JPH11216865A - サーマルインクジェットプリントヘッド及びその製造方法 - Google Patents
サーマルインクジェットプリントヘッド及びその製造方法Info
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Abstract
領域のパッキング密度を上昇させ、電気的絶縁を最適化
し、更にシリコン基体と導電性層との間の断熱の効率を
向上させる。 【解決手段】 サーマルインクジェットプリントヘッド
が、1)シリコン基体と、2)シリコン基体の表面上に
形成され熱的に成長したフィールド酸化物層(18)
と、3)前記フィールド酸化物層を覆って形成された加
熱抵抗のアレイであって、その加熱抵抗が一般式(A)
B2 (ここで、Aはジルコニウム等からなる群から選ば
れた金属であり、また、Bはホウ素である)の電気抵抗
性化合物の導電性層(20B)と、前記フィールド酸化
物層の上を覆い前記導電性層の下に形成された蒸着され
た酸化物層(20A)とを含み、前記フィールド酸化物
層と蒸着酸化物層とが、シリコン基体と導電性層とを断
熱する。
Description
ンクジェットプリントに関し、更に詳細には、プリント
ヘッド上に形成されるトランジスタ能動回路をより密集
して実装(packing) したサーマルインクジェットプリン
トヘッドに関する。
問題点は、アンダーグレーズ層が、電気的にアドレスさ
れたヒータからインクが蒸気泡を形成する場所のインク
にほとんどのエネルギーを転送するために必要な程度ま
で、シリコン基体と抵抗ヒータとの間の断熱を与えるの
に十分な厚さでなければならないことである。エネルギ
ーがシリコン基体中に与えられると、補償を必要とする
温度のばらつきをもたらしうる。アンダーグレーズ層
は、更にドライバ内のトランジスタと論理回路との間に
電気的絶縁を与える、チップの電気的能動構成部品内の
フィールド酸化物層としての役割もする。米国特許第
4,947,192号及び第5,030,971号は、
複数のヒータ抵抗に電気的に接続された抵抗ヒータ基体
上に能動ドライブマトリクスを形成するインクジェット
プリントヘッドを開示している。この目的のために、フ
ィールド酸化物層は、通常断熱に必要とされる厚さの2
分の1以下でなければならない。より薄いフィールド酸
化物層により、チップ上のトランジスタ能動領域のより
密集した実装を可能とする。
ヒータ断熱用の別の酸化物層とを成長させることによ
り、このような2つの必要条件(断熱及び電気的絶縁)
を切り離すことが可能であるが、必要とする特別なマス
クレベル及び高温処理工程は、プリントヘッドダイに余
分のコストを加える。
上のトランジスタ能動領域の実装密度を上げること、及
びトランジスタ能動領域の電気的絶縁のために最適化さ
れたフィールド酸化物層を備えることが望ましい。
ン基体と抵抗性材料層との間の断熱の効率を向上させる
ことも望ましい。
化物層をシリコン基体上に形成することに関し、このフ
ィールド酸化物層は、トランジスタ能動領域の電気的絶
縁を最適化する厚さに成長し、これは従来技術のアンダ
ーグレーズ層の約2分の1の厚さである。好ましい実施
の形態において、抵抗ヒータは、電気導電性化合物であ
る二ホウ化ジルコニウム(Zr B2 )をスパッタリング
によってフィールド酸化物層上に形成される。スパッタ
リング工程は抵抗ヒータ層の形成の初期に制御された速
度での酸素の導入を含む。酸素の導入により、シリコン
基体上に熱によって成長したフィールド酸化物層の上に
酸素をドープした断熱二ホウ化ジルコニウム(ZrB2
O x )の薄膜が形成される。酸化された二ホウ化ジルコ
ニウムの薄膜が最適な断熱に十分な厚さにひとたび到達
すると、スパッタリング工程は、導電性ヒータ抵抗体が
効率的な熱エネルギーの生成に必要とされる厚さに成長
するまで酸素なしで続けられる。フィールド酸化物層と
ZrB2 Ox 層の組み合わせの厚さにより、導電性層の
シリコン基体からの必要とされる断熱が可能となる。相
対的に薄く、熱によって成長した酸化物層は、トランジ
スタドライブ回路のより密集した実装を可能にする。
と、シリコン基体の表面上に形成された熱によって成長
したフィールド酸化物層と、熱によって成長したこのフ
ィールド酸化物層を覆って形成された加熱抵抗のアレイ
であって、その加熱抵抗は、一般式(A)B2 (ここ
で、Aはジルコニウム、タンタル、タングステン、ニオ
ブ、モリブデン、チタン、バナジウム、及びハフニウム
を含有する群から選ばれた金属であり、また、Bはホウ
素である)の電気抵抗性化合物の導電性層と、前記熱に
よって成長したフィールド酸化物層の上を覆い前記導電
性層の下に形成された第2の蒸着された酸化物層とを含
み、これにより、この熱によって成長したフィールド酸
化物層と蒸着された酸化物層がシリコン基体と導電性層
との間の断熱を与えることによって特徴づけられる加熱
抵抗のアレイとを含む、サーマルインクジェットプリン
トヘッドに関する。
に用いるための改良されたプリントヘッドを製造するた
めの方法に関し、そのプリントヘッドは加熱された抵抗
体の少なくとも一部と熱的に連通するインクを充填した
複数のチャネルを含み、この方法は、(a)シリコン基
体を形成する工程と、(b)シリコン基体表面上に熱フ
ィールド酸化物層を成長させる工程と、(c)フィール
ド酸化物層の表面上に一般式(A)B2 (ここで、Aは
ジルコニウム、タンタル、タングステン、ニオブ、モリ
ブデン、チタン、バナジウム、及びハフニウムを含有す
る群から選ばれた金属であり、また、Bはホウ素であ
る)の抵抗性材料の層を酸素が存在する状況下でスパッ
タリングし、相対的に高いシート抵抗の酸化物層を形成
する工程と、(d)工程(c)の抵抗性材料のスパッタ
リングを酸素なしで継続し、電気導電性の抵抗層を形成
する工程と、(e)前記抵抗層への連結部としての電気
接点及びドライブ回路を形成する工程と、(f)前記抵
抗層と熱的に連通する、インクを充填した複数のインク
チャネルを形成する工程、とを有する。
細書に参照として取り入れられる米国再発行特許第3
2,572号、米国特許第4,774,530号及び第
4,951,063号に開示されるタイプのプリントヘ
ッドに用いることが可能な改良された抵抗ヒータの第1
の実施形態の断面図である。本発明の改良されたヒータ
構造は、抵抗エレメントを加熱して、隣接層内のインク
を核形成する他のタイプのサーマルインクジェットプリ
ントヘッドに用いることができることが理解される。
ヘッド8のヒータ基体部分は、前面に形成されるノズル
12から射出されるチャネル10内のインクと共に図示
されている。プリントヘッド8は、上記に参照した米国
再発行特許第32,572号及び米国特許第4,95
1,063号に開示されるようにチャネルとヒータプレ
ートとを接合することによる従来の方法(ヒータ抵抗の
構成を除く)によって製造される。シリコン基体16は
その表面上に形成され、熱によって成長したフィールド
酸化物層18を含むアンダーグレーズ層を有する。ヒー
タ抵抗20は層18の表面上に形成され、蒸着された酸
化物層20Aと電気抵抗性化合物の導電性層20Bとか
ら成る。好ましい実施形態において、スパッタリングチ
ャンバに酸素を加えながら、層18の表面上に二ホウ化
ジルコニウム(ZrB2 )がスパッタリングされ、酸化
層20Aが生成される。層20Aは、7000Ω/squareを
越えるシート抵抗値を有する。層20Aがひとたび所定
の厚さになると、酸素の流れを停止して、スパッタリン
グ工程を継続して能動ヒータ抵抗体素子として導電性層
20Bを形成する。層20Bは、約10Ω/squareのシ
ート抵抗を有し、高導電性である。従って、層20A及
び20Bは、パターン化及びエッチングされると同時に
更なるマスキング工程を省くことができる。
Å、層20Aは7500Åである。2つの層を合わせた厚さ
は1.5μで、これはシリコン基体16上に成長した従
来の一層の酸化物層の厚さであり、例えば、層20Aは
従来技術の層18の一部を置き換える。従って、18と
20Aを結合した層はシリコン基体16と層20Bとの
間の断熱をもたらすと共に、従来技術の層よりも大幅に
薄い層18はトランジスタドライブ回路間の電気絶縁を
可能とする。トランジスタの間隔は酸化物層18の厚さ
の関数であるため、より薄い層18により、例えば上記
に参照された米国特許第4,947,192号及び第
5,030,971号に示されるタイプのトランジスタ
能動領域のより密集した実装が可能となる。これらの特
許に開示されるように、フィールド酸化物は通常LOC
OS工程又はそのバリエーションによってシリコン基体
上に成長する。トランジスタの能動領域は窒化物マスキ
ング工程によって作り出される。フィールド酸化物が成
長する際、若干の酸化物がマスクのエッジの下に侵入
し、当工業において“バーズビーク(bird's beak) ”と
して知られる薄いフィールド酸化物の次第に薄くなった
領域(thinned-out region)を生ずる結果となる。2つの
能動トランジスタ領域間の最低距離は、フィールド酸化
物の厚さに比例して変化するこのバーズビークの大きさ
によって決まる。2つのトランジスタはバーズビークの
大きさの2倍よりも近くに配置することができない。従
って、フィールド酸化物の厚さが半分に減らすことがで
きれば、トランジスタ間の最低距離も半減することがで
き、実装密度が上げられてチップのコストを低下させる
ことができる。
グ及びエッチングされてヒータ能動領域を定める。ガラ
ス層34が蒸着され、接触ホールがガラス層内にエッチ
ングされ、抵抗の端部に通路23、24を、また、抵抗
の中心部にヒータ開口部20を形成する。誘電層30が
層20Bを覆って形成され、ヒータ抵抗をインクから電
気絶縁し、また、タンタル層31が蒸着され、ヒータを
インクによる腐蝕から保護する。層30と31は共に、
ヒータ開口部20上にのみ保護層を残すようにエッチン
グされる。アルミニウム層が蒸着及びエッチングされ、
アドレス電極25及びアルミニウム対向リターン電極2
6を形成する。電極の不動態化のため、ガラスフィルム
34が蒸着され、次に、第2のガラス及び/又は窒化物
不動態化層35及び厚いフィルム絶縁層36が蒸着され
る。層36は、好ましい実施形態ではポリイミドであ
る。フィルム34及び36は上記に参照としてあげた特
許第4,951,063号に記述されるように形成され
る。
がZrB2 層20Bの下になるように図示されている。
層20Bに好適な他の材料は、ジルコニウム、タンタ
ル、タングステン、ニオブ、モリブデン、チタン、バナ
ジウム、及びハフニウムからなる群から選ばれた二ホウ
化金属である。
態の断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 サーマルインクジェットプリントヘッド
であって、前記サーマルインクジェットプリントヘッド
が、 シリコン基体と、 シリコン基体の表面上に形成された熱によって成長した
フィールド酸化物層と、 熱によって成長したフィールド酸化物層を覆って形成さ
れた加熱抵抗のアレイであって、前記加熱抵抗は、一般
式(A)B2 (ここで、Aはジルコニウム、タンタル、
タングステン、ニオブ、モリブデン、チタン、バナジウ
ム、及びハフニウムを含有する群から選ばれた金属であ
り、また、Bはホウ素である)の電気抵抗性化合物の導
電性層と、前記熱によって成長したフィールド酸化物層
の上を覆い前記導電性層の下に形成された第2の蒸着さ
れた酸化物層とを含み、熱によって成長したフィールド
酸化物層と蒸着された酸化物層がシリコン基体と導電性
層との間の断熱を与えることによって特徴づけられる加
熱抵抗のアレイとを含む、サーマルインクジェットプリ
ントヘッド。 - 【請求項2】 インクジェットプリンタに用いるための
改良されたプリントヘッドを製造するための方法であっ
て、前記プリントヘッドが、加熱された抵抗体の少なく
とも一部と熱的に連通するインクを充填した複数のチャ
ネルを含み、前記方法が、 (a)シリコン基体を形成する工程と、 (b)シリコン基体表面上に熱フィールド酸化物層を成
長させる工程と、 (c)フィールド酸化物層の表面上に一般式(A)B2
(ここで、Aはジルコニウム、タンタル、タングステ
ン、ニオブ、モリブデン、チタン、バナジウム、及びハ
フニウムを含有する群からの選ばれた金属であり、ま
た、Bはホウ素である)の抵抗性材料の層を酸素が存在
する状況下でスパッタリングし、相対的に高いシート抵
抗性の酸化物層を形成する工程と、 (d)工程(c)の抵抗性材料のスパッタリングを酸素
なしで継続し、電気導電性の抵抗層を形成する工程と、 (e)前記抵抗層への連結部としての電気接点及びドラ
イブ回路を形成する工程と、 (f)前記抵抗層と熱的に連通する、インクを充填し複
数のインクチャネルを形成する工程とを含む、 プリントヘッド製造方法。
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