JPS5839072B2 - ネツインサツヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 一般に熱印刷ヘッドにはモノリシック方式、薄膜方式、
厚膜方式などが開発されているが、本発明はモノリシッ
ク方式に関するものであり、特に高密度の熱印刷ヘッド
に適し、発熱効果が高く、信頼性の高い熱印刷ヘッドに
関するものである。

従来のモノリシック方式熱印刷ヘッドは、発熱抵抗層が
半導体基板の厚み方向のどの位置にあるかによって分類
すると次の３種類となる。

すなわち、ａ半導体基板の感熱紙と接触しない側に拡散
層等の発熱抵抗層を配置するもの、ｂ半導体基板の感熱
紙と接触する側に拡散層等の発熱抵抗層を配置するもの
、Ｃコレクタ飽和抵抗を発熱させるものの３つである。

半導体基板の厚さは素子製作上の要求から一般に５０μ
ｍ以上であり、上述のａの熱印刷ヘッドは発熱抵抗層で
発生した熱が感熱紙に達するまでに半導体基板の熱抵抗
による温度降下を生じ、例えば高密度に配列された熱印
刷ヘッドをやや高速で動作させると、一般に５０℃以上
の温度降下を生じ、感熱紙の発色温度より５０℃以上の
高温に半導体基板が温度上昇することは熱の利用効率の
点から不利であり、また熱印刷ヘッドの信頼性を低下さ
せる原因となっていた。

次にｂの熱印刷ヘッドは発熱抵抗層と感熱紙との間に耐
摩耗層を介するにすぎないため、半導体基板の温度は感
熱紙の発色温度よりも少し高い目に上昇すればよいので
熱の利用効率は高いが、経年変化により耐摩耗層にクラ
ックが生じるとＰＮ接合分離された発熱抵抗層の耐圧が
劣化し信頼性が低下する問題があった。

さらにＣの熱印刷ヘッドのコレクタ飽和抵抗は半導体基
板の厚み方向のほぼ全体にわたっているので、半導体基
板の厚み方向のほぼ全体が発熱し、熱抵抗はａｙｂの中
間であり、したがって熱の利用効率もａｙｂの中間であ
る。

信頼性に関しては耐摩耗層にクラックが生じてもＰＮ接
合がこの面には存在しないので、耐圧の低下・リーク電
流の増大等の問題はなく信頼性が高い。

しかしながら従来の構造ではコレクタコンタクトがエミ
ッタ、ベースと同一平面上に存在するため、例えば漢字
印刷用の高密度のマトリックス配列の熱印刷ヘッドを作
るには発色に十分なコレクタ電流が得られず不適当であ
った。

本発明の熱印刷ヘッドは上記Ｃの熱印刷ヘッドの発熱位
置と、より感熱紙側へ近づけて熱抵抗を下げ、熱の利用
効率の向上をはかるとともに、コレクタコンタクトをエ
ミッタ・ベースと反対側の面に形成することによりエミ
ッタ面積を大きくでき、高密度のマトリックス配列がで
き、高速部゛動に適する熱印刷ヘッドを提供しようとす
るものである。

第１図〜第６図は本発明〇一実施例を工程順に示したも
ので、マトリックス配列あるいは一列に配列された発熱
素子のうちの１個の発熱素子の断面を示したものである
。

第１図で１は比抵抗ＩＱｃｍ、、厚さ３００μｍのＰ−
型シリコン基板、２はこの上に成長じた比抵抗ｏ、１ρ
■、厚さ２５μｍのＰ型エピタキシャルシリコン層、３
は深さ３０μｍのＰ生型拡散領域で各発熱素子をどっか
こむように形成する。

次にＰ＋型拡散領域３以外の表面に窒化膜４を選択的に
形成してから、窒化膜４を形成していない裏面全面に金
属電極を形成してワックスで保護し、ＨＦ水溶液中でシ
リコン基板１を陽極電位に保ち、対向する白金板を陰極
電位に保って陽極処理を行うと、〆型拡散領域３は第２
図のように深さ約３０μｍの多孔質シリコン層５に変化
する。

なお、窒化膜４は除去する。

多孔質シリコン層５は酸化速度が非常に早いので、１１
００℃の湿った酸素中１時間の酸化で約３０μｍの深さ
まで酸化され、第３図のように酸化物層６に変化する。

このとき同時に熱酸化膜７が全面に形成される。

次に第４図のように熱酸化膜７に開孔してベース８、エ
ミッタ９を形成する。

裏面をラッピング・ポリッシング・エツチングすること
によりシリコン基板１を第５図のように約５０μｍの厚
さに仕上げ、後述コレクタ電極１２とのコンタクトを良
くするためのエツチング面の全面に〆拡散層１０を形成
する。

このとき熱酸化膜１１が形成される。

次に第６図のように裏面の熱酸運膜１１に開孔してコレ
クタ電極１２を形成し、表面の熱酸化膜７にも開孔して
、ベース電極１３、エミッタ電極１４を形成する。

さらに酸化物層６の裏面にあたる位置から選択的にシリ
コン基板１をエツチングしてメサ溝１５を形成する。

メサ溝１５の形成にあたってＨＦ−ＨＮＯ３ＣＨ３ＣＯ
ＯＨ系のエツチング液を用いると、酸化物層６に対する
エツチング速度はシリコン基板１に対するエツチング速
度よりも遅いので、メサ溝１５の深さは酸化物層６の底
面に達したときにほぼ停止するので好都合である。

最後にＳｉＯ等の耐摩耗層１６を感熱紙が接触する裏面
全面に形成する。

酸化物層６とメサ溝１５とで囲まれた領域が１個の発熱
素子を構成する。

熱印刷ヘッドは一般にこの発熱素子が複数個マトリック
ス状にあるいはライン状に配列されたものである。

発熱素子間は熱絶縁性の酸化物層６とメサ溝１５による
空気とで熱分離されるので、熱の漏出が少なく鮮明な印
字が可能である。

なお、以上ではＰ／Ｐ−基板を用いる例を述べたが他の
ものを用いることも可能である。

またコレクタ電極１２をシリコン基板１の表側へ導出す
る必要がある場合には種々の方法が適用できる。

例えば、シリコン基板１の表側と裏側とを貫通する穴の
側面あるいはシリコン基板端部の側面に絶縁膜を介して
ＯＶＤ法、スパッタ法、メッキ法等のつきまわり性に優
れた薄膜形成法で導電層を形成することによりコレクタ
電極をシリコン基板の表側に導出することができる。

さらに、発熱素子間の熱的絶縁法は、シリコン基板１の
仕上がり厚さまで深く形成した酸化物層６のみで行うこ
ともでき、あるいはシリコン基板１０仕上がり厚さの深
さのメサ溝１５のみでも゛達成できることはもちろんで
ある。

本発明の熱印刷ヘッドはトランジスタのコレクタ飽和抵
抗が発熱する。

コレクタ飽和抵抗は第６図かられかるように、Ｐ型エピ
タキシャル層２、Ｐ〜型シリコン基板１、Ｐ生型拡散層
１０の３つが直列接続されたものであるが、このうち最
も大きい抵抗値を示すものはＰ−型シリコン基板１であ
るから、発熱するのも主としてＰ 型シリコン基板１で
ある。

つまり感熱紙に比較的近い位置に発熱部が存在するので
従来例Ｃのものよりも発熱部から感熱紙までの熱抵抗が
小さく、発熱効率の高い熱印刷ヘッドである。

また本発明の熱印刷ヘッドのトランジスタは従来のよう
に横型ではなく縦型であるから、コレクタコンタクトを
表側に形成する必要がないのでドツト面積が同一の場合
には従来の熱印刷ヘッドよりも大きいコレクタ電流をと
ることが可能であり、したがって低電圧駆動が可能とな
る。

またドツト密度が高密度になってトランジスタな形成で
きる面積が小さくなっても、エミッタ面積は従来の横型
トランジスタの場合よりもずっと大きい面積がとれるの
で、感熱紙を発色させるに十分な電力を扱うことができ
高密度の熱印刷ヘッドが製作できる。

さらに、本発明の熱印刷ヘッドのＰＮ接合はすべて、感
熱紙に接触しない面に存在しするので、すべてのＰＮ接
合のパッシベーションは完全を期することができる。

感熱紙に接触する側にはＰＮ接合は存在しないので、経
時変化により耐摩耗層１６にクラックを生じても、従来
例すのようなＰＮ接合の耐圧の劣化、リーク電流の増大
等の問題は生じないので、信頼性の高い熱印刷ヘッドと
なる。

以上のように本発明の熱印刷ヘッドは種々の利点をもち
、工業的価値の犬なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の熱印刷ヘッドの一実施例を工
程順に示す断面図である。 １・・・・・・半導体基板、６・・・・・・酸化物層、
８・・・・・・ベース、９・・・・・・エミッタ、１０
・・・・・・拡散層、１２・・・・・・コレクタ電極、
１５・・・・・・メサ溝、１６・・・・・・耐摩耗層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体基板の感熱紙と接触しない第１の主面にエミ
   ッタとベースを設け、感熱紙と接触する第２の主面にコ
   レクタコンタクトを設け、コレクタ領域の比抵抗が上記
   半導体基板の厚み方向に一様ではなく、第２の主面の側
   で第１の主面の側より相対的に比抵抗が高い構造のトラ
   ンジスタを構成し、このトランジスタのコレクタ飽和抵
   抗を発熱させるようにしたことを特徴とする熱印刷ヘッ
   ド。