JP2002067314A

JP2002067314A - 液滴吐出ヘッド

Info

Publication number: JP2002067314A
Application number: JP2000260704A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Yamanaka; 邦裕山中
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2002-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度の振動板を得られない。【解決手段】振動板１０を高濃度ボロンドープシリコ
ン層２３で形成し、この高濃度ボロンドープシリコン層
２３は吐出室６側表面のボロン濃度が５＊１０¹⁹（ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ³）以上で、且つ、ボロン濃度が吐出室６
側表面から振動板厚さ方向に０．１μｍの位置で吐出室
６側表面の１．２倍以上になる濃度勾配を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液滴吐出ヘッドに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プ
ロッタ等の画像記録装置或いは画像形成装置として用い
るインクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘ
ッドであるインクジェットヘッドとしては、インク滴を
吐出するノズルと、このノズルが連通する液室（加圧液
室、圧力室、吐出室、インク流路等とも称される。）
と、液室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向
する電極とを備え、振動板を静電力で変形変位させて液
室インクを加圧することによってノズルからインク滴を
吐出させる静電型インクジェットヘッドがある。

【０００３】このような静電型インクジェットヘッドに
おいては、振動板の機械的変位特性はインク摘吐出特性
に大きく影響し、振動板の薄膜化、高精度化が必要にな
るとともに、振動板と電極との間の微小ギャップを高精
度に確保しなければならない。

【０００４】そこで、従来の静電型インクジェットヘッ
ドにあっては、特開平６−２３９８６号公報、特開平６
−７１８８２号公報、特開平９−２６７４７９号公報な
どに記載されているように、振動板を形成するシリコン
基板にボロンを拡散した高濃度ボロンシリコン層（高濃
度Ｐ型不純物シリコン層）を形成し、このシリコン基板
を電極を設けた基板と貼り合わせた後、異方性エッチン
グすることにより、高濃度ボロンシリコン層でエッチン
グストップすることから、高濃度ボロンシリコン層によ
る振動板を形成するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した高
濃度ボロンエッチングストップ層の形成には、板状の拡
散源（ＢＮやＢ₂Ｏ₃）を用いた固体拡散法、ＢＢｒ₃を
用いた気相拡散法、イオン注入法、Ｂ₂Ｏ₃を有機溶媒に
分散させウエハ上にスピンコートする塗布拡散法などが
あるが、これらの拡散法では、基板表面（電極基板と貼
り合わせた場合、電極側）からボロンを拡散するため、
振動板の厚さ方向でボロンの濃度分布は、吐出室と逆側
に高濃度領域（ピーク）が位置しやすく、吐出室側のエ
ッチングストップ領域でのボロンの濃度勾配が緩やかに
なりやすい。

【０００６】しかしながら、振動板厚の薄膜化に伴って
非常に高精度な板厚の制御が要求されるようになってお
り、上述のようにエッチングストップ領域でのボロンの
濃度勾配が緩やかであると、板厚やエッチング（エッチ
ャントの流れ、温度ムラなど）に影響し、振動板を高精
度に厚み制御して形成することができず、振動板の板厚
がばらついてインク滴吐出特性にバラツキが生じるとい
う課題がある。

【０００７】また、静電型インクジェットヘッドにおい
ては、駆動時に電極とのショート及び帯電を抑制するた
めに、振動板の吐出室側と逆側（電極基板と貼り合わせ
た場合は電極側）のシリコン面を酸化して絶縁膜であ
るシリコン酸化膜を形成するようにしている。

【０００８】しかしながら、上述した従来の静電型イン
クジェットヘッドにあっては、吐出室と逆側に高濃度領
域（ピーク）が位置するため、形成されるシリコン酸化
膜にはボロンもしくはボロンの酸化物が含まれ、そのシ
リコン酸化膜は帯電しやすく、絶縁破壊耐圧が低くなる
という課題がある。

【０００９】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、高精度、高密度及び高信頼性の液滴吐出ヘッド
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板が高濃度Ｐ
型不純物シリコン層からなり、この高濃度Ｐ型不純物シ
リコン層は、吐出室側表面のＰ型不純物濃度が５＊１０
¹⁹（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）以上で、且つ、Ｐ型不純物の
濃度が吐出室側表面から振動板厚さ方向に０．１μｍの
位置で吐出室側表面の１．２倍以上になる濃度勾配を有
している構成としたものである。

【００１１】また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振
動板が高濃度Ｐ型不純物シリコン層からなり、この高濃
度Ｐ型不純物シリコン層は吐出室側と反対側表面のＰ型
不純物濃度が５＊１０¹⁸（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）を超え
ない構成としたものである。

【００１２】ここで、振動板の吐出室側と反対側表面に
はシリコン酸化膜を形成することが好ましい。

【００１３】上記各本発明に係る液滴吐出ヘッドにおい
て、Ｐ型不純物がボロンであることが好ましい。また、
ボロンが注入エネルギー３００ｋｅＶ以上のイオン注入
法を用いてドープされていることが好ましい。さらに、
ボロンがラピッドサーマルアニール法を用いて拡散及び
電気的活性化されていることが好ましい。また、液滴吐
出ヘッドとしては振動板と対向する電極を有し、振動板
を静電力で変形変位させて液滴を吐出させるものである
ことが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。本発明に係る静電型インクジ
ェットヘッドの一例について図１乃至図４を参照して説
明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２
は同ヘッドの透過状態で示す上面説明図、図３は同ヘッ
ドの振動板長手方向に沿う模式的断面説明図、図４は同
ヘッドの振動板短手方向に沿う模式的断面説明図であ
る。

【００１５】このインクジェットヘッドは、第一シリコ
ン基板（第１基板）である流路基板１と、流路基板１の
下側に設けた第二シリコン基板（第２基板）である電極
基板３と、流路基板１の上側に設けた第三基板であるノ
ズル板４とを重ねて接合した積層構造体であり、これら
により、複数のノズル５、各ノズル５が連通するインク
流路である吐出室６、吐出室６に流体抵抗部７を介して
連通する共通インク室８などを形成している。

【００１６】流路基板１には、シリコン基板（第一シリ
コン基板）を用いて、吐出室６及びこの吐出室６の底部
となる壁面を形成する振動板１０、各吐出室６を隔てる
隔壁を形成する凹部、共通インク室８を形成する凹部な
どを形成している。この流路基板１の全面を熱酸化する
ことにより、振動板１０の吐出室側と反対側表面（この
ヘッドでは電極基板側表面）に絶縁膜としてのシリコン
酸化膜１１を０．０５μｍ厚みで成膜し、インクジェッ
ト駆動時の絶縁破壊、ショートを防止している。

【００１７】振動板１０は、アルカリによるＳｉエッチ
ングにおいて高濃度Ｐ型不純物領域でエッチングレート
が非常に小さくなることを利用して形成している。すな
わち、流路基板１となるシリコン基板に振動板となる高
濃度Ｐ型不純物層である高濃度ボロンドープシリコン層
を所望の振動板厚さに作製できる位置に形成し、このシ
リコン基板をアルカリ異方性エッチングすることで、吐
出室６、共通吐出室８などを形成する際に、高濃度ボロ
ンドープシリコン層（高濃度Ｐ型不純物層）が露出した
時点でエッチングレートが極端に小さくなるので、吐出
室６、共通吐出室８及び高精度に板厚制御された振動板
１０を形成することができる。なお、高濃度Ｐ型不純物
としては、ボロンの他、ガリウム、アルミニウム等も用
いることができる。

【００１８】ここで、振動板１０を形成する高濃度Ｐ型
不純物シリコン層は、吐出室６側表面のＰ型不純物濃度
が５＊１０¹⁹（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）以上で、且つ、Ｐ
型不純物の濃度が吐出室６側表面から振動板厚さ方向に
０．１μｍの位置で１．２倍以上になる濃度勾配を有し
ている。これにより、高濃度Ｐ型不純物の濃度勾配が急
峻になり、高精度に厚み制御された振動板１０を形成す
ることができる。

【００１９】また、振動板１０を形成する高濃度Ｐ型不
純物シリコン層は電極側表面（吐出室６と反対の面）の
Ｐ型不純物濃度が５＊１０¹⁸（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）以
下である。このようにシリコン酸化膜１１を形成する表
面のＰ型不純物濃度が５＊１０¹⁸（ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ³）以下であることにより、シリコン酸化膜１１への
Ｐ型不純物の拡散を低減することができ、シリコン酸化
膜１１の帯電性を低くして、絶縁破壊耐圧性を向上する
ことができる。

【００２０】電極基板３には、シリコン基板（第二シリ
コン基板）を用いて、熱酸化法などで厚さ２μｍのシリ
コン酸化膜１２を形成し、シリコン酸化膜１２上に低融
点ガラス層１３が０．１μｍ形成されている。この低融
点ガラス層１３を形成したシリコン酸化膜１２に深さ
０．４μｍの凹部１４を形成して、この凹部１４の底面
に振動板１０に所定のギャップ１６を置いて対向する電
極１５を形成し、この電極１５と振動板１０によって、
振動板１５を変位させて吐出室６の内容積を変化させる
アクチュエータ部を構成している。

【００２１】ここでは、電極１５は凹部１４内に窒化チ
タンを０．１μｍの厚さにスパッタし、この窒化チタン
を電極形状にパターン化して形成している。したがっ
て、このヘッドにおいては、電極基板３と流路基板１と
を接合した後のギャップ１６の長さ（振動板１０と電極
１５との間隔）は、０．３μｍとなっている。なお、電
極１５は、窒化チタンに代えて、ドープドポリシリコン
やタングステンなどの高融点金属を用いることもでき
る。さらに、電極１５は電極基板３の端部付近まで延設
して外部駆動回路と接続手段を介して接続するためのリ
ード部１５ａ及び電極パッド部１５ｂを形成している。

【００２２】また、電極１５の表面は電極パッド部１５
ｂを除き０．１μｍ厚さのシリコン酸化膜などを被膜し
て絶縁層１７を形成し、インクジェットヘッド駆動時の
絶縁破壊やショートが起こるのを防止するようにしてい
る。なお、電極基板３は硼珪酸ガラスなどのガラス基板
又はニッケル及びその合金などを材料を用いた電極が形
成されたガラス電極基板であっても良い。

【００２３】さらに、ノズル板４は、厚さ５０μｍのコ
バール（Ｆｅ２９−Ｎｉ−１７Ｃｏ）基板を用いて、ノ
ズル５、液体抵抗部７及び共通吐出室８へ外部からイン
クを供給するためのインク供給口１９を形成している。

【００２４】このインクジェットヘッドにおいては、電
極１５に駆動回路（ドライバＩＣ）によって０Ｖから３
５Ｖのパルス電位を印加し、電極１５の表面がプラスに
帯電すると、対応する振動板１０の下面はマイナス電位
に帯電する。したがって、振動板１０は静電気の吸引作
用により下方へ撓む。次いで、電極１５の電位をＯＦＦ
にすると、振動板１０は復元する。これにより、加圧室
６内の圧力が急激に上昇し、ノズル５よりインク滴が吐
出される。次に、振動板１０が再び電極１５側へ撓むこ
とにより、インクが共通吐出室８より流体抵抗部７を通
じて加圧室６内に補給される。

【００２５】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
の製造過程の一例について図５乃至図８を参照して説明
する。まず、図５（ａ）に示すように、（１１０）を面
方位とする厚さ５００μｍの低抵抗Ｐ型シリコン基板２
１にバッファ酸化膜２２を２００Åの厚さでを形成す
る。

【００２６】その後、同図（ｂ）に示すように、高濃度
ボロンドープシリコン層２３を形成する。すなわち、イ
オン注入法により、ボロンを注入エネルギー：１Ｍｅ
Ｖ、注入ドーズ：１Ｅ１５／ｃｍ²でドープする。この
ようにイオン注入エネルギーを制御することにより、高
濃度ボロンドープシリコン層２３のピーク濃度の位置を
制御する。

【００２７】そして、ラピッドサーマルアニール法を用
いてボロンの活性化及び拡散を行う。すなわち、ランプ
光源にシリコン基板２１の吸収波長に近い短波長（１μ
ｍ程度）のアークランプを用いたランプアニール装置に
て、１１００℃、６０ｓｅｃのアニールを行うことによ
り、注入されたボロンの電気的に活性化及び拡散が行わ
れる。高温短時間熱処理であるラピッドサーマルアニー
ル法を用いることにより、効率良くボロンの活性化をし
拡散を抑制することができる。

【００２８】なお、このようなラピッドサーマルアニー
ルの後、例えば９００℃で３０ｍｉｎなどのファーネス
アニールを追加してボロンの拡散を行うことにより、後
工程での熱処理でのボロンの再分布を抑制し、濃度分布
の制御性を向上させることができる。また、ここでは、
ランプアニール装置のランプ光源にアーランプを用いた
が、タングステンハロゲンランプなどの光源を用いても
良い。

【００２９】このようにして得られた高濃度ボロンドー
プシリコン層２３は、ファーネスアニールを追加しない
場合、図６に実線ａで示すように、基板表面（後に電極
側表面）が３＊１０¹⁸（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）で、基板
表面から１．８μｍ程の深さ位置にピーク濃度を持ち、
基板表面から深さ２μｍのボロン濃度は５＊１０¹⁹（ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ³）であり、深さ１．９μｍのボロン濃
度は６．７５＊１０¹⁹（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）あった。

【００３０】すなわち、この高濃度ボロンドープシリコ
ン層２３は、振動板厚さ２μｍに制御するとき、吐出室
６側表面のボロン濃度が５＊１０¹⁹（ａｔｏｍｓ／ｃｍ
³）以上で、且つ、ボロンの濃度が吐出室６側表面から
振動板厚さ方向に０．１μｍの位置（上記基板表面から
１．９μｍの位置）で１．２倍以上の６．７５＊１０ ¹⁹
（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）になる濃度勾配を有している。
また、電極側表面（上記基板表面）のボロン濃度が５＊
１０¹⁸（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）以下である３＊１０
¹⁸（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）となっている。

【００３１】なお、前述したファーネスアニール処理を
追加した場合のボロンのプロファイルは図６に一点鎖線
ｂで示すようになった。

【００３２】図５に戻って、同図（ｃ）に示すようにバ
ッファ酸化膜２１を除去した後、同図（ｄ）に示すよう
にシリコン基板２１全面を酸化して、高濃度ボロンドー
プシリコン層２３の表面（電極側表面となる）にシリコ
ン酸化膜１１を形成する。ここでは、酸化条件をＯ₂ガ
ス６ｓｃｃｍ、Ｈ₂ガス９ｓｃｃｍ、８５０℃、６０分
で行い、その結果、約５００Å厚さのシリコン酸化膜１
１を形成した。このシリコン酸化膜１１がインクジェッ
ト駆動時の絶縁破壊、ショート、帯電を抑制することは
前述したとおりである。

【００３３】次に、図７を参照して、上述したように高
濃度ボロンドープシリコン層２３及びシリコン酸化膜２
２を形成した流路基板１となるシリコン基板２１を、同
図（ａ）に示すように、シリコン酸化膜２２側を接合面
として、凹部１４、電極１５などを形成した電極基板３
上に直接接合する。

【００３４】この場合、電極基板３の接合しろは低融点
ガラス１３であるため、８００℃以下での接合が可能で
あるので、ここでは、減圧下においてプリボンドしたも
のを、８００℃、３０分の熱処理をすることにより直接
接合した。

【００３５】なお、ここで、電極基板３はシリコン基板
ではなく、ガラス基板を用いた場合の接合方法について
簡単に説明する。電極１５を形成する基板として、精度
良く両面を研磨した硼珪酸ガラス（例えばコーニング
社、商品名：７７５０等）を使用して、周知のフォトリ
ソグラフィー技術を用いて電極１５を形成するためのレ
ジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクと
して、弗化水素水溶液などを用いて硼珪酸ガラスに電極
１５を形成するための溝（凹部）１４を形成する。

【００３６】このときの溝１４の掘り込み量は電極材料
の厚さと、電極１５と振動板１０との間に必要な空間量
を足した分だけ掘り込むことになる。もちろんプラズマ
エッチング装置などのドライエッチングにより溝１４を
形成しても良い。レジスト除去後、溝１４の底面にメタ
ル（例えば、ニッケル合金）を堆積させ、このメタルを
エッチングなどの手法を用いて電極形状にパターニング
することにより電極１５を形成する。

【００３７】そして、このようにしてできた電極基板３
に流路基板１となるシリコン基板２１を静かに接合さ
せ、４００℃に加熱した後、シリコン基板２１のシリコ
ンウェハ側に正電圧を印加、硼珪酸ガラス側に負電位を
与えることにより、陽極接合を行う。このとき、シリコ
ン基板のシリコンウェハ側に定電圧（５００Ｖ）を印加
する代わりに、パルス電圧を印加しても良い。この接合
は、電流を観察し、接合時電流がピークに達した後１０
分間保持し、電圧の印加を解除した後、炉冷することに
より完了する。

【００３８】図７に戻って、同図７（ｂ）に示すよう
に、厚さ５００μｍのシリコン基板２１を厚さ１００μ
ｍまで研磨によって薄くする。続いて、同図（ｃ）に示
すように、接合した電極基板３及びシリコン基板２１の
全面にＬＰ−ＣＶＤによりシリコン窒化膜２４を形成す
る。

【００３９】そして、シリコン基板２１上のシリコン窒
化膜２４上にレジストをコートし、露光、現像により吐
出室６や共通吐出室８などの形状のレジストパターンを
形成する。このとき、電極基板３の電極１５と吐出室６
のパターンの位置が一致するようにＩＲ光によりアライ
メントする。次に、同図（ｄ）に示すように、レジスト
の開口部のシリコン窒化膜２４をドライエッチによりエ
ッチング除去した後、レジストを除去して、シリコン窒
化膜２５のマスクパターンを形成する。

【００４０】次に、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）
を１．５ｖｏｌ％添加した３０ｗｔ％の水酸化カリウム
水溶液によって温度８５℃にてシリコン基板２１の異方
性エッチングを行う。このエッチング液では結晶面方位
（１１０）のシリコン基板２１のエッチングは１．５μ
ｍ／分の速さで進行する。エッチングが進行し高濃度ボ
ロンドープシリコン層２３に達すると、エッチレートは
低下する。エッチングが進むにつれてボロン濃度が高く
なっていくので、ボロン濃度に対応してエッチレートが
低下する。ボロン濃度に対するエッチングレートの関係
は図８に示すようになる。

【００４１】この場合、エッチングは時間で管理した。
すなわち、厚さ１００μｍの低濃度ボロンドープの結晶
面方位（１１０）のシリコン基板２１が貫通するエッチ
ング時間より３０分長い時間、つまりオーバーエッチン
グ時間を３０分に設定した。ＩＰＡを添加した３０ｗｔ
％のＫＯＨ、８５℃では、厚さ１００μｍの結晶面方位
（１１０）のシリコン基板は８０分で貫通したので、エ
ッチング時間を１１０分に設定した。エッチング終了時
にはエッチレート比は１／１５０に低下しており、図７
（ｅ）に示すように、高濃度ボロンドープシリコン層２
３からなる厚さ２μｍの振動板１０が得られ、同時に吐
出室６も形成された流路基板１が得られる。

【００４２】以上のようにして得られた振動板１０の厚
さ（板厚）制御は非常に良く、ウエハ面内でのバラツキ
3σは２±０．０４μｍであった。このバラツキ3σ（板
厚のバラツキ）のほとんどはボロン層の形成時に生じる
もので、板厚やエッチング（エッチャントの流れ、温度
ムラなど）に起因するバラツキ3σは、図９に実線ａで
示すようにエッチングストップ領域での急峻なボロン濃
度プロファイルの存在によって軽減されている。

【００４３】ここで、ボロンストップ領域（シリコン基
板の電極側表面＝基板表面から１．９μｍ〜２μｍ深
さ）のボロン濃度勾配と振動板板厚のバラツキ3σを調
べたところ、基板表面から深さ２μｍのボロン濃度は５
＊１０¹⁹（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）であり、深さ１．９μ
ｍのボロン濃度は６＊１０¹⁹（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）で
ある（図９に一点鎖線ｂで示すように、０．１μｍ異な
る深さで、濃度１．２倍）を持つサンプルで、板厚のバ
ラツキが3σで±０．０５μｍを実現することができ
た。これにより、インクジェットヘッドの高集積化によ
って板厚が１μｍという薄い振動板が要求される場合で
も、板厚のバラツキを3σで５％が可能になる。

【００４４】これに対して、比較例として、同図に二点
鎖線ｃで示すように、ボロンを１００ｋｅＶ、２Ｅ１６
（／ｃｍ²）で注入し、１０５０℃、４ｈｒのアニール
にて形成したボロンストップ領域のボロン濃度プロファ
イルのサンプルでは、振動板板厚のバラツキは3σで±
０．０８μｍであった。

【００４５】なお、板厚が１μｍの振動板１０を高精度
に形成するためには、上述したボロンの注入エネルギー
はピーク濃度をシリコン基板２１表面から深さ１．７μ
ｍ前後（図６参照）に位置させるために３００ｋｅＶ以
上にすることが好ましい。

【００４６】次に、高濃度ボロンドープシリコン層から
なる振動板１０の電極側表面に形成するシリコン酸化膜
１１について、酸化するシリコン基板２１のボロン濃度
とシリコン酸化膜１１の帯電性、及び絶縁破壊耐圧に関
して試験した。ここでの、帯電性の評価は、あらかじめ
所定の電圧を印加した電極１５（実際には絶縁層１７表
面）をシリコン酸化膜１１（厚さ５００Å）に接触（接
触時間では３分間）させることにより帯電させ、シリコ
ン酸化膜１１表面の電位を測定して行った。

【００４７】帯電残留性評価試験結果を図１０に、絶縁
破壊耐圧評価試験結果を図１１に示している。これらの
試験結果から分かるように、帯電性、絶縁破壊耐性はシ
リコン酸化膜１１を形成するシリコン基板２１表面のボ
ロン濃度が高い程悪い傾向がある。絶縁破壊耐圧に関し
ては酸化膜厚の増加や電極１５上の酸化膜（絶縁層）１
７で対応することが可能であるが、帯電性を考慮する
と、シリコン酸化膜１１を形成するシリコン基板２１表
面のボロン濃度は５＊１０¹⁸（／ｃｍ³）以下にするこ
とが好ましいことが分かる。

【００４８】前述したように、高濃度ボロンドープシリ
コン層２３を用いたエッチングストップにより振動板１
０を形成するためには、エッチングストップ領域には高
濃度ボロン領域が必要であり、また振動板１０の電極１
５側表面にシリコン酸化膜１１を形成するには、前記の
ように５＊１０¹⁸（／ｃｍ³）以下の低濃度ボロン領域
が必要である。すなわち、全体として形成される振動板
１０は、吐出室６側から板厚方向（電極側）に向かっ
て、高濃度ボロン領域／低濃度ボロン領域／シリコン酸
化膜という構成にすることにより、高精度に厚み制御さ
れた耐帯電性、耐絶縁破壊性に優れた振動板とすること
ができる。

【００４９】なお、上記実施形態においては、振動板の
変位方向とインク滴吐出方向が同じになるサイドシュー
タタイプのインクジェットヘッドを例として説明した
が、振動板の変位方向とインク滴吐出方向が直交する方
向になる（この場合、第三基板は単なる蓋部材とな
る。）エッジシュータタイプのインクジェットヘッドに
おいても適用することができ、クロストークの低減、接
合面積を大きくすることができる。

【００５０】また、上記各実施形態においては本発明を
静電型インクジェットヘッドに適用した例で説明した
が、インク滴を吐出するインクジェットヘッド以外に
も、例えば液体レジストを吐出するための液滴吐出ヘッ
ドなどにも同様に適用することができる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る液滴
吐出ヘッドによれば、振動板が高濃度Ｐ型不純物シリコ
ン層からなり、この高濃度Ｐ型不純物シリコン層は、吐
出室側表面のＰ型不純物濃度が５＊１０¹⁹（ａｔｏｍｓ
／ｃｍ³）以上で、且つ、Ｐ型不純物の濃度が吐出室側
表面から振動板厚さ方向に０．１μｍの位置で１．２倍
以上になる濃度勾配を有している構成としたので、高精
度に振動板の厚さを制御することができ、滴吐出特性に
優れた信頼性の高いヘッドが得られる。

【００５２】本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、振
動板が高濃度Ｐ型不純物シリコン層からなり、この高濃
度Ｐ型不純物層の吐出室側と反対側表面のＰ型不純物濃
度が５＊１０¹⁸（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）を超えない構成
としたので、帯電性、絶縁破壊耐圧性に優れた振動板を
形成することができ、滴吐出特性に優れた高信頼性のヘ
ッドを得ることができる。

【００５３】ここで、振動板の吐出室側と反対側表面に
はシリコン酸化膜を形成することにより、帯電性、絶縁
破壊耐圧性に優れた振動板を得ることができる。

【００５４】上記各本発明に係る液滴吐出ヘッドにおい
て、Ｐ型不純物としてボロンを用いることにより、高濃
度Ｐ型不純物層の形成を容易に行うことができる。ま
た、ボロンを注入エネルギー３００ｋｅＶ以上のイオン
注入法を用いてドープすることで、容易に、高濃度領域
(ピーク)を基板表面から深いエッチストップ位置に近い
位置に形成して、エッチストップ領域で急峻なボロン濃
度プロファイルを持たせ、或いは、吐出室側と反対面の
濃度を低濃度に抑えることができる。

【００５５】また、ボロンをラピッドサーマルアニール
法を用いて拡散及び電気的活性化することで、ボロンの
電気的活性化を効率的に行い、かつ拡散を抑制すること
により、急峻なプロファイルや吐出室側と反対面の濃度
を低濃度に抑えることが容易になる。

【００５６】さらに、振動板と対向する電極を有し、振
動板を静電力で変形変位させて液滴を吐出させる構成に
することで、高信頼性のヘッドを得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電型インクジェットヘッドの分
解斜視説明図

【図２】同ヘッドの透過状態で示す上面説明図

【図３】同ヘッドの振動板長手方向に沿う模式的断面説
明図

【図４】同ヘッドの振動板短手方向に沿う模式的断面説
明図

【図５】同ヘッドの流路基板の製造工程の説明に供する
説明図

【図６】図５（ｃ）の段階における高濃度ボロンドープ
シリコン層の濃度分布図

【図７】同ヘッドの製造工程の説明に供する説明図

【図８】ボロン濃度に対するエッチングレートの関係の
説明に供する説明図

【図９】エッチングストップ領域でのボロン濃度プロフ
ァイルの異なる例を説明する説明図

【図１０】振動板の帯電残留性評価試験結果の説明に供
する説明図

【図１１】振動板の絶縁破壊耐圧評価試験結果の説明に
供する説明図

【符号の説明】

１…流路基板、３…電極基板、４…ノズル板、５…ノズ
ル、６…吐出室、１０…振動板、１１…シリコン酸化
膜、１２…酸化膜、１３…低融点ガラス層、１５…電
極、２１…シリコン基板、２３…高濃度ボロンドープシ
リコン層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液滴を吐出するノズルと、このノズルが
連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板
と、この振動板を変形変位をさせることで前記ノズルか
ら液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動
板が高濃度Ｐ型不純物シリコン層からなり、この高濃度
Ｐ型不純物シリコン層は、吐出室側表面のＰ型不純物濃
度が５＊１０¹⁹（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）以上で、且つ、
Ｐ型不純物の濃度が吐出室側表面から振動板厚さ方向に
０．１μｍの位置で吐出室側表面の１．２倍以上になる
濃度勾配を有していることを特徴とする液滴吐出ヘッ
ド。
【請求項２】液滴を吐出するノズルと、このノズルが
連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板
と、この振動板を変形変位させることで前記ノズルから
液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板
が高濃度Ｐ型不純物シリコン層からなり、この高濃度Ｐ
型不純物シリコン層の前記吐出室側と反対側表面のＰ型
不純物濃度が５＊１０¹⁸（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）を超え
ないことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおい
て、前記振動板の前記吐出室側と反対側表面にシリコン
酸化膜を形成していることを特徴とする液滴吐出ヘッ
ド。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴
吐出ヘッドにおいて、前記Ｐ型不純物がボロンであるこ
とを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】請求項４に記載の液滴吐出ヘッドにおい
て、前記ボロンが注入エネルギー３００ｋｅＶ以上のイ
オン注入法を用いてドープされていることを特徴とする
液滴吐出ヘッド。
【請求項６】請求項４に記載の液滴吐出ヘッドにおい
て、前記ボロンがラピッドサーマルアニール法を用いて
拡散及び電気的活性化されていることを特徴とする液滴
吐出ヘッド。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれかに記載の液滴
吐出ヘッドにおいて、前記振動板と対向する電極を有
し、前記振動板を静電力で変形変位させて前記液滴を吐
出させることを特徴とする液滴吐出ヘッド。