(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と対向電極間に静電力を発生させ、該振動板を変形して該振動板の復元力により液を加圧，吐出するインクジェットヘッドであって、Ｓｉ基板上の拡散層を前記対向電極にするインクジェットヘッドにおいて、前記対向電極の拡散層がＭＯＳトランジスタを構成する拡散層であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッド、より詳細には、インクジェット記録装置におけるインクジェットヘッドの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オンデマンド式インクジェットヘッドは印字のカラー化の需要により、広く使用されているが、更なる高画質化や高速印字化のための、ノズル数、ノズル密度の増加が求められている。振動板と対向電極間に静電力を発生させ、振動板を変形して該振動板の復元力により液を加圧して吐出する方式のインクジェットヘッドであって、Ｓｉ基板上の拡散層を対向電極とするインクジェットヘッドは、構造や動作原理が単純であり、高密度化可能なインクジェットヘッドの構造の一つとして検討されている。
【０００３】
特開平６−５５７３２号公報に記載のインクジェットヘッドでは、振動板と一体のＳｉ基板に駆動用素子を作ることを意図してＳｉ基板の抵抗を低くせずに振動板の抵抗を低くするため金属層を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
静電型インクジェットヘッドでは振動板の弾性による復元力を利用してインクを吐出するが、振動板の短辺方向の幅はノズル密度の増加により狭くならざるをえない。振動板の変位は短辺長の４乗に反比例する。このため駆動電圧は非常に高くなる。例えば、短辺長５５μｍの場合、駆動電圧は１５０Ｖ程度に達する。ノズル密度が増加した場合、ノズル総数も多くなり、各ビットの駆動回路のコストが駆動電圧の増加により増加した場合、トータルコストが非常に高くなる。
【０００５】
そこで、本発明では、インクジェットヘッドを試作するプロセスをほとんど変更することなくＭＯＳトランジスタのような高電圧駆動能動素子を基板上に作り込むことで安価な駆動回路を使用でき、トータルコストの上昇を抑えることができるようにした。
【０００６】
本発明インクジェットヘッド構造では、従来技術のように、振動板側のＳｉ基板に駆動回路を作り込むことはせず、電極基板側に一般的半導体デバイス製造技術で電極基板ごと一体で駆動能動素子を製作でき、従って、容易にインクジェットヘッドを製作でき、ヘッドの製造コストを抑えることができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、振動板と対向電極間に静電力を発生させ、該振動板を変形して該振動板の復元力により液を加圧，吐出するインクジェットヘッドであって、Ｓｉ基板上の拡散層を前記対向電極にするインクジェットヘッドにおいて、前記対向電極の拡散層がＭＯＳトランジスタを構成する拡散層であることを特徴としたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるインクジェットヘッドの構造を説明するための要部構造図で、図１（Ａ）は要部断面図、図１（Ｂ）は電極基板平面図で、図中、１はＳｉ基板、２はｐ形拡散層（チャネルストッパ）、３は熱酸化膜、４はギャップ、５はｎ形拡散層、６は窒化膜、７はＬＯＣＯＳ酸化膜、８はパッシベーション酸化膜、９はゲート酸化膜、１０はポリシリコンゲート、１１は厚いゲート酸化膜、１２は隔壁、１３はコンタクトホール、１４は単結晶Ｓｉ振動板、１５は加圧液室、１６はＡｌ−Ｓｉ電極、１７はノズル、１８は共通液室、１９は流路抵抗である。
【００１１】
次に、図２及び図３を参照しながら本発明によるノズル密度３００ｄｐｉの高密度インクジェットヘッドを可能にする製造工程について説明する。以下、ｐチャネルＭＯＳデバイスを用いた例で説明するがｎチャネルＭＯＳデバイスでも同様に製作できる。まず、一般的なのはＭＯＳデバイス製造プロセスを用いて、本発明インクジェットヘッドの基板製作工程について説明する。
【００１２】
（Ａ）：シート抵抗１０Ωｃｍの１００面方位の単結晶ｐ型Ｓｉ基板１を使用する。フォトリソグラフィでレジストをパターンニングし、３０ｋｅＶのエネルギーでＢ（硼素）をドーズ量１Ｅ１２／ｃｍ２イオン注入する。このｐ形不純物層２はｎ形反転層がゲートの側面に広がり電流がリークしないようにアクセプタ不純物をあらかじめ形成しておくチャネルストッパといわれるものである（図２（Ａ））。
【００１３】
（Ｂ）：１０００℃で熱酸化し５００ｎｍの熱酸化膜３を成膜する（図２（Ｂ））。
【００１４】
（Ｃ）：フォトリソグラフィでフォトレジストにより振動板と対向電極間のギャップ４となるパターンを形成し、ＣＨＦ３ガスで酸化膜ドライエッチング（ＲＩＥ；リアクティブ・イオン・エッチング）し、Ｓｉ表面を露出する（図２（Ｃ））。
【００１５】
（Ｄ）：フォトリソグラフィでレジストパターンを形成し５０ｋｅＶのエネルギーで３Ｅ１５／ｃｍ２のドーズ量でＰをイオン注入し、窒素雰囲気１１５０℃で４０分熱処理してｎ＋拡散層５を形成する（図２（Ｄ））。
【００１６】
（Ｅ）：ＬＯＣＯＳ法により選択酸化するため、バッファ酸化膜を２０ｎｍ成膜し、シリコン窒化膜６をＬＰＣＶＤで成膜する。フォトリソグラフィでレジストパターンを形成し窒化膜をドライエッチングで開口する（図２（Ｅ））。
【００１７】
（Ｆ）：２１０ｎｍ熱酸化して、ＬＯＣＯＳ酸化膜７と拡散電極上のパッシベーション酸化膜８を成膜する。ＨＦ水溶液で酸化膜を薄く１０ｎｍ程度エッチングし、熱リン酸により窒化膜を全面エッチングする（図３（Ｆ））。
【００１８】
（Ｇ）：ドライ酸化してゲート酸化膜９を５０ｎｍを形成する（図３（Ｇ））。
【００１９】
（Ｈ）：ＳｉＨ４を用い基板温度５４０℃でＬＰＣＶＤ法により、ポリシリコンを４００ｎｍ成膜する。ＰＨ３雰囲気で８５０℃で３０分熱処理してＰをポリシリコンに拡散させる。表面の不要な酸化膜をフッ酸で除去する。このようにしてポリシリコン１０を形成する。ポリシリコン１０の厚みは３５０ｎｍになっている。ポリシリコン１０は５０ｎｍと薄い酸化膜であるゲート酸化膜９とパッシベーション酸化膜８と同じ厚みの２００ｎｍである厚い酸化膜１１にまたがっており、ドレイン近傍の酸化膜を２００ｎｍに厚くすることで耐圧を向上する構造にしている（図３（Ｈ））。
【００２０】
（Ｉ）：フォトリソグラフィでゲートパターンのフォトレジストを形成しドライエッチングし、ポリシリコンゲート１０を形成する（図３（Ｉ））。
【００２１】
（Ｋ）：フォトリソグラフィでレジストをパターンニングし、ＣＨＦ３ガスでＲＩＥし、コンタクトホール１３（図３には示しにくいので図１を参照）を形成する。
【００２２】
（Ｌ）：終了後、フォトレジストで保護しダイシングする。
【００２３】
次に、図４を参照して、振動板形成プロセスについて説明する。１１０面両面研磨Ｓｉ基板に熱酸化により１.２μｍの熱酸化膜を成膜する。片面のみ酸化膜を全面除去し、Ｂを固体拡散源により気相拡散し１Ｅ２０／ｃｍ３程度の高濃度拡散相を２μｍの深さで全面に形成する。酸化膜のある面にフォトリソグラフィでレジストをパターンニングし、ドライエッチングを行い加圧液室１５のパターンを形成する。このパターンは１１１面が液室の長辺方向と平行であるようにアライメントする。Ｂを拡散した面を治具で保護する。ＴＭＡＨ（トリメチル・アンモニューム・ヒドロキシド）水溶液により異方性エッチングを行うが、高濃度Ｂ層でエッチング速度が極端に遅くなるため、設定した振動板の厚みの２μｍの単結晶振動板１４を残すことができる。
【００２４】
次に、図５に示すように、電極Ｓｉ基板と振動板Ｓｉ基板とをアライメントし酸素雰囲気１０００℃で直接接合する。直接接合される部分はＳｉ電極基板上の酸化膜による隔壁１２とそれらと同じ酸化膜膜厚の周辺部分である。
【００２５】
次に、図６に示すように、メタルマスクを用いコンタクトホール上の酸化膜をＣＨＦ３ガスでＲＩＥし除去し、メタルマスクを用いパットにＡｌ−Ｓｉ合金を３００ｎｍスパッタし、Ａｒ，Ｈ２ガス雰囲気でシンタし、電極１６を形成する。このようにしてＳｉ基板および加圧液室部を製作した。
【００２６】
次に、図７に示すように、ステンレス板にエッチングで加工して孔を形成し流路抵抗１９とする。ステンレス板に炭酸ガスレーザで孔をあけノズル孔を形成する。これらステンレス板を積層し接着し、ノズル１７、共通液室１８、流路１９をステンレス板で製作した。その後、図８に示すように、該ノズルおよび共通液室部をＳｉ基板および加圧液室部に接着した。
【００２７】
上述のようにして、ノズル密度１２本／ｍｍのインクジェットヘッドが完成した。振動板短辺長が５０μｍで振動板厚みが２μｍで電気的に実効的ギャップが０.５μｍであり、インク吐出に必要な変位が０.１５μｍの場合、振動板を直に駆動する電圧は１４９Ｖになる。しかし、本発明インクジェットヘッドではＳｉ基板上のＭＯＳデバイスにより駆動電圧を制御でき、該ＭＯＳデバイスのゲートに電圧を供給することで、２０Ｖで振動板を０.１５μｍ変位することができた。このようにして、ノズル密度３００ｄｐｉの１２８ノズル列２列千鳥配置で１２００ｄｐｉの画質で印字することができた。駆動周波数は６０ｋＨｚで行った。
【００２８】
更に、本発明のインクジェットヘッド構造では、振動板と対向電極間に充電された電荷を放電する際、各ビットにＭＯＳトランジスタからなるスイッチを具備した構造を特徴としている。高電圧動作のＭＯＳトランジスタでは、高電圧化のため低い濃度の不純物層をドレイン側に設けるので、構造はソース側とドレイン側で非対称になりソースとドレインを反転した場合には動作電圧は高くできない。そこで、放電専用にＭＯＳトランジスタを具備した。この効果を確認するため、これらのＭＯＳトランジスタを具備しない場合と比較した。放電用ＭＯＳトランジスタがない構造ではＯＮ抵抗が増加し、駆動周波数を４０ｋＨｚ以上にした場合振動板の動作に遅れが見られた。このことから、放電専用のＭＯＳトランジスタを各ビットに具備することで振動板の駆動周波数を低下させないことが確認された。
【００２９】
このようにして、高ノズル密度になり振動板短辺長の減少に伴う駆動電圧の増加をＭＯＳトランジスタを各ビットの具備する構造とすることで、安価な低電圧駆動回路でゲートを駆動でき、静電型ヘッドのコストを低く抑えることができた。
【００３０】
【発明の効果】
高ノズル密度になり振動板短辺長の減少に伴う駆動電圧の増加をＭＯＳトランジスタを各ビットに具備する構造とすることで、安価な低電圧駆動回路でゲートを駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるインクジェットヘッドの一例を示す要部構成図である。
【図２】  本発明によるインクジェットヘッドの作製工程の一部を示す図である。
【図３】  本発明によるインクジェットヘッドの作製工程の他の一部を示す図である。
【図４】  振動板の作製プロセスを説明するための図である。
【図５】  振動板基板と電極基板との接合を説明するための図である。
【図６】  加圧液室部の構成を説明するための図である。
【図７】  ノズル部の構成を説明するための図である。
【図８】  本発明によるインクジェットヘッドの要部断面構成図である。
【符号の説明】
１…Ｓｉ基板、２…ｐ形拡散層（チャネルストッパ）、３…熱酸化膜、４…ギャップ、５…ｎ形拡散層、６…窒化膜、７…ＬＯＣＯＳ酸化膜、８…パッシベーション酸化膜、９…ゲート酸化膜、１０…ポリシリコンゲート、１１…厚いゲート酸化膜、１２…隔壁、１３…コンタクトホール、１４…単結晶Ｓｉ振動板、１５…加圧液室、１６…Ａｌ−Ｓｉ電極、１７…ノズル、１８…共通液室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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