(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該流路の一部に設けられた振動板と、該振動板に対向して設けられた個別電極とを有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ、前記ノズルからインク液滴を吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記個別電極は第１導電型の単結晶シリコン基板表面に形成されており、該個別電極に外部から電位を与えるための電極取り出しパッドが前記単結晶シリコン基板の前記振動板側と反対の面に設けられており、前記個別電極と前記個別電極取り出しパッド間が、前記単結晶シリコン基板中に埋め込まれた第２導電型の多結晶シリコンで電気的に接続されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１において、前記第１導電型の単結晶シリコン基板は表面が（１１０）方向となるような単結晶シリコンであって、該単結晶シリコン基板中に埋め込まれた前記第２導電型多結晶シリコンとの界面が（１１１）面となっていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
ノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該流路の一部に設けられた振動板と、該振動板に対向して設けられた個別電極とを有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ、前記ノズルからインク液滴を吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記個別電極が単結晶シリコン基板表面に形成されており、前記個別電極に外部から電位を与えるための電極取り出しパッドが前記単結晶シリコン基板の前記振動板側と反対の面に設けられており、前記個別電極と前記個別電極取り出しパッド間が、前記単結晶シリコン基板中に絶縁膜を介して埋め込まれた多結晶シリコンで電気的に接続されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項３において、前記単結晶シリコン基板は表面が（１１０）方向となるような単結晶シリコンであって、前記絶縁膜を介して前記単結晶シリコン基板中に埋め込まれた前記多結晶シリコンとの界面が（１１１）面となってい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のプリントヘッドに関し、例えば、プリンタ、ファクシミリ、複写機等の記録に使用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は、特開平７−１２５１９６号公報に開示されたインクジェットヘッドの一例を説明するための断面図で、図１６（Ａ）は要部断面図、１６（Ｂ）は図１６（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図で、図中、１は第１の基板、２は第２の基板、３は第３の基板で、これらの基板を図示のごとく接合することによって、ノズル孔４、インク室６、オリフィス７、インクキャビティ８等が形成される。第１の基板１には、振動板５が一体的に形成され、第２の基板２には、該振動板５に対して、ギャップＧを介して個別電極９が形成されている。個別電極９と振動板５の共通電極との間には、駆動回路１１が接続され、該駆動回路１１より、個別電極９と共通電極（振動板５）との間に電圧を印加すると、これら個別電極９と振動板５との間にギャップＧを介して静電引力が働き、印加電圧を解除した時に、振動板５が跳ね返り、インク室６内のインクを加圧し、ノズル孔４よりインク滴を噴射し、記録紙１２上に印写するものである。而して、このインクジェットヘッドにおいては、個別電極と振動板電極とは、それぞれの同一の平面１，２上に引き出され、そこで電圧が印加されるようになっている。
【０００３】
図１７は、特開平５−１６９６６０号公報に開示されたインクジェットヘッドの一例を説明するための要部断面図で、このインクジェットヘッドは、支持体２１と、該支持体２１に沿って配置され、記録信号に応じて吐出口２２からインクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生手段が設けられたエネルギー基板２３と、前記支持体２１に沿って配置され、接続端子２４を介して記録装置本体からの前記記録信号を前記エネルギー基板２３に伝達するための配線基板２５とを有し、前記支持体２１の前記エネルギー基板２３が配置されている側とは反対側に前記接続端子２４が配置されている。
【０００４】
図１８は、本出願人の先に提案したインクジェットヘッド（特開平７−１２５１９５６号公報）の一例を説明するための要部断面図で、このインクジェットヘッドは、ガラス基板３１へ導体埋め込み用スルーホール３２が形成され、ここに導体を埋め込み、振動板３３の対向電極３４をスルーホール３２内に埋め込まれた導体（図示せず）を通してガラス基板３１の裏面に引出し、バンプ状導体３５を介して実装し、電圧をかけられるようにしている。なお、３７はインク導入口、３８はインク室、３９はノズルで、図１６に示したインクジェットヘッドと同様、対向電極（個別電極）３４と振動板３３との間に電圧を印加して、振動板３３を撓ませ、その反動力でインク室３８内のインクをノズル３９より吐出させるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平７−１２５１９５号公報のインクジェットヘッド構造では、個別電極側の実装表面高さＩと振動板側の実装表面高さＩＩが異なるため、それぞれに実装工程を行なう必要がある。また、それぞれ個別電極、振動板から実装する領域まで電極を引出して実装する必要があるとともに、個別電極を実装する領域は振動板側の電極へ実装する領域よりも外側に張り出す必要があり、必然的に基板のサイズが大きくなる。
【０００６】
特開平５−１６９６６０号公報のインクジェットヘッド構造では、インクにエネルギーを伝達するためにエネルギー基板部と駆動回路部分をフレキシブル基板やワイヤーボンディング、半田等を用いて接続するが、その際、
１）エネルギーを伝達するための配線基板であるフレキシブル基板の曲がる範囲が限定され、支持体の厚みが必要とされる。
２）支持体裏側まで電極を引出すために、ワイヤーボンディング、配線基板、半田接続を用いる工程を踏んでおり、実装にかかる時間を要し、また、コスト高になる。
【０００７】
特開平７−１２５１９５号公報のインクジェットヘッド構造では、ガラス基板に対してスルーホールを開けて導体を埋め込むという困難な工程を要する。
【０００８】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、基板サイズの小サイズ化、実装工程の簡略化及び低価格化、振動板の対向電極の高密度化、工程の簡略化等を図ることを目的としてなされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該流路の一部に設けられた振動板と、該振動板に対向して設けられた個別電極とを有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ、前記ノズルからインク液滴を吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記個別電極は第１導電型の単結晶シリコン基板表面に形成されており、該個別電極に外部から電位を与えるための電極取り出しパッドが前記単結晶シリコン基板の前記振動板側と反対の面に設けられており、前記個別電極と前記個別電極取り出しパッド間が、前記単結晶シリコン基板中に埋め込まれた第２導電型の多結晶シリコンで電気的に接続されていることを特徴としたものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１において、前記第１導電型の単結晶シリコン基板は表面が（１１０）方向となるような単結晶シリコンであって、該単結晶シリコン基板中に埋め込まれた前記第２導電型多結晶シリコンとの界面が（１１１）面となっていることを特徴としたものである。
【００１１】
請求項３の発明は、ノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該流路の一部に設けられた振動板と、該振動板に対向して設けられた個別電極とを有し、前記振動板に取り付けられた共通電極と前記個別電極間に駆動電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させ、前記ノズルからインク液滴を吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記個別電極が単結晶シリコン基板表面に形成されており、前記個別電極に外部から電位を与えるための電極取り出しパッドが前記単結晶シリコン基板の前記振動板側と反対の面に設けられており、前記個別電極と前記個別電極取り出しパッド間が、前記単結晶シリコン基板中に絶縁膜を介して埋め込まれた多結晶シリコンで電気的に接続されていることを特徴としたものである。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項３において、前記単結晶シリコン基板は表面が（１１０）方向となるような単結晶シリコンであって、前記絶縁膜を介して前記単結晶シリコン基板中に埋め込まれた前記多結晶シリコンとの界面が（１１１）面となっていることを特徴としたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は、本発明の請求項１および２のインクジェットヘッドの構成を示す図で、ウエハサイズで振動板基板１１０、振動板１２０の対向電極２２０をなす電極基板２１０を加工、組立後に個別のチェップに切り出した状態を示している。図１（Ａ）は、ヘッドの主要部をノズル側から見たときの平面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）のＣ−Ｃ断面図、図１（Ｄ）は、図１（Ｂ）のＤ−Ｄ断面図である。振動板基板１１０は、例えば、（１００）面もしくは（１１０）面を基板表面に有するＳｉウエハからなり、そのＳｉウエハを加圧液室の形状に合わせて溝加工し、板厚５μｍの振動板１２０を構成している。
【００１４】
振動板１２０の対向電極２２０が形成されている電極基板２１０は、本実施例においては（１１０）面を基板表面に有するシリコン基板からなり、その電極基板２１０には、振動板１２０に対向させた位置に対向電極２２０が配置され、振動板１２０とその対向電極２２０間には微小間隔（ギャップ）１５０を確保してある。電極基板２１０中に、対向電極２２０の位置に整合させて、電極基板２１０の導電型と異なる導電型の多結晶シリコン２４０を形成し、その多結晶シリコン２４０を介して、電極基板２１０表側にある振動板１２０に対向する対向電極２２０の電位を電極基板２１０の裏側に引出している。さらに、電極基板２１０の対向電極が形成されている面とは反対側の面（以後、この面を電極基板裏面（第１表面）と称す。また、対向電極が形成されている面を電極基板表面（第２表面）と称す）に多結晶シリコン２４０に接続するように外部接続用パッドメタル２５０が形成されている。
【００１５】
本実施例においては、多結晶シリコン中の不純物はプロセス中の熱履歴により単結晶シリコン基板中にも拡散していき、ＰＮ接合は単結晶シリコン中にできる。そのため、ＰＮ接合の逆方向リークも単結晶シリコンのみで作成した通常のものと比べて遜色ない。これらの構成の振動板基板１１０と電極基板２１０は直接接合などにより張り合されており、さらにはインク供給口３２０とインク吐出口であるノズル孔３３０を形成したノズル基板３１０が振動板基板１１０上に張り合わされている。
【００１６】
このようなインクジェットヘッドにおいて振動板１２０と対向電極２２０の間に電圧を印加すると、振動板１２０と電極２２０間に静電引力が働き、振動板１２０は対向電極２２０の方向にたわむ。このとき液室１３０は引圧となりインク供給のための流路１６０を経て共通液室１４０から個別液室１３０へとインクが供給される。電圧を切ると振動板１２０はＳｉの剛性によりもとの位置へと戻り、このとき個別液室１３０内のインクが加圧され、ノズル孔３３０を経て記録紙上へとインクが吐出される。
【００１７】
図２は、本発明のインクジェットヘッドのパッド取り出し部分のレイアウトについて概略（電極基板２１０の裏面側から見た図）を示したものである。前述したように、第１導電型半導体からなる電極基板２１０中には、対向電極２２０に接するように第２導電型多結晶シリコン２４０が形成されていて、電極基板２１０の裏面側ではコンタクトホールを介して第２導電型多結晶シリコン２４０に接するようにパッドメタル２５０が形成されている。また、パッドメタル上に形成されたパッシベーション膜２７０の１部にパッド取り出し孔２７１が開口している。
【００１８】
このとき、図２（Ａ）に示すように第２導電型多結晶シリコン２４０直上もしくはその付近にパッド取り出し孔２７１が開口されている場合もあれば、図２（Ｂ）に示すように第２導電型不純物拡散領域２４０とパッドメタル２５０のコンタクト領域からメタル２８０を引き延ばして、別の場所にパット取り出し孔２７２を開口することもできる。また、場合によっては多層メタル構造にしてもかまわない。また、電極基板の表面にトランジスタ等を作り込んで、スイッチやドライブ回路等を一体化することも可能である。
【００１９】
図３乃至図５は、図１の構成のインクジェットヘッドを形成する製造工程を説明するための要部断面概略図で、製造工程を工程順に従って（Ａ）〜（Ｈ）にて示す。なお、各工程に２つの断面図を示したが、上の図は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、下の図は、図１（Ａ）のＣ−Ｃ線断面に対応する断面図である。
【００２０】
工程（Ａ）（図３（Ａ））：電極基板２１０用ウエハとして厚さ４００μｍ程度のＰ型（１１０）シリコンウエハを用い、その表面に約５００ｎｍの熱酸化膜２６０を成長させる。続いて、電極基板２１０の裏側表面上にフォトリソグラフィー技術を用いて所定の場所が開口するようなレジストマスクを形成し、そのレジストマスクを用いて先に成長させた酸化膜２６０をエッチングした後レジストマスクを除去して、酸化膜からなるウエットエッチング用のマスクを形成する。そのマスクを用いてＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）にてシリコンの異方性エッチングを行ない、電極基板に貫通孔２１１を開ける（この時点ではエッチングマスクに用いた酸化膜が残っているが後の工程で除去される）。ＴＭＡＨを用いて（１１０）ウエハを異方性エッチすると、（１１０）面に比べて（１１１）面のエッチング速度が非常に遅いため、（１１１）面がエッチストップ面として現れる。その結果、エッチングマスクの開口方向を特定の方向にすることにより、図に示したように垂直にエッチングされる面とテーパがついてエッチングされる面の両方が現れる。このとき隣接するビット間の壁面が垂直なエッチング面になるようにすることにより、ビット間隔が高密度になった場合においても、隣接するビット用の貫通孔を分離させて開けることができる。
【００２１】
なお、上記実施例において、基板２１０としてｐ型のものを用いたが、ｎ型基板を用いることも可能である。また、基板２１０の厚みも前述した値に限ったものではない。また、本実施例では基板に貫通孔を開けたが、完全に貫通させるのではなく、シリコン層を残しておいても良い。
【００２２】
工程（Ｂ）（図３（Ｂ））：工程（Ａ）で貫通孔２１１を開けたシリコン基板２１０上に、マスクに用いた酸化膜を除去した後に、ＣＶＤ法により多結晶シリコン２４０を成長させる。工程（Ａ）で開けた貫通孔の短手方向幅の概ね１／２の膜厚を成長させることにより、貫通孔は多結晶シリコン２４０で埋められる。このとき、反応ガスに、例えば、ＰＨ３を混ぜることにより、ｎ型の多結晶シリコンを成長することができる。ｎ型不純物を導入する方法は、これ以外にも、ノンドープの多結晶シリコンを貫通孔が埋まらない程度に成長させた後に、リンデポによって不純物導入を行い、その後、貫通孔が埋まるように再度多結晶シリコンを成長させることによっても可能である。その後の熱拡散により、埋め込まれた多結晶シリコン中にほぼ均一に不純物が導入される。また、本実施例では、ｐ型基板２１０を用いているので、ｎ型の多結晶シリコン２４０を貫通孔２１１中に埋め込んだが、ｎ型基板を用いた場合にはｐ型の多結晶シリコンを貫通孔中に埋めるようにする。
【００２３】
工程（Ｃ）（図３（Ｃ））：シリコン基板表面に成長した多結晶シリコン２４０を研磨によって除去する。本実施例においては研磨により基板表面の多結晶シリコンを除去したが、エッチングによって除去しても良い。また、工程（Ａ）で完全に貫通孔を開けるのではなくシリコン層を残しておいた場合には、この時点で（もしくは後の工程で）残っていたシリコン層も多結晶シリコン層に続けて除去することにより、貫通孔を開けた場合と同様の構造を得ることができる。
【００２４】
工程（Ｄ）（図４（Ｄ））：工程（Ｃ）において表面に成長した多結晶シリコンを除去した基板表面に、約５００ｎｍの熱酸化膜２６１を成長させる。
工程（Ｅ）（図４（Ｅ））：その後、フォトリソ・エッチング技術を用いて、対向電極２２０の一部が先に形成したシリコン基板２１０中に埋め込まれたｎ型多結晶シリコン２４０に接するように整合させて対向電極２２０が形成される部分の酸化膜２６１を開口させ、続いてイオン注入法によりｎ型導電型領域を形成するような不純物、例えば、リンを注入する。ここで注入されたリンは後の熱工程によって活性化され、ｎ型導電型領域を形成し、このｎ型導電型領域が振動板１２０の対向電極２２０となる。また、先に成長した熱酸化膜２６１は振動板１２０と振動板１２０の対向電極２２０とのギャップ１５０を形成する。
【００２５】
本実施例において、ｎ型導電型領域を形成するための不純物としてリンを用いたが、ヒ素やアンチモンなどｎ型の導電型領域を形成する不純物であれば他の元素でもかまわない。また、電極基板にｎ型基板を用いた場合には電極部分にはｐ型の導電型領域を形成するような不純物、たとえば、ボロンやアルミ等を注入すればよい。また、本実施例ではイオン注入法を用いたが、気相拡散法や固相拡散法を用いて不純物導入を行ってもかまわない。また、本実施例ではギャップ形成のパターンと同一パターンで不純物導入をおこなったが、ギャップ形成用マスクとは別のマスクで不純物導入してもかまわない。また、不純物をイオン注入法にて導入する場合には薄い酸化膜、例えば、２５０ｎｍ程度の酸化膜をとおして注入することもできる。また、本実施例では省いたが、対向電極２２０と振動板１２０の絶縁のために、対向電極２２０の表面に絶縁膜を形成したり、その絶縁膜表面を凹凸形状に加工したりすることも、成膜及びフォトリソ・エッチング技術を用いて行うことが可能である。また、本実施例ではギャップは電極基板側に形成したが、液室・振動板基板側に形成してもよい。
【００２６】
工程（Ｆ）（図４（Ｆ））：工程（Ｅ）でギャップ１５０及び対向電極２２０が形成された電極基板２１０と液室・振動板基板１１０を直接接合法を用いて張り合わせたのち、電極基板２１０の裏面に第２導電型多結晶シリコン２４０に整合させてコンタクトホールを開口し、外部接続用パッドメタル２５０形成、バッシベーション膜２７０の成膜、パッド開口を行う。コンタクトホール形成以降の工程は通常半導体プロセスで用いられている成膜およびフォトリソ・エッチング工程によってなされる。また、本実施例ではこの時点でこれらの工程を行ったが、後述する液室形成後やノズル張り付け後にこれらの工程のすべてまたは１部を行うことも可能である。
【００２７】
工程（Ｇ）（図５（Ｇ））：ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）にて振動板・液室基板１１０のシリコン異方性エッチングを行ない共通液室１４０および個別液室１３０を形成する。共通液室１４０から個別液室１３０へインクを供給するための流路１６０となる部分はエッチングであらかじめくぼませておく。異方性エッチングのマスクは電極基板２１０と振動板・液室基板１１０の接合の前に形成しておくか、接合後に形成するか、もしくは電極基板のメタライゼーション工程後のいずれであっても可能である。また、あらかじめ振動板と液室を形成した基板を電極基板と接合しても良い。
【００２８】
工程（Ｈ）（図５（Ｈ））：ノズル孔３３０、インク供給口３２０を形成したノズル基板３１０を振動板基板１１０に位置整合させ、エポキシ系接着剤を用いて接着し、インクジェットヘッドは完成する。
なお、本実施例では説明を省略したが、電極基板２１０の電位固定のための電極も形成しておくことはもちろんである。
【００２９】
（実施例２）
図６は、請求項１または２のインクジェットヘッドの第２の実施例を説明するための図で、図６（Ａ）は、図１（Ａ）のＣ−Ｃ線に相当する場所の断面図である。前述の第１の実施例では、電極基板２１０の貫通孔は多結晶シリコン２４０でのみ埋められていたが、以下で説明する第２の実施例では多結晶シリコン２４０に加え酸化膜２４１で埋め込まれている。動作としては、第１の実施例と同様に対向電極２２０、第２導電型多結晶シリコン２４０、メタル２５０が導通していて、外部からメタル２５０にパット接続することにより対向電極２２０の電位がとられる。
【００３０】
図７は、図６の構成のインクジェットヘッドを形成するための電極基板の製造工程を説明するための断面図であり、製造工程を工程順に従って（Ａ）〜（Ｃ）にて示す。
【００３１】
工程（Ａ）（図７（Ａ））：電極基板２１０用ウエハとして厚さ４００μｍ程度のｐ型（１１０）シリコンウエハを用て、基板２１０の第１表面（裏面）に約２００ｎｍの熱酸化膜２６０からなるエッチングマスクを形成したのち、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）にてシリコンの異方性エッチングを行ない電極基板２１０に孔２１１を開ける。本実施例において基板２１０はｐ型のものを用いたが、ｎ型基板を用いることも可能である。また、エッチングマスクは、第１の実施例と同様に、熱酸化膜を成長後フォトリソ・エッチングを行うことにより形成する。
【００３２】
工程（Ｂ）（図７（Ｂ））：工程（Ａ）で孔２１１を開けたシリコン基板２１０に、マスクに用いた酸化膜２６０を除去した後、ＣＶＤ法によりリンドープの多結晶シリコン２４０を成長させ、続いてＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  ｏｎ  ＧｌＡｓｓ）２４１をスピンコートし、続いてキュアーする。ｎ型基板を用いた時にはリンドープ多結晶シリコンの代わりにボロンドープの多結晶シリコンを成長させる。
【００３３】
工程（Ｃ）（図７（Ｃ））：第１表面（裏面）については、ＳＯＧ２４１および多結晶シリコン２４０を研磨によって除去する。第２表面（表面）については多結晶シリコン層２４０を研磨で除去し、続けてシリコン基板２１０を、埋め込まれた多結晶シリコン２４０が表面に現れるまで研磨する。
その後、第１の実施例と同様にギャップおよび対向電極形成、液室・振動板基板との張り合わせ、電極基板裏面のメタライゼーション、液室形成、ノズル張り付け等の工程を経て図６に示したインクジェットヘッドが完成する。このような構成および製造方法によると、第１の実施例に比べ多結晶シリコンの成長厚みを薄くすることが可能である。
【００３４】
（実施例３）
図８は、請求項１または２のインクジェットヘッドの第３の実施例を示すもので、図８は、図１（Ａ）のＣ−Ｃ線に相当する場所の断面図である。第２の実施例との違いは、多結晶シリコン２４０とメタル２５０とのコンタクト面積を増大するために、多結晶シリコン２４０を基板貫通孔部分だけでなく、基板裏面上にも設けたことである。
【００３５】
図９は、図８に示した構成のインクジェットヘッドを形成するための電極基板の製造工程を説明するための断面図であり、製造工程を工程順に従って（Ａ）〜（Ｄ）にて示す。
【００３６】
工程（Ａ）（図９（Ａ））：電極基板２１０用ウエハとして厚さ４００μｍ程度のｐ型（１１０）シリコンウエハを用い、その表面に約５００ｎｍの熱酸化膜からなるエッチングマスク２６０を形成したのち、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）にてシリコンの異方性エッチングを行ない電極基板２１０に孔２１１を開ける。本実施例において基板２１０はｐ型のものを用いたが、ｎ型基板を用いることも可能である。また、エッチングマスクは熱酸化膜を成長後、フォトリソ・エッチングにより形成する。
【００３７】
工程（Ｂ）（図９（Ｂ））：工程（Ａ）で孔２１１を開けたシリコン基板２１０に、マスクに用いた酸化膜２６０を除去した後、ＣＶＤ法によりリンドープの多結晶シリコン２４０を成長させ、続いてＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  ｏｎ  ＧｌＡｓｓ）２４１をスピンコートし、続いてキュアーする。ｎ型基板２１０を用いた時にはリンドープ多結晶シリコンの代わりにボロンドープの多結晶シリコンを成長させる。
【００３８】
工程（Ｃ）（図９（Ｃ））：表面（表面）については、ＳＯＧ２４１を研磨によって除去し、多結晶シリコン２４０は完全に除去せずに一部残しておく。第１表面（裏面）については多結晶シリコン層２４０およびシリコン基板２１０に埋め込まれた多結晶シリコン２４０が表面に現れるまで研磨する。
【００３９】
工程（Ｄ）（図９（Ｄ））：フォトリソ・エッチングにて、第１表面（裏面）の貫通孔周辺の所定領域に多結晶シリコン層２４０を残して、該多結晶シリコン２４０を除去する。その後、この第１表面が基板２１０の電極基板の裏面になるようにして、第１の実施例と同様にギャップ１５０および対向電極２２０の形成、液室・振動板基板１１０との張り合わせ、電極基板２１０の裏面のメタライゼーション２５０、液室１３０，１４０の形成、ノズル基板３１０の張り付け等の工程を経て図８に示したインクジェットヘッドが完成する。
【００４０】
なお、本実施例であげた電極基板裏面上に設けるコンタクト用の多結晶シリコン２４０は、図８に示した場所以外にも、例えば、図１０に示すように他の場所に設けることも可能である。
【００４１】
（実施例４）
図１１，図１２は、請求項１または２のインクジェットヘッドの第４の実施例を説明するための図で、ウエハサイズで振動板基板１１０、振動板１２０の対向電極２２０をなす電極基板２１０を加工、組立後に、個別のチップに切り出した状態を示している。図１１（Ａ）は平面図であり、図１２（Ａ）は図１１のＡ−Ａ線断面図、図１２（Ｂ）は図１１のＢ−Ｂ線断面図、図１２（Ｃ）は図１１のＣ−Ｃ線断面図である。
【００４２】
基本的な構成・動作は第１の実施例と同様である。第１の実施例との違いについて述べると、第１の実施例では、第２導電型多結晶シリコン２４０は、対向電極２２０と外部接続用パッドメタル２５０を電気的に接続するためにだけ形成されていて、その形成領域は対向電極２２０が形成されている領域に対して部分的であったのに対し、この第４の実施例では、第２導電型多結晶シリコン２４０が対向電極２２０が形成されるべき全領域にわたって形成され、対向電極２２０としても用いられているものである。
【００４３】
図１３は、第４の実施例のインクジェットヘッドを形成するための製造工程を説明するための図で、（Ａ）〜（Ｅ）の工程順に従って説明する。なお、各図の左側の図は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ線に相当する断面図、右側の図は、図１（Ａ）のＣ−Ｃ線に相当する断面図である。
【００４４】
工程（Ａ）（図１３（Ａ））：電極基板２１０用ウエハとして厚さ４００μｍ程度のｐ型（１１０）シリコンウエハを用い、その表面に約５００ｎｍの熱酸化膜２６０からなるエッチングマスクを形成した後、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）にてシリコンの異方性エッチングを行ない電極基板に貫通孔２１１を開ける（この時点ではエッチングマスクの酸化膜が残っているが後の工程で除去される）。
【００４５】
ＴＭＡＨを用いて（１１０）ウエハを異方性エッチすると、（１１１）面のエッチング速度が遅いために右側の図に示したように垂直にエッチングされる面と、左側の図に示したようにテーパがついてエッチングされる面の両方が現れる。右側の図のように隣接するビット間の壁が垂直な面になるようにすることにより、隣接するビット用の貫通孔を分離させて開けることができる。また、本実施例では貫通孔の基板表面での開口部のうち、テーパがついていることにより、長さが短くなっている方の開口が、のちに対向電極２２０となるようにあらかじめマスクを作成する。基板の導電型、厚みはこれに限ったものではない。
【００４６】
工程（Ｂ）（図３（Ｂ））：工程（Ａ）で貫通孔２１１を開けたシリコン基板２１０上に、マスクに用いた酸化膜２６０を除去した後に、ＣＶＤ法によりリンドープの多結晶シリコン２４０を成長させる。工程（Ａ）で開けた貫通孔２１１の短手方向の幅の概ね１／２の膜厚を成長させることにより、貫通孔２１１は多結晶シリコン２４０で埋められる。リンドープの方法に関しては第１の実施例と同様である。
【００４７】
工程（Ｃ）（図１３（Ｃ））：シリコン基板表面に成長した多結晶シリコン２４０を研磨によって除去する。
工程（Ｄ）（図１３（Ｄ））：工程（Ｃ）において表面に成長した多結晶シリコンを除去した基板表面に約５００ｎｍの熱酸化膜２６１を成長させたのち、フォトリソ・エッチング技術を用いて対向電極２２０上の酸化膜を開口させ、ギャップ１５０を形成する。本実施例ではギャップ１５０は電極基板２１０側に形成したが、液室・振動板基板側に形成してもよい。
【００４８】
工程（Ｅ）（図１３（Ｅ））：工程（Ｄ）でギャップ１５０が形成された電極基板２１０と液室・振動板基板１１０を直接接合法を用いて張り合わせたのち、電極基板２１０の裏面に第２導電型多結晶シリコン２４０に整合させてコンタクトホールを開口し、外部接続用パッドメタル２５０形成、パッシベーション膜２７０の成膜、パット開口を行う。
【００４９】
コンタクトホール形成以降の工程は通常半導体プロセスで用いられているようなフォトリソ・エッチング工程によってなされる。後述する液室形成後やノズル張り付け後にこれらの工程のすべてまたは１部を行うことも可能である。その後、第１の実施例と同様に液室形成、ノズル張り付けを行い本実施例のインクジェットヘッドは完成する。なお、本実施例では説明を省略したが、電極基板２１０の電位固定のための電極も形成しておくことはもちろんである。
【００５０】
（実施例５）
図１４は、請求項３または４のインクジェットヘッドの構成を説明するための図で、ウエハサイズで振動板基板１１０、振動板１２０の対向電極２２０をなす電極基板２１０を加工、組立後に個別のチップに切り出した状態を示している。図１４（Ａ）はヘッドの主要部をノズル側から見たときの平面図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図１４（Ｃ）は図１４（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図、図１４（Ｄ）は図１４（Ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【００５１】
振動板基板１１０は、例えば、（１００）面もしくは（１１０）面を基板表面に有するＳｉウエハからなり、そのＳｉウエハを加圧液室の形状に合わせて溝加工し、板厚５μｍの振動板１２０を構成している。振動板１２０の対向電極２２０が形成されている電極基板２１０は、本実施例においては、（１１０）面を基板表面に有するシリコン基板からなり、その電極基板２１０には、振動板１２０に対向させた位置に対向電極２２０が配置され、振動板１２０とその対向電極２２０間には微小間隔１５０を確保してある。電極基板２１０中に絶縁膜（酸化膜）２６４を介して多結晶シリコン２４０が形成されていて、さらに多結晶シリコン２４０は対向電極２２０の位置に整合させて配置されている。その多結晶シリコン２４０を介して、電極基板２１０の表面にある対向電極２２０の電位を電極基板２１０の裏面に引出している。さらに、電極基板２１０の裏面には多結晶シリコン２４０に接続するように外部接続用パッドメタル２５０が形成されている。
【００５２】
本実施例の構造によると多結晶シリコン２４０と電極基板２２０の間は絶縁膜（酸化膜）２６４で絶縁されているため、絶縁耐圧が高く、リーク電流も少なく、信頼性の高い分離が可能となっている。これらの構成の振動板基板１１０と電極基板２１０は直接接合などにより張り合されており、さらにはインク供給口３２０とインク突出口であるノズル孔３３０を形成したノズル基板３１０を振動板基板１１０上に張り合わされている。
【００５３】
図１５は、図１４の構成のインクジェットヘッドを形成する製造工程を説明するための図で、各図とも図１４（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図で、製造工程を工程順に従って（Ａ）〜（Ｅ）に示す。
【００５４】
工程（Ａ）（図１５（Ａ））：電極基板２１０作成用ウエハとして厚さ４００μｍ程度のｐ型（１１０）シリコンウエハを用い、その表面に約５００ｎｍの熱酸化膜２６０からなるエッチングマスクを形成した後、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）にてシリコンの異方性エッチングを行ない電極基板に貫通孔２１１を開ける（この時点ではエッチングマスクの酸化膜が残っているが後の工程で除去される）。なお、本発明において基板はｐ型のものを用いたが、ｎ型基板を用いることも可能である。また、基板の厚みも前述した値に限ったものではない。また、本実施例では基板に貫通孔を開けたが、完全に貫通させるのではなく、シリコン層を残しておいても良い。
【００５５】
工程（Ｂ）（図１５（Ｂ））：工程（Ａ）で貫通孔２１１を開けたシリコン基板２１０上に、エッチングマスクに用いた酸化膜を除去した後に、熱酸化により約５００ｎｍのシリコン酸化膜２６４を成長させ、続いてＣＶＤ法により多結晶シリコン２４０を成長させる。工程（Ａ）で開けた貫通孔２１１の短手方向の幅の概ね１／２の膜厚を成長させることにより、貫通孔は多結晶シリコンで埋められる。
【００５６】
工程（Ｃ）（図１５（Ｃ））：シリコン基板２１０の表面に成長した多結晶シリコン層２４０および絶縁膜２６４を研磨によって除去する。なお、本実施例においては研磨により基板表面の多結晶シリコン層および絶縁膜層を除去したが、エッチングによって除去しても良い。また、工程（Ａ）で完全に貫通孔を開けるのではなくシリコン層を残しておいた場合には、この時点（もしくは後の工程で）残っていたシリコン層も除去することにより、貫通孔を開けた場合と同様の構造を得ることができる。
【００５７】
工程（Ｄ）（図１５（Ｄ））：工程（Ｃ）において表面に成長した多結晶シリコンを除去した基板表面に約９００ｎｍの熱酸化膜２６１を成長させたのち、フォトリソ・エッチング技術を用いて対向電極の形成される部分の酸化膜を開口させ、ギャップ１５０を形成する。本実施例ではギャップは電極基板側に形成したが、液室・振動板基板側にギャップ形成してもよい。
【００５８】
工程（Ｅ）（図１５（Ｅ））：工程（Ｄ）でギャップ形成を行った電極基板２１０上に３００ｎｍの熱酸化膜（絶縁膜）２６５を成長させ、続いて電極基板に埋め込まれた多結晶シリコン２４０に整合させてコンタクトホール開口を行い、コンタクトホールにて多結晶シリコン２４０に接続するようにＷＳｉ／ｐｏｌｙ−Ｓｉからなる対向電極２２０を形成する。コンタクトホール形成はフォトリソ・エッチング技術によってなされ、また、ＷＳｉ／ｐｏｌｙ−Ｓｉからなる対向電極の形成はＣＶＤ法にてｐｏｌｙ−Ｓｉを成長後にスパッタもしくはＣＶＤ法によりＷＳｉを成膜し、続いてフォトリソ・エッチングを行うことにより形成される。このとき対向電極上に酸化膜等のキャップを設けることも可能である。
以後は、実施例１と同様な工程で、液室・振動板基板と接合し、電極基板裏面のメタライゼーションを行い、エッチングにて液室形成を行い、ノズル基板を張り付けることにより、実施例５のインクジェットヘッドが完成する。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１のインクジェットヘッドは、電極基板の電極を電極基板内に埋め込まれた多結晶シリコンを通して電極基板裏側に取出すことで、電極基板裏側で電圧印加に必要な実装ができるので、インクジェットヘッドに必要なチップの表面積が小さくなり低価格化が可能となる。また、実装表面上部に積層するものが無いので、実装が容易に出来る。製造工程に関しても、単結晶シリコンのエッチング、多結晶シリコンの成長および基板研磨またはエッチバックという、半導体プロセスで一般的に行われている工程を用いて製造可能であるため、微細化にも有利であり歩留まりや信頼性も高い。また、電極基板裏面の形状も平坦であり、材料の耐熱温度も高いために、その後の工程での制約が生じない。
【００６０】
請求項２のインクジェットヘッドでは、（１１０）シリコンウエハを電極基板として用いるので、異方性ウェットエッチング技術を用いた時に、（１１０）面と比較してエッチングレートが遅く、停止面として機能する（１１１）面が、基板表面に対して垂直になるため、請求項１のインクジェットヘッドをより高密度、高精度に形成することが可能となる。
【００６１】
請求項３のインクジェットヘッドは、電極基板と電極基板内に埋め込まれた多結晶シリコン領域が絶縁体で分離されているため、絶縁耐圧が高く、リークも少ない、高信頼性の分離が可能となる。また、対向電極の電位も両極性が使え振動制御性がより広がる。
【００６２】
請求項４のインクジェットヘッドでは、（１１０）シリコンウエハを電極基板として用いるので、異方性ウェットエッチング技術を用いた時に、（１１０）面と比較してエッチングレートが遅く停止面として機能する（１１１）面が、基板表面に対して垂直になるため、請求項３のインクジェットヘッドをより高密度、高精度に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１および２のインクジェットヘッドの構成を示す図である。
【図２】本発明のインクジェットヘッドのパッド取り出し部分のレイアウトについて概略を示す図である。
【図３】図１の構成のインクジェットヘッドを形成する製造工程を説明するための要部断面概略図である。
【図４】図１の構成のインクジェットヘッドを形成する製造工程を説明するための要部断面概略図である。
【図５】図１の構成のインクジェットヘッドを形成する製造工程を説明するための要部断面概略図である。
【図６】請求項１または２のインクジェットヘッドの第２の実施例を説明するための図である。
【図７】図６の構成のインクジェットヘッドを形成するための電極基板の製造工程を説明するための断面図である。
【図８】請求項１または２のインクジェットヘッドの第３の実施例を説明するための図である。
【図９】図８に示した構成のインクジェットヘッドを形成するための電極基板の製造工程を説明するための断面図である。
【図１０】図８に示したインクジェットヘッドの変形例を示す要部断面図である。
【図１１】請求項１または２のインクジェットヘッドの第４の実施例を説明するための図である。
【図１２】請求項１または２のインクジェットヘッドの第４の実施例を説明するための図である。
【図１３】第４の実施例のインクジェットヘッドを形成するための製造工程を説明するための図である。
【図１４】請求項３または４のインクジェットヘッドの構成を説明するための図である。
【図１５】図１４の構成のインクジェットヘッドを形成する製造工程を説明するための図である。
【図１６】特開平７−１２５１９６号公報に開示されたインクジェットヘッドの一例を説明するための要部断面図である。
【図１７】特開平５−１６９６６０号公報に開示されたインクジェットヘッドの一例を説明するための要部断面図である。
【図１８】特開平７−１２５１９５６号公報の一例を説明するための要部断面図である。
【符号の説明】
１１０…振動板基板、１２０…振動板、１３０…個別液室、１４０…共通液室、１５０…ギャップ、１６０…流路、２１０…電極基板、２２０…対向電極、２４０…多結晶シリコン、２５０…パッドメタル、２６１…絶縁膜、２７０…パッシベーション膜、３１０…ノズル基板、３２０…インク供給口、３３０…ノズル孔。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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