸化物、
窒化物およびポリイミド樹脂の三層がこの順序で配置さ
れた構成のパシベーション層により、インクによるイオ
ン汚染に対して、プリントヘッドの電子回路を最大限に
保護することができる。さらに、ポリイミド樹脂の厚さ
が少なくとも８μｍである場合には、それをホトパター
ニングすることにより、別個の薄膜層18を配置すること
なく、ピット26を好適に形成でき、またリザーバ24とチ
ャネル20間の連通部分を費用効率良く形成することがで
きる。
ミド樹脂からなる第３のパシベーション層12をプラズマ
窒化物層13の上に、厚さ1.5ないし12μｍに配置する。
第３図において破線で示すようにこの層の厚さが薄い場
合には、加熱用要素のピット26と連通用の通路38を省略
するか、あるいは厚膜層18をさらに配置する必要があ
る。しかし、この層を８μｍあるいはそれ以上の厚さに
すると、このポリイミド樹脂の層12a（第３図）のそれ
自体をフォトパターニングして、ピット26および通路38
を形成することが可能である。このポリイミド樹脂層に
よって、イオン汚染に対する保護が強化される。この理
由は、この層がイオン貫通に対する適度な抵抗力を有し
ているからである。また、厚膜ポリイミド層には低い電
場が存在している。プラズマ窒化物の層は、イオン・マ
イグレーションに対して強い抵抗性を示すが、シリコン
の二酸化物はTa保護層14に対して、非常に高いエッチ選
択性がある。このTa保護層14は、液滴放出用のバブルの
成長および破裂によって発生するキャビテーションによ
る圧力から加熱用要素を保護している。プラズマ窒化物
とポリイミド樹脂の間の接着性が最良なので、酸化物、
窒化物およびポリイミド樹脂の三層がこの順序で配置さ
れた構成のパシベーション層により、インクによるイオ
ン汚染に対して、プリントヘッドの電子回路を最大限に
保護することができる。さらに、ポリイミド樹脂の厚さ
が少なくとも８μｍである場合には、それをホトパター
ニングすることにより、別個の薄膜層18を配置すること
なく、ピット26を好適に形成でき、またリザーバ24とチ
ャネル20間の連通部分を費用効率良く形成することがで
きる。
第３図に示す別の実施例においては、マトリックスのア
ドレス用の電極33、35、MOSトランジスタスイッチ（図
示せず）のイオンパシベーションを、ドープしたシリコ
ンの二酸化物層16を配置する事によって実現することが
できる。例えば、４重量パーセントの亜燐酸ドープSiO2
ガラス（PSG）を厚さ500Åから１μｍで配置することに
より実現できる。ドープされた酸化物層は次に、破線で
示すように厚さ1.5から３μｍでポリイミド樹脂の層12
で覆う。このようにする理由は、好適な実施例の場合の
ように、さらにその上に、厚さが少なくとも８μｍの厚
膜層18あるいは第２のポリイミド樹脂層12を配置する場
合があるからである。このポリイミド樹脂をホトレジス
トを介して露光あるいはパターニングして、加熱用要素
およびコンタクトパッド上のTa層を覆っている酸化物か
らポリイミド樹脂を除去する。ドープされた酸化物は次
にウエットエッチによりTaおよびコンタクトパッドから
除去される。場合によっては、ドーブした酸化物を、ポ
リイミド樹脂層を配置する前にパターニングすることも
できる。しかし、各層間を良好な接着状態とする必要性
があるために、より適した処理を順次に各層に施してパ
ターニングを順次に行うこともできる。
ドレス用の電極33、35、MOSトランジスタスイッチ（図
示せず）のイオンパシベーションを、ドープしたシリコ
ンの二酸化物層16を配置する事によって実現することが
できる。例えば、４重量パーセントの亜燐酸ドープSiO2
ガラス（PSG）を厚さ500Åから１μｍで配置することに
より実現できる。ドープされた酸化物層は次に、破線で
示すように厚さ1.5から３μｍでポリイミド樹脂の層12
で覆う。このようにする理由は、好適な実施例の場合の
ように、さらにその上に、厚さが少なくとも８μｍの厚
膜層18あるいは第２のポリイミド樹脂層12を配置する場
合があるからである。このポリイミド樹脂をホトレジス
トを介して露光あるいはパターニングして、加熱用要素
およびコンタクトパッド上のTa層を覆っている酸化物か
らポリイミド樹脂を除去する。ドープされた酸化物は次
にウエットエッチによりTaおよびコンタクトパッドから
除去される。場合によっては、ドーブした酸化物を、ポ
リイミド樹脂層を配置する前にパターニングすることも
できる。しかし、各層間を良好な接着状態とする必要性
があるために、より適した処理を順次に各層に施してパ
ターニングを順次に行うこともできる。
ヒータプレートは集積回路にとっては、全く相反するマ
イナスの環境である。市販のインクは一般的に殆どその
純度に対して考慮がなされていない点を認識すべきであ
る。このため、ヒータプレートの活性化した部分は、可
動イオンを多量に含んでいる汚染されたインク水溶液に
接触した部分において昇温状態になる。また、ヒータプ
レートの駆動は、30ないし50ボルトで行うことが好まし
く、このために、強い電場が形成される。よって、上記
した第２図および第３図の多層構造のイオンパシベーシ
ョン層によって、活性化した装置の適切な保護状態が形
成され、この結果、加熱プレートの使用年数を引き延ば
すことができる。
イナスの環境である。市販のインクは一般的に殆どその
純度に対して考慮がなされていない点を認識すべきであ
る。このため、ヒータプレートの活性化した部分は、可
動イオンを多量に含んでいる汚染されたインク水溶液に
接触した部分において昇温状態になる。また、ヒータプ
レートの駆動は、30ないし50ボルトで行うことが好まし
く、このために、強い電場が形成される。よって、上記
した第２図および第３図の多層構造のイオンパシベーシ
ョン層によって、活性化した装置の適切な保護状態が形
成され、この結果、加熱プレートの使用年数を引き延ば
すことができる。
第４図を参照すると、ここには、典型的にMOSトランジ
スタスイッチ48および加熱用要素（抵抗）38が断面で示
されている。これらのトランジスタスイッチおよび加熱
用要素は、ｐタイプのシリコン基板ウエハを処理するこ
とにより、あるいは要素プレート28をLOCOS（シリコン
の局所酸化）処理によって加熱して、薄いSiO2層（図示
せず）を形成し、次に、シリコン窒化物のマスキング層
（図示せず）を配置することにより形成される。ホトレ
ジスト層（図示せず）を、アクティブ・エンハンスメン
ト、デプリーションモードトランジスタ領域を形成する
領域の上に、配置してパターニングする。このレジスト
を用いて、Si3N4層をパターニングし、次にトランジス
タのアクティブ領域からのボロンの注入を阻止する。チ
ャネル・ストップ・ボロン注入境界74はフィールド酸化
領域72と一致している。次に、ホトレジストを取り除
き、ウエハを化学溶液によって洗浄し、約1000℃まで加
熱する。蒸気をウエハに対して流して、数時間の間その
表面を酸化し、次にフィールド酸化層72を厚さが少なく
とも１μｍになるまで成長させる。次に、Si3O4層およ
びSiO4薄層が形成されたシリコン表面を除去して、第４
図において「MOSトランジスタスイッチ」として特定さ
れているアクティブ領域内にベアシリコンを残す。ゲー
ト酸化層76をこのシリコン領域に成長させて、単一のポ
リシリコン層を配置してトランジスタゲート78および抵
抗34を形成する。このポリシリコン層により５Ω／□か
ら5kΩ／□までのシート抵抗が形成される。このポリシ
リコンゲートを用いて、アクティブトランジスタデバイ
スからのイオン注入をマスクする。一方、僅かにドープ
したソース80およびドレーン82の注入領域を形成するこ
とによって、500Ω／□から20kΩ／□までのシート抵抗
を形成する。このシート抵抗の値としては約4kΩ／□が
適切である。ウエハ、すなわち加熱用要素のプレート28
を次に洗浄した後に再酸化して、ゲート78および抵抗34
の上にシリコンの二酸化物層17を形成する。次に、リン
をドープしたガラス層84を熱酸化層17、72の上に配置し
て、高温度下に於いてその表面を平坦化する。ホトレジ
ストを配置してパターニングして、それぞれドレイン82
およびソース80への通路部分86、88を形成する。次に、
抵抗34の上のシリコンの二酸化物層17をガラスから除去
する。コンタクト領域は、ｎ＋イオンを注入して充分に
ドープし、僅かにドープしたドレンおよびソース層82、
80と、マトリックスのアドレス用電極33を形成するアル
ミニウムの金属化部分との間にオーミックコンタクトを
形成することが好ましい。充分にドープした領域90、92
を活性化するために必要な熱サイクルに続いて、ウエハ
を洗浄して、アルミニウムの金属化物を配置して、マト
リックスのアドレス用電極33の接続部分を形成する。こ
のようにして、ソース、ドレーンおよびポリシリコンゲ
ート領域へのコンタクト部分を形成する。
スタスイッチ48および加熱用要素（抵抗）38が断面で示
されている。これらのトランジスタスイッチおよび加熱
用要素は、ｐタイプのシリコン基板ウエハを処理するこ
とにより、あるいは要素プレート28をLOCOS（シリコン
の局所酸化）処理によって加熱して、薄いSiO2層（図示
せず）を形成し、次に、シリコン窒化物のマスキング層
（図示せず）を配置することにより形成される。ホトレ
ジスト層（図示せず）を、アクティブ・エンハンスメン
ト、デプリーションモードトランジスタ領域を形成する
領域の上に、配置してパターニングする。このレジスト
を用いて、Si3N4層をパターニングし、次にトランジス
タのアクティブ領域からのボロンの注入を阻止する。チ
ャネル・ストップ・ボロン注入境界74はフィールド酸化
領域72と一致している。次に、ホトレジストを取り除
き、ウエハを化学溶液によって洗浄し、約1000℃まで加
熱する。蒸気をウエハに対して流して、数時間の間その
表面を酸化し、次にフィールド酸化層72を厚さが少なく
とも１μｍになるまで成長させる。次に、Si3O4層およ
びSiO4薄層が形成されたシリコン表面を除去して、第４
図において「MOSトランジスタスイッチ」として特定さ
れているアクティブ領域内にベアシリコンを残す。ゲー
ト酸化層76をこのシリコン領域に成長させて、単一のポ
リシリコン層を配置してトランジスタゲート78および抵
抗34を形成する。このポリシリコン層により５Ω／□か
ら5kΩ／□までのシート抵抗が形成される。このポリシ
リコンゲートを用いて、アクティブトランジスタデバイ
スからのイオン注入をマスクする。一方、僅かにドープ
したソース80およびドレーン82の注入領域を形成するこ
とによって、500Ω／□から20kΩ／□までのシート抵抗
を形成する。このシート抵抗の値としては約4kΩ／□が
適切である。ウエハ、すなわち加熱用要素のプレート28
を次に洗浄した後に再酸化して、ゲート78および抵抗34
の上にシリコンの二酸化物層17を形成する。次に、リン
をドープしたガラス層84を熱酸化層17、72の上に配置し
て、高温度下に於いてその表面を平坦化する。ホトレジ
ストを配置してパターニングして、それぞれドレイン82
およびソース80への通路部分86、88を形成する。次に、
抵抗34の上のシリコンの二酸化物層17をガラスから除去
する。コンタクト領域は、ｎ＋イオンを注入して充分に
ドープし、僅かにドープしたドレンおよびソース層82、
80と、マトリックスのアドレス用電極33を形成するアル
ミニウムの金属化部分との間にオーミックコンタクトを
形成することが好ましい。充分にドープした領域90、92
を活性化するために必要な熱サイクルに続いて、ウエハ
を洗浄して、アルミニウムの金属化物を配置して、マト
リックスのアドレス用電極33の接続部分を形成する。こ
のようにして、ソース、ドレーンおよびポリシリコンゲ
ート領域へのコンタクト部分を形成する。
動作を説明する。バイアスをドレーン82に印加すると、
ゲート78の回りの領域が、キャリヤがドレイン領域82に
流れてキャリア欠乏状態になり、欠乏領域の端が線98、
100で縁取った境界と同様な状態になる。ドレイン領域
が欠乏状態になるので、ゲート78とドレーン注入部分90
との交差部分における電場は強度が弱くなり、ブレーク
ダウンするまでに高電圧に耐えることが可能となる。ｎ
−ドリフト層82をポリシリコンゲート78にセルフアライ
ンすることにより、ブレークダウン電圧を75ボルトより
も高い値にすることができる。これに対して、従来の装
置におけるブレークダウン電圧は約20ボルトである。
ゲート78の回りの領域が、キャリヤがドレイン領域82に
流れてキャリア欠乏状態になり、欠乏領域の端が線98、
100で縁取った境界と同様な状態になる。ドレイン領域
が欠乏状態になるので、ゲート78とドレーン注入部分90
との交差部分における電場は強度が弱くなり、ブレーク
ダウンするまでに高電圧に耐えることが可能となる。ｎ
−ドリフト層82をポリシリコンゲート78にセルフアライ
ンすることにより、ブレークダウン電圧を75ボルトより
も高い値にすることができる。これに対して、従来の装
置におけるブレークダウン電圧は約20ボルトである。
上述したように、フィールド酸化層72は厚さ１ミクロン
を越えるまで成長している。上述した標準のNMOS処理フ
ローにおいては、１ミクロン厚以下のフィールド酸化領
域がシリコンウエハ上のトランジスタが形成されない領
域に成長した。この層厚さは電気的に個々のトランジス
タを絶縁するのに充分である。サーマルインクジェット
記録が行われる雰囲気中では、最初に考慮することは、
抵抗領域からの効率の良い熱消失を保持することであ
る。抵抗は、一般的には、２ないし10μ秒の電気的な熱
パルスによって加熱される。300spiの記録システム用の
インク液滴を放出するために必要とされるエネルギー
は、レジスタの設計効率にもよるが、15μジュールであ
る。抵抗がフィールド酸化領域の上面に配置されている
場合、熱的に効果的な抵抗の設計とは、抵抗から熱伝導
性のシリコン基板に対する熱伝導率を低くして、必要と
する駆動電力を低く抑えることができるような設計であ
る。熱的に効果のあるシステムは、酸化層の厚さを１−
４ミクロンの範囲にすることのよって得られることが分
かっている。
を越えるまで成長している。上述した標準のNMOS処理フ
ローにおいては、１ミクロン厚以下のフィールド酸化領
域がシリコンウエハ上のトランジスタが形成されない領
域に成長した。この層厚さは電気的に個々のトランジス
タを絶縁するのに充分である。サーマルインクジェット
記録が行われる雰囲気中では、最初に考慮することは、
抵抗領域からの効率の良い熱消失を保持することであ
る。抵抗は、一般的には、２ないし10μ秒の電気的な熱
パルスによって加熱される。300spiの記録システム用の
インク液滴を放出するために必要とされるエネルギー
は、レジスタの設計効率にもよるが、15μジュールであ
る。抵抗がフィールド酸化領域の上面に配置されている
場合、熱的に効果的な抵抗の設計とは、抵抗から熱伝導
性のシリコン基板に対する熱伝導率を低くして、必要と
する駆動電力を低く抑えることができるような設計であ
る。熱的に効果のあるシステムは、酸化層の厚さを１−
４ミクロンの範囲にすることのよって得られることが分
かっている。
上述したように、Ta層14はポリシリコン加熱用要素34の
上に形成され、これらの間には、電気絶縁用の熱成長し
たシリコンの二酸化物層17が配置されている。MOSトラ
ンジスタスイッおよびマトリックスのアドレス用電極の
イオンパシベーションが、順次に形成された二酸化シリ
コンおよびプラズマシリコン窒化物の多重層によって達
成され、最大のイオンパシベーションがポリイミドから
なる第３の層によって得られている。
上に形成され、これらの間には、電気絶縁用の熱成長し
たシリコンの二酸化物層17が配置されている。MOSトラ
ンジスタスイッおよびマトリックスのアドレス用電極の
イオンパシベーションが、順次に形成された二酸化シリ
コンおよびプラズマシリコン窒化物の多重層によって達
成され、最大のイオンパシベーションがポリイミドから
なる第３の層によって得られている。
上記のMOSトランジスタスイッチは、ドライバーを抵抗
トランスジューサ要素と同時に製造可能なことを示して
いる。ドライバが存在するということのみで、接続部分
の個数を、 に減少させることができる。マトリックスのアドレス用
の回路を、第５図に示すように利用する場合、第５図に
おいて部分的に典型的なアドレス用回路の電気回路ブロ
ック図を示してあるが、ここにおいては、４個の加熱用
要素34からなる群が、ターミナル32bによってアドレス
される群当たり、一つの加熱用要素のトランジスタゲー
トを有している。また、ターミナル32aは各群における
４個全ての加熱用要素のソースシンクをアドレスする。
従って、例えば、50ジェットをほぼ15個の接続部を介し
てアドレス可能であり、200ジェットを約30個の接続部
を介してアドレス可能である。
トランスジューサ要素と同時に製造可能なことを示して
いる。ドライバが存在するということのみで、接続部分
の個数を、 に減少させることができる。マトリックスのアドレス用
の回路を、第５図に示すように利用する場合、第５図に
おいて部分的に典型的なアドレス用回路の電気回路ブロ
ック図を示してあるが、ここにおいては、４個の加熱用
要素34からなる群が、ターミナル32bによってアドレス
される群当たり、一つの加熱用要素のトランジスタゲー
トを有している。また、ターミナル32aは各群における
４個全ての加熱用要素のソースシンクをアドレスする。
従って、例えば、50ジェットをほぼ15個の接続部を介し
てアドレス可能であり、200ジェットを約30個の接続部
を介してアドレス可能である。
論理回路を付加して相互接続部の個数を更に減らすこと
ができ、このようにすることは、大規模なアレーの場合
には重要となる。６個あるいは７個の電気的接続部を介
して多数個のジェットをアドレスすることが可能であ
る。デプリーションモードホトレジストマスキングおよ
び注入工程を利用してNMOS論理回路を付設することによ
り、ノーマリー・オン、ノーマリー・オフ装置を利用し
た論理ゲートを形成することができる。抵抗要素および
ドライバのゲートを形成するために使用するポリシリコ
ンを同時に使用して論理回路要素のゲートが形成され
る。
ができ、このようにすることは、大規模なアレーの場合
には重要となる。６個あるいは７個の電気的接続部を介
して多数個のジェットをアドレスすることが可能であ
る。デプリーションモードホトレジストマスキングおよ
び注入工程を利用してNMOS論理回路を付設することによ
り、ノーマリー・オン、ノーマリー・オフ装置を利用し
た論理ゲートを形成することができる。抵抗要素および
ドライバのゲートを形成するために使用するポリシリコ
ンを同時に使用して論理回路要素のゲートが形成され
る。
米国再発行特許第32,572、4,774,530および4,638,337の
内容は本明細書に組み込まれるが、これらに開示されて
いるように、プリントヘッド用の複数の上側基板を製造
するための両面研磨（100）シリコンウエハによって、
チャネルプレートが形成される。ウエハを化学的に洗浄
した後に、熱分解CVDシリコン窒化物層（図示せず）を
両面に配置する。一般的なホトリソグラフィーを用い
て、アライメント開口用の少なくとも２つの通路部分
（図示せず）を、ウエハの一方の面における予め設定し
た位置にプリントする。アライメント開口であるパター
ン付けされた通路部分からシリコン窒化物をプラズマエ
ッチにより除去する。水酸化カリウム（KOH）異方性エ
ッチによりアラインメント開口をエッチすることもでき
る。この場合には、（100）ウエハの（111）面が、ウエ
ハの表面に対して54.7度の角度を形成する。アライメン
ト開口は、約60ないし80平方ミル（1.5ないし２平方m
m）になる。
内容は本明細書に組み込まれるが、これらに開示されて
いるように、プリントヘッド用の複数の上側基板を製造
するための両面研磨（100）シリコンウエハによって、
チャネルプレートが形成される。ウエハを化学的に洗浄
した後に、熱分解CVDシリコン窒化物層（図示せず）を
両面に配置する。一般的なホトリソグラフィーを用い
て、アライメント開口用の少なくとも２つの通路部分
（図示せず）を、ウエハの一方の面における予め設定し
た位置にプリントする。アライメント開口であるパター
ン付けされた通路部分からシリコン窒化物をプラズマエ
ッチにより除去する。水酸化カリウム（KOH）異方性エ
ッチによりアラインメント開口をエッチすることもでき
る。この場合には、（100）ウエハの（111）面が、ウエ
ハの表面に対して54.7度の角度を形成する。アライメン
ト開口は、約60ないし80平方ミル（1.5ないし２平方m
m）になる。
次に、ウエハの反対側の面をホトリソグラフィーにより
パターニングする。この際に、依然にエッチしたアライ
メントホールを相対的に大きな矩形の貫通凹部24および
平行に延びる一群のチャネル用凹部を形成するための基
準とする。ここにこれらの凹部がプリントヘッドのイン
クマニホールドおよびチャネルとなる。マニホールドお
よびチャネル用の凹部を有するウエハの表面36は、（シ
リコン窒化物層で覆われた）ウエハの最初の表面であ
り、この表面の上に、後に、複数の組の加熱用要素を備
えた基板を接合するための接着剤が塗布される。最後に
ダイシングカットを行って、端面29を形成し、溝20の一
端を開けてノズル27を製造する。チャネル用溝20の他方
の端は端部21によって閉鎖状態に保持される。しかし、
ヒータプレートに対するチャネルプレートのアラインメ
ントおよびボンティングにより、チャネル20の端21が、
第２図に示すように、厚膜絶縁層18あるいは厚膜ポリイ
ミド層12に形成されて凹部38の直上に位置する。これに
より、矢印23により示すように、マニホールドからチャ
ネルへのインク流通が可能になる。
パターニングする。この際に、依然にエッチしたアライ
メントホールを相対的に大きな矩形の貫通凹部24および
平行に延びる一群のチャネル用凹部を形成するための基
準とする。ここにこれらの凹部がプリントヘッドのイン
クマニホールドおよびチャネルとなる。マニホールドお
よびチャネル用の凹部を有するウエハの表面36は、（シ
リコン窒化物層で覆われた）ウエハの最初の表面であ
り、この表面の上に、後に、複数の組の加熱用要素を備
えた基板を接合するための接着剤が塗布される。最後に
ダイシングカットを行って、端面29を形成し、溝20の一
端を開けてノズル27を製造する。チャネル用溝20の他方
の端は端部21によって閉鎖状態に保持される。しかし、
ヒータプレートに対するチャネルプレートのアラインメ
ントおよびボンティングにより、チャネル20の端21が、
第２図に示すように、厚膜絶縁層18あるいは厚膜ポリイ
ミド層12に形成されて凹部38の直上に位置する。これに
より、矢印23により示すように、マニホールドからチャ
ネルへのインク流通が可能になる。
本発明の各種の修正例および変形例は、上記の説明から
明らかになる。これらの各例は全て本発明の範囲内に包
含される。
明らかになる。これらの各例は全て本発明の範囲内に包
含される。
MOSトランジスタスイッチは、サーマルインクジェット
プリンタで使用されるインク中に見受けられる可動イオ
ンによって影響を受けやすいので、これらのスイッチ
を、プリントヘッドのデザインあるいは費用効率のよい
製造工程を阻害することなく、イオンパシベートする必
要がある。また、このイオンパシベーションは、加熱用
要素の保護層から、それに損傷を与えることなく除去可
能でなければならない。
プリンタで使用されるインク中に見受けられる可動イオ
ンによって影響を受けやすいので、これらのスイッチ
を、プリントヘッドのデザインあるいは費用効率のよい
製造工程を阻害することなく、イオンパシベートする必
要がある。また、このイオンパシベーションは、加熱用
要素の保護層から、それに損傷を与えることなく除去可
能でなければならない。
第１図はボード上に搭載したプリントヘッドの拡大部分
斜視図であり、液滴噴射用ノズルを示している。 第２図は第１図の２−２線で切断した部分の拡大断面図
であり、マニホールド、インク溝およびMOSドライバが
存在する領域間における電極パシベーションとインク通
路とを示している。 第３図は第２図の電極パシベーションおよび加熱用要素
の別の実施例の拡大断面図である。 第４図は、本発明のイオンパシベーションを必要とする
プリントヘッド内に、モノリシカルに集積化された典型
的なMOS型トランジスタスイッチを示す拡大断面図であ
る。 第５図は、電気信号を供給するためのプリントヘッドコ
ントローラに対する電気的な外部インターフエースの本
数を減少させるためにMOS型ドライバにおいて使用され
るマトリックスアドレスの概略図である。 〔符号の説明〕 10…プリントヘッド 12、13、16、183…パシベーション層 19…ドータボード 20…溝、27…ノズル 24…リザーバ 28…加熱用要素のプレート 31…チャネルプレート 48…MOSトランジスタスイッチ
斜視図であり、液滴噴射用ノズルを示している。 第２図は第１図の２−２線で切断した部分の拡大断面図
であり、マニホールド、インク溝およびMOSドライバが
存在する領域間における電極パシベーションとインク通
路とを示している。 第３図は第２図の電極パシベーションおよび加熱用要素
の別の実施例の拡大断面図である。 第４図は、本発明のイオンパシベーションを必要とする
プリントヘッド内に、モノリシカルに集積化された典型
的なMOS型トランジスタスイッチを示す拡大断面図であ
る。 第５図は、電気信号を供給するためのプリントヘッドコ
ントローラに対する電気的な外部インターフエースの本
数を減少させるためにMOS型ドライバにおいて使用され
るマトリックスアドレスの概略図である。 〔符号の説明〕 10…プリントヘッド 12、13、16、183…パシベーション層 19…ドータボード 20…溝、27…ノズル 24…リザーバ 28…加熱用要素のプレート 31…チャネルプレート 48…MOSトランジスタスイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル オー ロール アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14453 フィッシャーズ フィッシャーズ ロー ド 345 (72)発明者 パメラ ジェイ ハートマン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14468 ヒルトン ローリング メドー ドライ ヴ 90 (72)発明者 ダイアン アトキンソン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14505 マリオン オールズ ネスト ロード 5266
Claims (6)
- 【請求項１】一端がインク滴放出ノズルに接続し、他端
がインク供給用リザーバに連通している複数本の平行に
延びるインク通路用チャネルと、 各チャネル内において前記ノズルから所定の距離だけ上
流側の位置に配置された、キャビテーション保護層が形
成された加熱要素と、 前記加熱要素に電気パルスを印可し、それに応答して前
記加熱要素の前記保護層上に瞬間的にバブルを形成す
る、該プリントヘッド内において一体的に集積されたMO
S電子回路とを有し、 前記バブルの各々が前記ノズルからインク滴を放出させ
るインクジェット・プリントヘッドにおいて、 多層構造の薄膜絶縁コーティングを堆積させることによ
り前記MOS電子回路のイオンパッシベーションが行わ
れ、 前記多層構造の薄膜絶縁コーティングは、前記MOS電子
回路及び保護層を有する加熱要素上に直接に位置する、
厚さが200Åから２μｍまでのドープした、あるいは、
ドープがなされていない二酸化シリコンからなる第一層
と、この第一層の上に形成され、厚さが1000Åから３μ
ｍまでのプラズマ窒化物ならなる第二層とからなり、 前記シリコン窒化物は前記加熱要素の前記保護層及び電
源への外部接続用電気コンタクトパッド上にドライエッ
チングされて前記二酸化シリコンの前記第一層を露出さ
せ、 さらに、前記二酸化シリコンをエッチングして該二酸化
シリコンを前記保護層及びコンタクトパッドから除去
し、 かかるエッチングにより前記コンタクトパッドおよび前
記加熱要素の保護層が損傷を受けないように保護され、
同時に、前記MOS回路が前記多層構造のイオンパッシベ
ーションによって前記インク内の可動イオンから保護さ
れると共に、キャビテーション保護層が形成された加熱
要素を有し、耐用年数が向上されたプリントヘッドの費
用効率の良い製造が確保されていることを特徴とするイ
ンクジェット・プリントヘッド。 - 【請求項２】前記電子回路の前記多層構造のイオンパッ
シベーションのシリコン窒化物第二層上にフォトパター
ン形成可能な厚膜層が堆積、かつ、パターニングされ、
該厚膜層は少なくとも８μｍの厚さを有し、バブル包含
用の加熱要素ピットと、前記リザーバとチャネルとの間
のインク流路とを形成するようにパターニングされてい
ることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット・
プリントヘッド。 - 【請求項３】前記多層構造の絶縁コーティングは、ポリ
イミドの第三層を備えており、この第三層は少なくとも
1.5μｍの厚さを有し、前記加熱要素及びコンタクトパ
ッドからエッチングされており、このポリイミド第三層
はイオン汚染及び低電界に対して新たな抵抗となるとと
もに、前記プラズマ窒化物に対して優れた接着性を有す
る絶縁層を形成するものであることを特徴とする請求項
１に記載のインクジェット・プリントヘッド。 - 【請求項４】前記ポリイミド層の厚さは少なくとも８μ
ｍであり、これによって、前記加熱要素がインク滴放出
の間に空気の取り入れの抑制を行うためのピットと、前
記インクリザーバから前記インクチャネルへのインク流
路とが形成され、前記加熱要素ピット及び前記リザーバ
とチャネルの間のインク流路を形成するための新たな薄
膜層の形成を不要することを特徴とする請求項３に記載
のインクジェット・プリントヘッド。 - 【請求項５】前記電子回路の前記多層構造のイオンパッ
シベーションのポリイミド第三層上にフォトパターン形
成可能な厚膜層が堆積、かつ、パターニングされ、該厚
膜層は少なくとも８μｍの厚さを有し、各加熱要素用の
ピットを含むバブルと、前記リザーバとチャネルとの間
のインク流路とを形成するようにパターニングされてい
ることを特徴とする請求項３に記載のインクジェット・
プリントヘッド。 - 【請求項６】前記多層構造絶縁コーティングの第三層は
単一層に代えて二つのポリイミド層を備えており、第一
のポリイミド層は前記シリコン窒化物の第二層に形成さ
れ、少なくとも1.5μｍの厚さを有しており、第二のポ
リイミド層は少なくとも８μｍの厚さを有し、前記加熱
要素上にパターニングされてバブル包含用のピットを形
成し、前記リザーバとチャネルとの間において前記リザ
ーバから前記チャネルへインク流路を形成し、前記第一
ポリイミド層は変化せず、ポリイミドと、シリコン窒化
物と、リンで選択的にドープされた二酸化シリコンとか
らなる三層パッシベーションを維持し、これによって、
前記電子回路の最大イオンパッシベーションが前記イン
クから供給されることを特徴とする請求項３に記載のイ
ンクジェット・プリントヘッド。
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