JPH0596731A

JPH0596731A - 記録ヘツド用基体および記録ヘツドの製造方法

Info

Publication number: JPH0596731A
Application number: JP11522291A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Naruse; 泰弘成瀬; Yukihiro Hayakawa; 幸宏早川; Seiji Kamei; 誠司亀井; Katsura Fujita; 桂藤田; Shigeyuki Matsumoto; 繁幸松本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-04-20
Filing date: 1991-04-20
Publication date: 1993-04-20

Abstract

(57)【要約】【目的】信頼性の高い記録ヘッド用基体および記録ヘ
ッドを歩留り良く提供する。【構成】フォトリソグラフィにより、発熱部１１０
と、発熱部１１０を駆動するＮＰＮトランジスタ１２０
と、ＮＰＮトランジスタ１２０と発熱部１１０とを接続
する配線電極１０４とをＰ型シリコン基板１上に形成す
る記録ヘッド用の基体１００の製造方法において、基体
温度を低温から高温に変えながら配線電極１０４上に保
護膜１０５を堆積する。

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の製造
方法、およびこの記録ヘッド用基体を採用した記録ヘッ
ドの製造方法に関し、特に、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
記録装置に採用される記録ヘッド用基体および記録ヘッ
ドの製造方法に関する。

【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１５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、９０８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、９１１はＡｌのコレクタ・ベース共
通電極、９１２は保護膜としてのＴａ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９
４０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、記
録ヘッドを歩留り良く製造する必要があった。

【０００７】即ち、従来層間膜９０６、保護膜９０９等
は、常圧ＣＶＤ、ＰＣＶＤ等で３００〜４５０℃でＰＳ
Ｇ，ＢＰＳＧ，ＳｉＯ，ＳｉＯ₂ ，ＳｉＯＮ，ＳｉＮ等
で形成していた。この温度では、Ａｌ等の配線や電極等
は、例えば、図１１に示す如く、ＣＶＤ法による膜堆積
（成長）時にヒロックと呼ばれるＡｌ等の丘状の隆起
（高さ、直径とも２μｍ程度のものが多い）が生じ、成
長し、このヒロック２０４の凹凸により例えばエミッタ
電極２０１と配線電極２０２間やこれらの配線とＴａの
保護膜（例えば図１５に示す保護膜９１２参照）が短絡
し、動作不良が起こり歩留りが低下することがある。

【０００８】そこで、本発明者は、ＣＶＤ法による膜堆
積時におけるヒロックの成長を抑制することで基体の歩
留りが向上すると確信した。

【０００９】本発明の目的は上述した技術的課題を解決
し、信頼性の高い記録ヘッド用基体および記録ヘッドの
製造方法を低価格で歩留り良く提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の記録ヘッド用基
体の製造方法は、フォトリソグラフィにより、複数の電
気熱変換素子と、該各電気熱変換素子をそれぞれ駆動す
る駆動用機能素子と、該各駆動用機能素子と前記各電気
熱変換素子とをそれぞれ接続する複数の配線電極と、該
配線電極上に設けられる絶縁膜と、を基板に形成する記
録ヘッド用基体の製造方法において、基体温度を低温か
ら高温に変えて前記配線電極上に前記絶縁膜の材料を堆
積することにより前記絶縁膜を形成することを特徴とす
るものである。

【００１１】また、本発明の記録ヘッド用基体の製造方
法は、複数の電気熱変換素子と、該各電気熱変換素子を
それぞれ駆動する為の駆動用機能素子とを有する記録ヘ
ッド用基体の製造方法において、Ｐ型半導体基板上にエ
ピタキシャル成長によりＰ型半導体層を形成し、該Ｐ型
半導体を利用して前記駆動用機能素子を形成することを
特徴とするものである。

【００１２】さらに、本発明の記録ヘッドの製造方法
は、複数の電気熱変換素子と、該各電気熱変換素子をそ
れぞれ駆動する駆動用機能素子と、該各駆動用機能素子
と前記各電気熱変換素子とをそれぞれ接続する複数の配
線電極と、該配線電極上に設けられる絶縁膜と、を基板
に形成して記録ヘッド用基体を作成する基体作成工程
と、インクを吐出する複数の吐出口を有する吐出部を前
記記録ヘッド用基体上に作成するインク吐出部作成工程
と、を含む記録ヘッドの製造方法において、前記記録ヘ
ッド用基体の製造工程が、基体温度を低温から高温に変
えて前記配線電極上に前記絶縁膜の材料を堆積すること
により前記絶縁膜を形成する堆積工程とを含むことを特
徴とするものである。

【００１３】

【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。

【００１４】図１は、本発明により製造される記録ヘッ
ド用基体の模式的断面図である。

【００１５】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。

【００１６】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、
１３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１
０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。

【００１７】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
１０３が、Ｎ型エピタキシャル領域４，蓄熱層１０１お
よび該蓄熱層１０１と一体的に設けられた層間膜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１０４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。

【００１８】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。

【００１９】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、その上層には熱酸化法、常圧
ＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法、スパッタリング法等による酸化
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１３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Ａｌ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，Ｔ
ａ−Ａｌ，Ｔａ−Ｓｉ，Ｔａ−Ｍｏ，Ｔａ−Ｗ，Ｔａ−
Ｃｕ，Ｔａ−Ｎｉ，Ｔａ−Ｎｉ−Ａｌ，Ｔａ−Ｍｏ−Ａ
ｌ，Ｔａ−Ｍｏ−Ｎｉ，Ｔａ−Ｗ−Ｎｉ，Ｔａ−Ｓｉ−
Ａｌ，Ｔａ−Ｗ−Ａｌ−Ｎｉ等がある。

【００２０】更に、層間膜１０２、保護膜１０５等をＰ
ＣＶＤ法によりＳｉＯ，ＳｉＯＮ，ＳｉＮ等で形成する
際、膜成長初期において、膜の下層を１５０〜２５０℃
の低温で成長させた後、その上に２５０〜４５０℃でさ
らに膜の上層を成長させる方法を用いた。即ち低温で成
長させた層にヒロックの成長を抑制する作用があるた
め、従来、例えば２５０〜４５０℃で一度に膜成長させ
た場合に較べ、上述したヒロックによる配線短絡（図１
６参照）が低減でき、製品の歩留りを著しく改善するこ
とができた。

【００２１】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２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。

【００２２】本実施例では、図１および図２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（Ｖ_H1）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。

【００２３】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。

【００２４】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５×１０¹⁴〜５×１０
¹⁷ｃｍ^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。

【００２５】上記基体の駆動方法についてさらに詳述す
る。

【００２６】図２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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】こうして構成された基体１００は、図３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。

【００３１】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。

【００３２】（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、８０００
Å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１×１０¹⁸ｃ
ｍ^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８０Ω／□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４）。

【００３３】（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５）。

【００３４】（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。

【００３５】Ｐ型ベース領域５は、（１）の工程の後、
酸化膜を除去し、その後５×１０¹⁴〜５×１０¹⁷程度の
低濃度Ｐ型エピタキシャル層を３〜１０μｍほど成長さ
せることでも形成できる。

【００３６】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、ＢＳＧ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１×１０¹⁸〜１×１０²⁰ｃｍ^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６）。

【００３７】また前述した如く、Ｐ型エピタキシャル層
を用いると、上記Ｐ型アイソレーション埋込領域３及び
Ｐ型アイソレーション領域６が不要な構造も可能であ
り、Ｐ型アイソレーション埋込領域３及びＰ型アイソレ
ーション領域６、低濃度ベース領域５を形成するための
フォトリソ工程及び高温の不純物拡散工程を削除するこ
ともできる。

【００３８】（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８参照）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。

【００３９】蓄熱層１０１の形成は、Ｎ型コレクタ領域
７を形成した後、１０００〜３０００Åのシリコン熱酸
化膜を形成し、更に、ＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法、スパッタ
リング法等でＢＰＳＧ（ボロンとリンを含んだシリケー
トガラス），ＰＳＧ（リンを含んだシリケートガラ
ス），ＳｉＯ₂ ，ＳｉＯＮ，ＳｉＮ等の膜を形成しても
良い。その後、２０００Å程度のシリコン酸化膜を形成
した。

【００４０】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１×１０
¹⁸〜１×１０²⁰ｃｍ^ー3程度とした（以上図７）。

【００４１】（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。（以上図８）。

【００４２】（６）そして、ＰＣＶＤ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０．６〜２．０μｍ程度形成した。その際１５０〜
２５０℃の低温で１０００〜３０００Å程度膜堆積させ
た後に、２５０〜４５０℃で残りの膜厚を成長させる。
すると低温で成長した膜が２５０〜４５０℃に基体温度
を上昇させる際のヒロックの成長を抑制する作用があ
る。ここで、表１にＰＣＶＤ法の基体温度とヒロックの
成長および膜質評価に関する検討結果を示す。

【００４３】表１中、基体温度の項目で、２００−３５
０とあるのは、２００℃で膜堆積をした後、３５０℃で
さらに膜堆積をしたことを示し、他の１００ないし４５
０の各数値はそれぞれ一定温度で膜堆積をしたことを示
す。数値ヒロック抑制の項目では、ヒロックの成長がか
なり観測されたものは×、若干観測されたものは△、あ
まり観測されなかったものは○とした。また、膜質の項
目では、特に粗であるものは×、やや粗であるものは
△、密なものは○とした。１００〜２５０℃で膜堆積を
行うとヒロックはあまり成長しない。すなわち、数、大
きさ（存在する密度および高さ）とも小さく、成長が抑
制されている。しかし、低温で堆積、形成された膜は、
膜質が比較的「粗」であり、この膜を有する基体および
記録ヘッドの信頼性低下を招くことがある。また、１５
０℃を下回る温度では、ＣＶＤ装置の構成上、温度制御
が困難となる。そこで、２００℃で膜厚１５００Åまで
堆積した後、３５０℃で膜厚８５００Åまで追加堆積し
たものは、ヒロック成長を抑制し、かつ膜質も良好なも
のが得られた。一方、３００℃以上で膜堆積をしたもの
は、膜質は良好なものの、ヒロックがかなり観察され
た。

【００４４】

【表１】上記２段階のＣＶＤ法に限らず、成長初期の基体温度が
１５０〜２５０℃、成長終了時の基体温度が２５０〜４
５０℃となるように、ＣＶＤ法での炉内温度を３段階以
上に分けること、あるいは連続的に炉内温度を変化させ
て基体温度を変化させることもＡｌ等のヒロック成長の
抑制に有効である。図１６に炉内温度を２００〜３５０
℃に連続的に変化させながらＣＶＤ法を行った場合の膜
厚の時間変化を示す。図１３に示すように、ＣＶＤ法を
開始してから６０分経過した時点で１００００Åを越え
る膜厚が得られた。

【００４５】この層間膜１０２は常圧ＣＶＤ法によるも
のであってもよい。またＳｉＯ₂ 膜に限らずＳｉＯＮ，
ＳｉＯ膜またはＳｉＮ膜であってもよい。

【００４６】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９）。

【００４７】層間膜１０２、保護膜１０５等の絶縁膜の
エッチングの際、ＮＨ₄ Ｆ＋ＣＨ₃ＣＯＯＨ＋ＨＦ等の
混酸エッチング液を用い、レジスト（マスク用フォトレ
ジスト）と絶縁膜界面にエッチング液を侵み込ませるこ
とで、エッチング断面形状をテーパー（法線に対して３
０度以上７５度以下が好ましい）をつけたものとするこ
とができる。これは、層間膜上に形成する各膜のステッ
プカバレージ性に優れ、製造プロセスの安定化、歩留り
向上に役立つ。

【００４８】（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。

【００４９】（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１０）。

【００５０】（９）その後、ＰＣＶＤ法等により、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１００００Å堆積させた。最初、
比較的低温（１５０〜２５０℃）で膜成長を行い、ヒロ
ックの成長を抑制することは、前記と同様である。

【００５１】その後、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２０
００Åほど堆積した。

【００５２】（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ＳｉＯ，ＳｉＯＮま
たはＳｉＯでもよい（以上図１１）。

【００５３】（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１２）。（他の実施例）以上説明した製造工程ではＰ型アイソレ
ーション埋込領域３を形成しエピタキシャル成長により
Ｎ型の領域４を形成し、イオン注入と熱拡散により低濃
度ベース領域５、Ｐ型アイソレーション領域６を形成す
るものであった。

【００５４】これに対して、エピタキシャル成長により
不純物濃度５×１０¹⁴〜５×１０¹⁷のＰ型の半導体層を
５〜２０μｍ形成しこれを領域４に代えて用いれば、低
濃度ベース領域５、Ｐ型アイソレーション領域６、Ｐ型
アイソレーション埋込領域３をも兼用することができ、
前述の製造方法におけるこれらの領域の形成工程（フォ
トリソグラフィーや高温の熱処理）を省くことができ
る。

【００５５】即ちＮ型エピタキシャル層を用いる場合に
対してマスクが３枚必要なくなるのである。

【００５６】このようにし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。

【００５７】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。

【００５８】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１４を参照して説明する。
図１４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。

【００５９】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。

【００６０】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
７２０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）。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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4,45
9,600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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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54-56847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。

【００７１】

【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、基体
温度を低温から高温に変えながら前記配線電極上に絶縁
膜を堆積するため、ヒロックの成長を抑制することがで
き、信頼性の高い記録ヘッド用基体および記録ヘッドを
安価に実現できた。そして、記録ヘッド用基体および記
録ヘッドの製造の歩留りが向上できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により製造される記録ヘッド用基体を示
す模式的断面図である。

【図２】本発明により製造される記録ヘッドの駆動方法
を説明するための模式図である。

【図３】本発明により製造される記録ヘッドの外観を示
す模式的斜視図である。

【図４】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５】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６】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７】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８】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】炉内温度を連続的に変化させた場合の膜厚の
時間変化を示すグラフである。

【図１４】本発明により製造される記録ヘッドを装着で
き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１５】従来の記録ヘッド用基体の一部分を示す断面
図である。

【図１６】基体にヒロックが成長した様子を示す摸式図
である。

【符号の説明】

１Ｐ型シリコン基板２Ｎ型コレクタ埋込領域３Ｐ型アイソレーション埋込領域４Ｎ型エピタキシャル領域５Ｐ型ベース領域６Ｐ型アイソレーション領域７Ｎ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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤田桂東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者松本繁幸東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フォトリソグラフィにより、複数の電気
熱変換素子と、該各電気熱変換素子をそれぞれ駆動する
駆動用機能素子と、該各駆動用機能素子と前記各電気熱
変換素子とをそれぞれ接続する複数の配線電極と、該配
線電極上に設けられる絶縁膜と、を基板に形成する記録
ヘッド用基体の製造方法において、基体温度を低温から高温に変えて前記配線電極上に前記
絶縁膜の材料を堆積することにより前記絶縁膜を形成す
ることを特徴とする記録ヘッド用基体の製造方法。
【請求項２】低温から高温に基体温度を段階的に変え
て配線電極上に絶縁膜の材料を堆積することを特徴とす
る請求項１記載の記録ヘッド用基体の製造方法。
【請求項３】低温から高温に基体温度を連続的に変え
て配線電極上に絶縁膜の材料を堆積することを特徴とす
る請求項１記載の記録ヘッド用基体の製造方法。
【請求項４】１５０〜２５０℃の基体温度で配線電極
上に絶縁膜の材料を堆積した後、その上に２５０〜４５
０℃の基体温度でさらに絶縁膜の材料を堆積することを
特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の記録ヘ
ッド用基体の製造方法。
【請求項５】絶縁膜の堆積がＣＶＤ法によることを特
徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の記録ヘッ
ド用基体の製造方法。
【請求項６】ＣＶＤ法がプラズマＣＶＤ法である請求
項５に記載の記録ヘッド用基体の製造方法。
【請求項７】絶縁膜がＳｉＯであることを特徴とする
請求項１ないし６のいずれかに記載の記録ヘッド用基体
の製造方法。
【請求項８】絶縁膜がＳｉＮであることを特徴とする
請求項１ないし６のいずれかに記載の記録ヘッド用基体
の製造方法。
【請求項９】絶縁膜がＳｉＯ₂ であることを特徴とす
る請求項１ないし６のいずれかに記載の記録ヘッド用基
体の製造方法。
【請求項１０】絶縁膜がＳｉＯＮであることを特徴と
する請求項１ないし９のいずれかに記載の記録ヘッド用
基体の製造方法。
【請求項１１】複数の電気熱変換素子と、該各電気熱
変換素子をそれぞれ駆動する為の駆動用機能素子とを有
する記録ヘッド用基体の製造方法において、Ｐ型半導体基板上にエピタキシャル成長によりＰ型半導
体層を形成し、該Ｐ型半導体を利用して前記駆動用機能
素子を形成することを特徴とする記録ヘッド用基体の製
造方法。
【請求項１２】複数の電気熱変換素子と、該各電気熱
変換素子をそれぞれ駆動する駆動用機能素子と、該各駆
動用機能素子と前記各電気熱変換素子とをそれぞれ接続
する複数の配線電極と、該配線電極上に設けられる絶縁
膜と、を基板に形成して記録ヘッド用基体を作成する基
体作成工程と、インクを吐出する複数の吐出口を有する
吐出部を前記記録ヘッド用基体上に作成するインク吐出
部作成工程と、を含む記録ヘッドの製造方法において、前記記録ヘッド用基体の製造工程が、基体温度を低温か
ら高温に変えて前記配線電極上に前記絶縁膜の材料を堆
積することにより前記絶縁膜を形成する堆積工程とを含
むことを特徴とする記録ヘッドの製造方法。
【請求項１３】堆積工程が、低温から高温に基体温度
を段階的に変えて配線電極上に絶縁膜の材料を堆積する
ものであることを特徴とする請求項１２記載の記録ヘッ
ドの製造方法。
【請求項１４】堆積工程が、低温から高温に基体温度
を連続的に変えて配線電極上に絶縁膜の材料を堆積する
ものであることを特徴とする請求項１２記載の記録ヘッ
ドの製造方法。
【請求項１５】堆積工程が、１５０〜２５０℃の基体
温度で配線電極上に絶縁膜の材料を堆積した後、その上
に２５０〜４５０℃の基体温度でさらに絶縁膜の材料を
堆積するものであることを特徴とする請求項１２ないし
１４のいずれかに記載の記録ヘッドの製造方法。
【請求項１６】堆積工程の絶縁膜の堆積がＣＶＤ法に
よるものであることを特徴とする請求項１２ないし１５
のいずれかに記載の記録ヘッドの製造方法。
【請求項１７】ＣＶＤ法がプラズマＣＶＤ法である請
求項１６に記載の記録ヘッドの製造方法。
【請求項１８】堆積工程で堆積する絶縁膜がＳｉＯで
あることを特徴とする請求項１２ないし１７のいずれか
に記載の記録ヘッドの製造方法。
【請求項１９】堆積工程で堆積する絶縁膜がＳｉＮで
あることを特徴とする請求項１２ないし１７のいずれか
に記載の記録ヘッドの製造方法。
【請求項２０】堆積工程で堆積する絶縁膜がＳｉＯ₂
であることを特徴とする請求項１２ないし１７のいずれ
かに記載の記録ヘッドの製造方法。
【請求項２１】堆積工程で堆積する絶縁膜がＳｉＯＮ
であることを特徴とする請求項１２ないし１７のいずれ
かに記載の記録ヘッドの製造方法。