專(zhuān)利名稱(chēng)：流體噴射裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體噴射裝置及其制造方法，特別是涉及一種微流體噴射裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
微流體噴射裝置近來(lái)已廣泛地運(yùn)用于信息產(chǎn)業(yè)，例如噴墨打印機(jī)或類(lèi)似設(shè)備中。隨著微系統(tǒng)工程(micro system engineering)的逐步開(kāi)發(fā)，此種流體噴射裝置逐漸有其它眾多領(lǐng)域的應(yīng)用，例如燃料噴射系統(tǒng)(fuel injectionsystem)、細(xì)胞篩選(cell sorting)、藥物釋放系統(tǒng)(drug delivery system)、噴印光刻技術(shù)(print lithography)及微噴射推進(jìn)系統(tǒng)(micro jet propulsion system)等。
圖1A～1C揭示一種現(xiàn)有的單石化的流體噴射裝置100的制造方法，首先，請(qǐng)參照?qǐng)D1A，提供一基底102，并于基底102的一第一面101上形成一圖形化的犧牲層104，后續(xù)，形成一結(jié)構(gòu)層106覆蓋犧牲層104及基底的第一面101，接下來(lái)，于基底102的第二面103上形成一掩模層108。后續(xù)，請(qǐng)參照?qǐng)D1B，圖形化掩模層108，并以圖形化后的掩模層108為掩模，蝕刻基底102，以形成一流體通道110，直至暴露犧牲層，接著，經(jīng)由流體通道110蝕刻犧牲層，以形成一流體腔112。在一般的現(xiàn)有技術(shù)中，犧牲層104為介電材料所組成，由于介電材料本身的特性，很難沉積厚度足夠厚的犧牲層104，因此，如圖1C所示，尚需進(jìn)行一硅蝕刻工藝，以擴(kuò)大流體腔112’。
此外，一般來(lái)說(shuō)，上述現(xiàn)有技術(shù)的介電材料的犧牲層104需以化學(xué)氣相沉積法制作，成本較昂貴，且額外的擴(kuò)大流體腔工藝亦會(huì)增加制造成本和工藝時(shí)間，又另外，擴(kuò)大流體腔112’的蝕刻工藝可能產(chǎn)生過(guò)切(undercut)的問(wèn)題，不易控制流體腔112’尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述問(wèn)題，本發(fā)明的一目的為提供一種流體噴射裝置及其制造方法，可減少制造成本和工藝時(shí)間，及較容易控制流體腔尺寸。本發(fā)明的一目的為提供一種流體噴射裝置，其定義出流體腔的結(jié)構(gòu)層具有優(yōu)選的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
本發(fā)明提供一種流體噴射裝置。一流體腔壁位于基底上，以定義出一既定區(qū)域。一具有噴孔的噴孔片覆蓋于流體腔壁上，以于既定區(qū)域形成一流體腔，其中流體腔壁與噴孔片由一體成型的結(jié)構(gòu)層構(gòu)成。一流體通道位于基底內(nèi)以與流體腔連通。
本發(fā)明提供一種流體噴射裝置的制造方法。首先，提供一基底，形成一圖案化的犧牲層于基底上。其后，形成一電鍍起始層，至少包覆犧牲層，使用一可移除的光致抗蝕劑層來(lái)定義結(jié)構(gòu)層位置，以一電鍍方法，形成一結(jié)構(gòu)層，包覆裸露的電鍍起始層。接著，移除光致抗蝕劑層，以形成一噴孔，移除噴孔中的電鍍起始層。后續(xù)，于相對(duì)于結(jié)構(gòu)層的基底的另一面，形成一流體通道，移除犧牲層，以形成一流體腔，連通流體通道。
本發(fā)明提供一種流體噴射裝置的制造方法。首先，提供一基底，形成一高分子犧牲層于部分基底上。其后，形成一隔絕層，至少包覆高分子犧牲層，形成一高分子結(jié)構(gòu)層，包覆隔絕層。接著，定義高分子結(jié)構(gòu)層，以形成一噴孔，移除噴孔中的隔絕層。后續(xù)，移除高分子犧牲層，以形成一流體腔，并于基底相對(duì)于高分子結(jié)構(gòu)層的另一面，形成一流體通道，連通流體腔。


圖1A～1C揭示一種現(xiàn)有的單石化的流體噴射裝置的制造方法。
圖2A～圖2F揭示本發(fā)明一實(shí)施例流體噴射裝置的工藝剖面示意圖。
圖3A～圖3F揭示本發(fā)明另一實(shí)施例流體噴射裝置的工藝剖面示意圖。
簡(jiǎn)單符號(hào)說(shuō)明100～流體噴射裝置；101～第一面；103～第二面； 102～基底；104～犧牲層； 106～結(jié)構(gòu)層；108～掩模層； 110～流體通道；112～流體腔； 112’～擴(kuò)大的流體腔；200～基底；201～第一面；202～控制柵極；204～柵極介電層；206～第一導(dǎo)電層； 207～源極；
209～漏極；213～流體控制元件；215～加熱元件；217～接觸墊；216～電阻層； 218～第二導(dǎo)電層；220～鈍化層； 222～金屬保護(hù)層；224～犧牲層； 226～電鍍起始層；228～光致抗蝕劑層；230～結(jié)構(gòu)層；230a～腔壁部分； 230b～噴孔片部分；232～噴孔；234～流體通道；236～流體腔； 238～結(jié)構(gòu)保護(hù)層；300～基底；301～第一面；302～高分子犧牲層；303～第二面；304～隔絕層； 306～高分子結(jié)構(gòu)層；308～噴孔；310～流體通道；312～流體腔； 314～結(jié)構(gòu)保護(hù)層。
具體實(shí)施例方式
圖2A～圖2F揭示本發(fā)明一實(shí)施例流體噴射裝置的工藝剖面示意圖，首先，請(qǐng)參照?qǐng)D2A，提供一基底200，基底200包括硅、玻璃，和/或其它材料所組成，優(yōu)選基底200為一硅基底，其后，于基底200上形成一例如多晶硅或金屬組成的控制柵極202，接著，形成例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅所組成的第一介電層204，覆蓋控制柵極202和部分基底200。后續(xù)，形成例如鋁或銅的第一導(dǎo)電層206于柵極介電層204和部分基底200上，其中，位于控制柵極202兩側(cè)的第一導(dǎo)電層206可分別供作源極207和漏極209，而控制柵極202及其相關(guān)電路為本實(shí)施例流體噴射裝置的流體控制元件213。
接著，形成一例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅所組成的第二介電層208于部分第一導(dǎo)電層206、第一介電層204和基底200上，需注意的是，第二介電層208暴露部分第一導(dǎo)電層206和部分的漏極207，以做為插塞(via)，后續(xù)，形成一電阻層216覆蓋部份第一導(dǎo)電層206和部分源極207上，接著，形成一例如鋁或銅的第二導(dǎo)電層218于電阻層216上，其中第二導(dǎo)電層218和電阻層216緊密連結(jié)。后續(xù)，以例如光刻蝕刻工藝圖形化第二導(dǎo)電層218和電阻層216，接著，圖案化加熱元件區(qū)的第二導(dǎo)電層218，使部分電阻層216裸露，如此，電阻層216和其下的第一導(dǎo)電層206構(gòu)成一加熱元件215。其后，形成一例如包括SiC和SiN的鈍化層220于第二導(dǎo)電層218和電阻層216上，并形成一例如Ta所組成的金屬保護(hù)層222于加熱元件215的電阻層216上，后續(xù)，圖案化鈍化層220以形成接觸墊217。
接下來(lái)，經(jīng)由例如沉積或涂布，并進(jìn)行光刻定義步驟，形成一圖形化的犧牲層224于基底的第一面201上，在本實(shí)施例中第一面201即為與流體控制元件213的同一面。犧牲層224可以為例如氧化物的介電層或是例如光致抗蝕劑和/或聚合物的高分子層所組成，犧牲層224的厚度可介于5μm～100μm。
后續(xù)，請(qǐng)參照?qǐng)D2B，以例如物理氣相沉積法(PVD)，形成電鍍起始層226于鈍化層220和犧牲層224上，優(yōu)選電鍍起始層226可包括鈦金屬層和位于鈦金屬層上的金金屬層，鈦金屬用于增進(jìn)金屬與芯片表面的附著力，厚度優(yōu)選為小于1000埃，金金屬用以當(dāng)電鍍起始作用，厚度可約為2000?！?000埃。此外，電鍍起始層226亦可包括鈦金屬層和位于鈦金屬層上的鎳金屬層。
接下來(lái)，請(qǐng)參照?qǐng)D2C，以旋轉(zhuǎn)涂布法及后續(xù)的光刻工藝，形成一圖案化的光致抗蝕劑層228，圖案化的光致抗蝕劑層228覆蓋電鍍起始層226上的預(yù)定形成噴孔的位置與接觸墊區(qū)215。
接著，以一電鍍方法，形成一例如金的結(jié)構(gòu)層230于電鍍起始層226上，由于電鍍起始層226被前述光致抗蝕劑層228覆蓋的部分于電鍍液中不會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)，因此，在電鍍的工藝中，結(jié)構(gòu)層230會(huì)形成在電鍍起始層226未被光致抗蝕劑層228覆蓋的部分，其中結(jié)構(gòu)層230的厚度可介于5μm～100μm。后續(xù)，請(qǐng)參照?qǐng)D2D，以顯影、去除劑(stripper)或等離子體灰化移除上述光致抗蝕劑層228，而在移除上述光致抗蝕劑層228之后，可于結(jié)構(gòu)層230中形成一噴孔232，接著，可以一蝕刻方法，移除噴孔232中的電鍍起始層226。在此需注意的是，雖然本發(fā)明揭示上述移除光致抗蝕劑層228以形成噴孔232的方法，但本發(fā)明不限于此，本發(fā)明亦可先形成結(jié)構(gòu)層230，再進(jìn)行一光刻蝕刻步驟圖形化結(jié)構(gòu)層230，以定義出噴孔232。在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，高分子結(jié)構(gòu)層的厚度大體上介于10μm～100μm之間。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2E，進(jìn)行一例如光刻蝕刻方法，或噴沙法，圖形化基底的第二面203，以形成一流體通道234，暴露出犧牲層224，之后，經(jīng)由流體通道234，以一蝕刻方法，移除犧牲層224，以形成連通流體通道234的流體腔236。當(dāng)犧牲層224是高分子所組成時(shí)，可以等離子體灰化方法或是以去除劑(stripper)移除高分子所組成的犧牲層224。本發(fā)明不限于此，亦即，形成流體溝道234的步驟順序可交換，例如，可先經(jīng)由噴孔232移除犧牲層224，之后，再于基底的第二面203形成流體通道234。在此，需特別注意的是，結(jié)構(gòu)層230包括位于流體腔側(cè)壁的流體腔壁230a，和位于流體腔上方的噴孔片230b，在此實(shí)施例中，由于結(jié)構(gòu)層230采用電鍍方法形成，因此，流體腔壁230a和噴孔片230b為一體成型，亦即，整個(gè)結(jié)構(gòu)層230為一體成型。
后續(xù)，進(jìn)行一例如濕蝕刻的各向同性蝕刻工藝，移除流體腔236及結(jié)構(gòu)層230四周的電鍍起始層226。接下來(lái)，請(qǐng)參照?qǐng)D2F，進(jìn)行一無(wú)電鍍工藝，形成一例如3000埃～8000埃的金所組成的結(jié)構(gòu)保護(hù)層238，選擇性的包覆結(jié)構(gòu)層230。在本實(shí)施例中，由于結(jié)構(gòu)層230由電鍍一體成型，特別是結(jié)構(gòu)層230的流體腔壁及噴孔片由電鍍一體成型，因此其相較于現(xiàn)有技術(shù)可具有優(yōu)選的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。且噴孔的制作使用半導(dǎo)體設(shè)備，其與加熱元件相對(duì)位置的控制可達(dá)到優(yōu)選的效果。
圖3A～圖3F揭示本發(fā)明另一實(shí)施例流體噴射裝置的工藝剖面示意圖，其中，本實(shí)施例的流體控制元件和上述實(shí)施例類(lèi)似，其標(biāo)號(hào)采用和上述實(shí)施例相同的標(biāo)號(hào)，此外流體控制元件的組成在此不詳細(xì)說(shuō)明。
首先，請(qǐng)參照?qǐng)D3A，提供一基底300，其后，于基底300上形成一控制柵極202，接著，形成柵極介電層204，覆蓋控制柵極202和部分基底300。后續(xù)，形成第一導(dǎo)電層206于柵極介電層204和部分基底300上，其中，位于控制柵極202兩側(cè)的第一導(dǎo)電層206可分別供作源極207和漏極209，而控制柵極202及其相關(guān)電路為本實(shí)施例流體噴射裝置的流體控制元件213。
接著，形成一例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅所組成的第二介電層208于部分第一導(dǎo)電層206、第一介電層204和基底300上，需注意的是，第二介電層208暴露部分第一導(dǎo)電層206和部分的漏極207，以作為插塞(via)，后續(xù)，形成一電阻層216覆蓋部份第一導(dǎo)電層206和部分源極207上，接著，形成一例如鋁或銅的第二導(dǎo)電層218于電阻層216上，其中第二導(dǎo)電層218和電阻層216緊密連結(jié)。后續(xù)，以例如光刻蝕刻工藝圖形化第二導(dǎo)電層218和電阻層216，接著，圖案化加熱元件區(qū)的第二導(dǎo)電層218，使部分電阻層216裸露，如此，電阻層216和其下的第一導(dǎo)電層206構(gòu)成一加熱元件215。其后，形成一鈍化層220于第二導(dǎo)電層218和電阻層216上，并形成一金屬保護(hù)層222于加熱元件215的電阻層216上，后續(xù)，圖案化鈍化層220以形成接觸墊217。
接下來(lái)，經(jīng)由例如沉積或涂布，在進(jìn)行光刻定義，形成一圖形化的高分子犧牲層302于部分基底300的第一面301上，在本實(shí)施例中第一面301即為與接觸墊215和流體控制元件213的同一面。高分子犧牲層302可以為例如光致抗蝕劑的感光高分子材料和/或例如聚合物的非感光高分子材料所組成，此外高分子犧牲層302的厚度可介于5μm～100μm，優(yōu)選者，高分子犧牲層302的厚度可大體上大于10μm，以于后續(xù)步驟以高分子犧牲層302定義出的流體腔有足夠的體積。
后續(xù)，請(qǐng)參照?qǐng)D3B，以例如物理氣相沉積法(PVD)，形成一隔絕層304于鈍化層220和高分子犧牲層302上，隔絕層可由金屬或高分子所組成，優(yōu)選者，隔絕層304可由厚度約為2000埃的鈦金屬所組成。在此實(shí)施例中，隔絕層可用以防止高分子犧牲層和后續(xù)形成的高分子結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生互融。
接下來(lái)，以例如涂布、光刻和/或蝕刻方法，形成一圖案化的高分子結(jié)構(gòu)層306包覆隔絕層304，并形成噴孔308，其中高分子結(jié)構(gòu)層306可以為例如光致抗蝕劑的感光高分子材料和/或例如聚合物的非感光高分子材料所組成。之后，如3D圖所示，可進(jìn)行一蝕刻方法，經(jīng)由噴孔308移除噴孔308下的隔絕層。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，高分子結(jié)構(gòu)層306和高分子犧牲層302可由不同的高分子材料所組成，若在材料的選擇上，可選擇不互融的高分子結(jié)構(gòu)層306和高分子犧牲層302，則可省略隔絕層304。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D3E，進(jìn)行一例如光刻蝕刻方法，或噴沙法，圖形化基底300的第二面303，以形成一流體通道310，暴露出高分子犧牲層，之后，再經(jīng)由流體通道310，以一蝕刻方法，移除高分子犧牲層，以形成連通流體通道310的流體腔312，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，可以等離子體灰化或去除劑(stripper)移除高分子犧牲層。本發(fā)明不限于此，形成流體溝道310的順序可交換，例如，可先經(jīng)由噴孔308移除高分子犧牲層302，再形成流體通道310。在此，需特別注意的是，在此實(shí)施例中，隔絕層304可用作移除高分子犧牲層302的蝕刻停止層，由于高分子犧牲層和隔絕層的蝕刻選擇比不同，蝕刻高分子犧牲層的步驟會(huì)停止在隔絕層304，而不會(huì)過(guò)度蝕刻到高分子結(jié)構(gòu)層。此外，在本實(shí)施例中，由于高分子犧牲層302為高分子材料所組成，可使用溶劑移除之，相較現(xiàn)有技術(shù)其它材料形成的犧牲層，高分子材料所組成高分子犧牲層302的移除工藝工藝較簡(jiǎn)單，可節(jié)省制造成本。后續(xù)，進(jìn)行一例如濕蝕刻的各向同性蝕刻工藝，移除流體腔312及高分子結(jié)構(gòu)層306四周的隔絕層304。
接下來(lái)，請(qǐng)參照?qǐng)D3F，可形成一例如3000埃～8000埃的鎳所組成的結(jié)構(gòu)保護(hù)層314，包覆高分子結(jié)構(gòu)層306。在此實(shí)施例中，由于高分子犧牲層302其本身材料特性，其厚度可約超過(guò)10μm，因此，可形成足夠大的流體腔312，而不需額外的擴(kuò)大流體腔工藝，可減少制造成本和工藝時(shí)間，此外，其亦可解決擴(kuò)大流體腔的蝕刻工藝可能產(chǎn)稱(chēng)過(guò)切(undercut)和不易控制流體腔尺寸的問(wèn)題。
雖然本發(fā)明以?xún)?yōu)選實(shí)施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種流體噴射裝置，包括一基底；一流體腔壁，位于該基底上以定義出一既定區(qū)域；一具有噴孔的噴孔片，覆蓋于該流體腔壁上，以于該既定區(qū)域形成一流體腔，其中該流體腔壁與該噴孔片由一體成型的結(jié)構(gòu)層構(gòu)成；及一流體通道，位于該基底內(nèi)以與該流體腔連通。
2.如權(quán)利要求1所述的流體噴射裝置，其中該一體成型的結(jié)構(gòu)層為金屬所組成。
3.如權(quán)利要求1所述的流體噴射裝置，其中該一體成型的結(jié)構(gòu)層為高分子所組成。
4.如權(quán)利要求3所述的流體噴射裝置，其中該高分子為光致抗蝕劑或聚合物。
5.一種流體噴射裝置的制造方法，包括提供一基底；形成一圖案化的犧牲層于該基底上；形成一電鍍起始層，至少包覆該犧牲層；電鍍形成一結(jié)構(gòu)層于該電鍍起始層上；定義該結(jié)構(gòu)層，以形成一噴孔；移除該噴孔內(nèi)的該電鍍起始層；移除該犧牲層，以形成一流體腔；及于相對(duì)于該結(jié)構(gòu)層的該基底的另一面，形成一流體通道，連通該流體腔。
6.如權(quán)利要求5所述的流體噴射裝置的制造方法，其中該圖案化的犧牲層為高分子材料所組成。
7.如權(quán)利要求5所述的流體噴射裝置的制造方法，其中該圖案化的犧牲層為介電材料所組成。
8.如權(quán)利要求5所述的流體噴射裝置的制造方法，其中該電鍍形成一結(jié)構(gòu)層于該電鍍起始層上，及定義該結(jié)構(gòu)層，以形成一噴孔的步驟包括形成一圖案化的光致抗蝕劑層于部分該基底上和部分該電鍍起始層上；電鍍形成該結(jié)構(gòu)層于未被該圖案化的光致抗蝕劑層覆蓋的該電鍍起始層上；及移除該圖案化的光致抗蝕劑層，以藉此定義出該噴孔。
9.如權(quán)利要求5所述的流體噴射裝置的制造方法，還包括形成一結(jié)構(gòu)保護(hù)層包覆該結(jié)構(gòu)層。
10.如權(quán)利要求5所述的流體噴射裝置的制造方法，其中該電鍍起始層包括一鈦金屬層和一位于該鈦金屬層上的金金屬層。
11.如權(quán)利要求5所述的流體噴射裝置的制造方法，其中該電鍍起始層包括一鈦金屬層和一位于該鈦金屬層上的鎳金屬層。
12.一種流體噴射裝置的制造方法，包括提供一基底；形成一高分子犧牲層于部分該基底上；形成一隔絕層，至少包覆該高分子犧牲層；形成一高分子結(jié)構(gòu)層，包覆該隔絕層；定義該高分子結(jié)構(gòu)層，以形成一噴孔；移除該噴孔內(nèi)的該隔絕層；移除該高分子犧牲層，以形成一流體腔；及于該基底相對(duì)于該高分子結(jié)構(gòu)層的另一面，形成一流體通道，連通該流體腔。
13.如權(quán)利要求12所述的流體噴射裝置的制造方法，其中該高分子犧牲層由光致抗蝕劑或是聚合物所組成。
14.如權(quán)利要求12所述的流體噴射裝置的制造方法，其中該高分子犧牲層的厚度大體上介于5μm～100μm之間。
15.如權(quán)利要求12所述的流體噴射裝置的制造方法，其中該高分子犧牲層的厚度大體上大于10μm。
16.如權(quán)利要求12所述的流體噴射裝置的制造方法，其中該高分子結(jié)構(gòu)層由光致抗蝕劑或是聚合物所組成。
17.如權(quán)利要求12所述的流體噴射裝置的制造方法，其中該高分子結(jié)構(gòu)層的厚度大體上介于10μm～100μm之間。
18.如權(quán)利要求12所述的流體噴射裝置的制造方法，其中該隔絕層由金屬或高分子所組成。
19.如權(quán)利要求12所述的流體噴射裝置的制造方法，其中該移除該高分子犧牲層的步驟包括以等離子體灰化或去除劑移除該高分子犧牲層。
20.如權(quán)利要求12所述的流體噴射裝置的制造方法，其中該高分子結(jié)構(gòu)層由非感光型高分子材料所組成。
21.如權(quán)利要求12所述的流體噴射裝置的制造方法，其中該高分子結(jié)構(gòu)層由感光型高分子材料所組成。
全文摘要
一種流體噴射裝置。一流體腔壁位于基底上，以定義出一既定區(qū)域。一具有噴孔的噴孔片覆蓋于流體腔壁上，以于既定區(qū)域形成一流體腔，其中流體腔壁與噴孔片由一體成型的結(jié)構(gòu)層構(gòu)成，而一體成型的結(jié)構(gòu)層可由金屬或是高分子所組成。一流體通道位于基底內(nèi)與流體腔連通。
文檔編號(hào)B41J2/16GK1978067SQ2005101288
公開(kāi)日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2005年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月7日
發(fā)明者徐德榮, 陳葦霖, 曾繁中, 莊文賓, 沈光仁 申請(qǐng)人:明基電通股份有限公司