專利名稱：噴墨頭基板、噴墨頭和噴墨頭基板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本總體發(fā)明構(gòu)思涉及一種噴墨頭基板、一種噴墨頭和所述噴墨頭基板的制造方法，特別是涉及具有提高的可靠性和延長的使用壽命的發(fā)熱電阻器的一噴墨頭基板，具有所述噴墨頭基板的一噴墨頭，以及所述噴墨頭基板的制造方法。
背景技術(shù)：
噴墨記錄設(shè)備是一種通過將打印墨水的一微小液滴噴射至記錄媒體的期望位置來打印圖像的設(shè)備。由于價格較低且能以高清晰度打印不同的顏色，因此這樣的噴墨記錄設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用。一般來說，噴墨記錄設(shè)備包括主要用于噴射墨水的一噴墨頭和用于與所述噴墨頭液體連接的一墨水存儲單元組成。進一步說，在所述噴墨記錄設(shè)備中，噴墨頭分為使用電熱換能器的熱敏型和使用機電換能器的壓電型。在美國專利第4,500,895號和第6,336,713號中公開了一種熱敏型噴墨記錄設(shè)備。
使用在熱敏型噴墨記錄設(shè)備(下文稱為熱敏噴墨記錄設(shè)備)中的這樣一種熱敏噴墨頭(下文稱為熱敏噴墨頭)一般包括一噴墨頭基板和具有墨水孔的一噴嘴板，通過該孔墨水被噴出。在所述噴墨頭基板中，設(shè)置一用于產(chǎn)生噴射墨水所需熱能的一電熱換能器。所述電熱換能器一般由含高熔點金屬如鉭(Ta)的合金制成，在下文中稱為發(fā)熱電阻器。優(yōu)選地，在所述熱敏噴墨記錄設(shè)備的熱敏噴墨頭中使用的發(fā)熱電阻器具有以下的特征(1)基本地，它應(yīng)該具有高的電阻率，(2)它應(yīng)該可以在非常短的時間內(nèi)達到所需的溫度從而瞬時噴出墨水，(3)它應(yīng)該具有很小的電阻變化從而在高速運行和連續(xù)運行期間保持噴出墨水的液滴均勻，且(4)它應(yīng)該具有高的耐熱應(yīng)力性從而延長使用壽命。
為了滿足上述的特征，一種傳統(tǒng)的發(fā)熱電阻器主要由TaAl制成。在美國專利第5,122,812號中公開了使用由TaAl制成的發(fā)熱電阻器的熱敏噴墨頭。同時，熱敏噴墨記錄設(shè)備的性能可以根據(jù)打印清晰度和打印速度來評價。
為了改善打印清晰度，可提出一種通過減小發(fā)熱電阻器尺寸來降低噴出墨水的液滴的尺寸的方法。即使發(fā)熱電阻器的尺寸減小了，為了在與傳統(tǒng)噴墨記錄設(shè)備相同的條件下運行所述噴墨記錄設(shè)備，所述發(fā)熱電阻器的電阻應(yīng)當?shù)玫教岣?。如以下方?所示。
方程1P/A＝V×I/A＝I×R2/A＝V2/(R×A)其中P/A是功率密度，A是發(fā)熱電阻器的面積，V是驅(qū)動電壓，I是驅(qū)動電流，R是發(fā)熱電阻器的電阻。
一般來說，在熱敏噴墨記錄設(shè)備中，為了產(chǎn)生噴出墨水所需的氣泡，功率密度(P/A)應(yīng)大于大約1～2GW/cm2。因此盡管發(fā)熱電阻器的面積(A)減小，為了保持功率密度(P/A)不變，發(fā)熱電阻器的電阻(R)應(yīng)得到提高。進一步說，因為發(fā)熱電阻器的電阻(R)提高，熱敏噴墨記錄設(shè)備的驅(qū)動電流(I)能得到下降，這在能量需求方面具有優(yōu)勢。
但是，作為傳統(tǒng)發(fā)熱電阻器使用的材料的TaAl的電阻率為250～300μΩ·cm且在約1000的厚度下片狀電阻為30Ω/□。因此，降低發(fā)熱電阻器的面積有一極限。為了增加發(fā)熱電阻器的電阻，曾經(jīng)提出一種減小發(fā)熱電阻器厚度的方法，但是這種方法導(dǎo)致當加載于發(fā)熱電阻器的功率增加時電阻顯著變化，因此造成熱敏噴墨記錄設(shè)備不穩(wěn)定工作。
所以，在傳統(tǒng)熱敏噴墨記錄設(shè)備中，需要開發(fā)具有高電阻率和增強的熱/機耐性的發(fā)熱電阻器以實現(xiàn)高打印清晰度和穩(wěn)定高速的運行。因此，在美國專利第6,527,813號中公開了包括由TaxSiyRz制成的一發(fā)熱電阻器的一熱敏噴墨頭且在美國專利第6,375,312號中公開包括由TaN0.8hex制成的所述發(fā)熱電阻器的所述熱敏噴墨頭。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決前述和其它問題，本總體發(fā)明構(gòu)思的一個方面提供了一種具有高電阻率和增強的熱/機耐性的發(fā)熱電阻器的噴墨頭基板。
本總體發(fā)明構(gòu)思的另一個方面提供了具有所述噴墨頭基板的一噴墨頭。
本總體發(fā)明構(gòu)思的還有一個方面提供了制造所述噴墨頭基板的方法。
本總體發(fā)明構(gòu)思的其它方面和優(yōu)點其中一部分將在下面的描述中闡明，其它部分從描述中明顯易懂，或者通過本總體發(fā)明構(gòu)思的實施可以學(xué)到。
本總體發(fā)明構(gòu)思的前述和/或其它的方面可以通過提供具有至少一個由金屬和碳的氮化物制成的發(fā)熱電阻器的一噴墨頭基板實現(xiàn)。所述噴墨頭基板包括一支撐結(jié)構(gòu)。所述至少一個發(fā)熱電阻器設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)上以產(chǎn)生熱能來噴射墨水，且由金屬和碳的氮化物制成。
在本總體發(fā)明構(gòu)思的一個方面中，金屬和碳的氮化物以化學(xué)式MxCyNz表示，其中M是金屬，X在大約20至80的范圍內(nèi)，Y在大約3至25的范圍內(nèi)，X在大約10至60的范圍內(nèi)，且X+Y+Z＝100。在本總體發(fā)明構(gòu)思的另一個方面中，所述金屬從包括鉭(Ta)，鎢(W)，鉻(Cr)，鉬(Mo)，鈦(Ti)，鎬(Zr)，鉿(Hf)和它們之間合金之中選擇其一。而且，所述發(fā)熱電阻器的電阻率為300～2000μΩ·cm，厚度是100～2000。
在本總體發(fā)明構(gòu)思的還有的一個方面中，噴墨頭基板還包括設(shè)置于至少在支撐結(jié)構(gòu)和發(fā)熱電阻層之間的一熱阻擋層。導(dǎo)線電連接于發(fā)熱電阻器并且向發(fā)熱電阻器提供一電信號以產(chǎn)生熱能。設(shè)置一鈍化層以覆蓋所述發(fā)熱電阻器和導(dǎo)線。在所述鈍化層上設(shè)置一抗空化層至少重疊于發(fā)熱電阻層。
本總體發(fā)明構(gòu)思的前述和/或其它的方面也可以通過提供具有一噴墨頭基板的一噴墨頭來實現(xiàn)。所述噴墨頭包括一支撐結(jié)構(gòu)。至少一個發(fā)熱電阻器設(shè)置在所述支撐結(jié)構(gòu)上以產(chǎn)生熱能來噴射墨水且由金屬和碳的氮化物制成。在所述支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)置至少有一噴墨的孔的腔室結(jié)構(gòu)以界定至少一個其中具有所述發(fā)熱電阻器的墨水腔室。
在本總體發(fā)明構(gòu)思的一個方面中，所述金屬和碳的氮化物以化學(xué)式MxCyNz表示，其中M是金屬，X在大約20至80的范圍內(nèi)，Y在大約3至25的范圍內(nèi)，X在大約10至60的范圍內(nèi)，且X+Y+Z＝100。所述發(fā)熱電阻器的電阻率可能為300～2000μΩ·cm。
本總體發(fā)明構(gòu)思的前述和/或其它的方面還可以通過提供一種制造一噴墨頭基板的方法來實現(xiàn)。所述方法包括制備一支撐結(jié)構(gòu)和在所述支撐結(jié)構(gòu)上形成由金屬和碳的氮化物制成的一發(fā)熱電阻層。
本總體發(fā)明構(gòu)思的一個方面中，所述金屬和碳的氮化物以化學(xué)式MxCyNz表示，其中M是金屬，X在大約20至80的范圍內(nèi)，Y在大約3至25的范圍內(nèi)，Z在大約10至60的范圍內(nèi)，且X+Y+Z＝100。
在本總體發(fā)明構(gòu)思的另一個方面中，所述方法還包括了在形成發(fā)熱電阻層之前在支撐結(jié)構(gòu)上形成一熱阻擋層，在形成發(fā)熱電阻層之后在發(fā)熱電阻層上形成一線路導(dǎo)電層。圖案化線路導(dǎo)電層和發(fā)熱電阻層以形成線路導(dǎo)電層圖案和發(fā)熱電阻層圖案。選擇性地去除線路導(dǎo)電層圖案以形成暴露發(fā)熱電阻層圖案的一預(yù)定區(qū)域的導(dǎo)線，同時在被導(dǎo)線暴露的一部分發(fā)熱電阻層圖案處定義一發(fā)熱電阻器。形成一鈍化層以覆蓋導(dǎo)線和發(fā)熱電阻器。形成一抗空化層來至少重疊于鈍化層上的發(fā)熱電阻器。
在本總體發(fā)明構(gòu)思還有的一個方面中，發(fā)熱電阻層采用原子層沉積法(ALD)，反應(yīng)濺射法和化學(xué)氣態(tài)沉積法(CVD)之一的方法形成。


為讓本總體發(fā)明構(gòu)思的上述及其它優(yōu)點能從下文實施例的描述變得明顯易懂，請參考附圖如下。
圖1繪示依照本總體發(fā)明構(gòu)思的一實施例噴墨頭和一種熱敏噴墨記錄設(shè)備使用的一噴墨頭基板的部分平面示意圖；圖2是沿圖1的I-I’線的剖面示意圖；圖3繪示依照本總體發(fā)明構(gòu)思的另一實施例一種發(fā)熱電阻器的組成范圍；圖4繪示依照本總體發(fā)明構(gòu)思的另一實施例一噴墨頭的部分平面示意圖；圖5繪示沿圖4的II-II’線的剖面示意圖；圖6和7分別繪示依照本總體發(fā)明構(gòu)思的另一實施例一種制造噴墨頭基板的方法沿圖1的I-I’線的剖面示意圖。
具體實施例方式
本總體發(fā)明構(gòu)思詳細涉及的實施例將在附圖中說明，其中相似的標記代表相似的部分。為了解釋本總體發(fā)明構(gòu)思，實施例通過參考圖表在下文中得到描述。在附圖中，層和區(qū)域的厚度為清楚作了放大。在說明書中相似的標記代表相似的部分。
圖1繪示依照本總體發(fā)明構(gòu)思的一實施例噴墨頭和一種熱敏噴墨記錄設(shè)備使用的一噴墨頭基板的部分平面示意圖，圖2是沿圖1的I-I’線的剖面示意圖。
請參考圖1和圖2，發(fā)熱電阻層圖案104可以設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)100上。發(fā)熱電阻器104’可以占據(jù)發(fā)熱電阻層圖案104的一預(yù)定區(qū)域。即發(fā)熱電阻器104’可以是被設(shè)置在發(fā)熱電阻層圖案104上的導(dǎo)線106暴露的發(fā)熱電阻層圖案104的一部分。下文關(guān)于發(fā)熱電阻器104’材料的描述也適用于發(fā)熱電阻層圖案104。發(fā)熱電阻層圖案104和導(dǎo)線106可以堆疊且發(fā)熱電阻器104’可以由被導(dǎo)線106暴露的部分定義。導(dǎo)線106可以用來向發(fā)熱電阻器104’提供電信號。這里，導(dǎo)線106(將在下文描述)可以由具有比發(fā)熱電阻器104’電阻小的一種材料制成。因此，在設(shè)置導(dǎo)線106的區(qū)域，具有低電阻的導(dǎo)線106被用作電流的通路。因此，在沒有設(shè)置導(dǎo)線106的區(qū)域，即發(fā)熱電阻器104’可以用作一發(fā)熱元件以產(chǎn)生熱能來噴射墨水。
支撐結(jié)構(gòu)100可以用作基底層以支持組成噴墨頭基板的元件且可以是一單晶硅基板。導(dǎo)線106可以由導(dǎo)電材料制成，如鋁(Al)、金(Au)、銅(Cu)、鎢(W)、鉑(Pt)，且優(yōu)選由鋁(Al)制成。
發(fā)熱電阻器104’可以由金屬和碳的氮化物制成。金屬和碳的氮化物為金屬，碳和氮的化合物。而且，金屬和碳的氮化物以化學(xué)式MxCyNz表示，其中“M”代表金屬，且“X”“Y”和“Z”代表各自組分的原子百分比，即X+Y+Z＝100。依據(jù)本總體方面構(gòu)思的一個方面，在化學(xué)式MxCyNz中，X在大約20至80的范圍內(nèi)，Y在大約3至25的范圍內(nèi)，Z在大約10至60的范圍內(nèi)。進一步來說，在實現(xiàn)本總體發(fā)明構(gòu)思的效果中，不同的金屬可以無限定地得到使用。為了獲得本發(fā)明的最佳效果，高熔點金屬或過渡金屬可以被使用，且此金屬為一從由鉭(Ta)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鎬(Zr)、鉿(Hf)和它們的合金構(gòu)成的組中選擇其一。圖3繪示圖1和圖2的發(fā)熱電阻器104’所用的TaxCyNz的組成范圍示意圖。在本總體發(fā)明構(gòu)思的另一方面中，所述化學(xué)式和組成的發(fā)熱電阻器104’的電阻率可以是300～2000μΩ·cm。在電阻率范圍內(nèi)，發(fā)熱電阻器104’的厚度可以有一個較寬的范圍，如厚度為100～2000。
如上所述，發(fā)熱電阻器104’可以由金屬和碳的氮化物制成。金屬和碳的氮化物具有比傳統(tǒng)噴墨頭中作為發(fā)熱電阻器的TaAl高的電阻率。這樣，發(fā)熱電阻器104’的電阻能夠得到提高，從而發(fā)熱電阻器104’的尺寸可能得到減小，因而實現(xiàn)高的打印清晰度。進一步來說，因為熱敏噴墨記錄設(shè)備的驅(qū)動電流可能得到減少，在能量需求方面具有優(yōu)勢。另外，因為一高熔點金屬、碳和氮被合金化，發(fā)熱電阻器104’期望能在熱/機性能上得到強化。這樣的強化機制可能由固溶體強化或彌散強化理論解釋。因此，依據(jù)本總體發(fā)明構(gòu)思的另一方面，發(fā)熱電阻器104’能夠改善提高的可靠性和延長的使用壽命。
請重又參考圖1和2，噴墨頭基板可以還包括前述的包含發(fā)熱電阻層圖案104、發(fā)熱電阻104’和導(dǎo)線106的支撐結(jié)構(gòu)100之外的其它組件。在支撐結(jié)構(gòu)100和發(fā)熱電阻層圖案104之間可以設(shè)置一熱阻擋層102。熱阻擋層102可覆蓋支撐結(jié)構(gòu)100的整個表面。熱阻擋層102可以由氧化硅層制成且能夠用來防止在發(fā)熱電阻器104’中產(chǎn)生的能量通過支撐結(jié)構(gòu)100遭受損失。另外，可以設(shè)置一鈍化層108來覆蓋發(fā)熱電阻器104’和導(dǎo)線106。鈍化層108能夠用來保護發(fā)熱電阻器104’和導(dǎo)線106避免受到墨水的侵蝕和其它物理損壞。這里，鈍化層108可以由氧化硅(SiO)層，氮化硅(SiN)層或碳化硅(SiC)層制成。在鈍化層108上可以提供一抗空化層110。抗空化層110能夠用來保護發(fā)熱電阻器104避免受到墨水噴射導(dǎo)致的壓力變化造成的損壞。為了實現(xiàn)這個方面，設(shè)置抗空化層110至少與發(fā)熱電阻器104’重疊?？箍栈瘜?10可以由Ta、W、Mo或它們的合金制成，且優(yōu)選由Ta制成。
依據(jù)本總體發(fā)明構(gòu)思的一個方面，噴墨頭基板可以包括由金屬和碳的氮化物制成的發(fā)熱電阻器104’制成。因此，圖1中的發(fā)熱電阻器104’和導(dǎo)線106是作為例子來繪示的，而不應(yīng)僅局限于此。
圖4繪示依照本總體發(fā)明構(gòu)思的另一實施例一噴墨頭的部分平面示意圖，且圖5繪示沿圖4的II-II’線的剖面示意圖。
請參考圖4和5，噴墨打印頭可以包括噴墨頭基板S，和腔室結(jié)構(gòu)C。噴墨頭基板S可能包括如圖1和圖2所述的相同的元件。即噴墨頭基板S可以包括支撐結(jié)構(gòu)300，熱阻擋層302，發(fā)熱電阻層圖案304，發(fā)熱電阻器304’，導(dǎo)線306，鈍化層308和抗空化層310。具有發(fā)熱電阻器304’的發(fā)熱電阻器圖案可以由金屬和碳的氮化物制成。而且，所述金屬和碳的氮化物可以表示為化學(xué)式MxCyNz，其中“M”是金屬，且“X”“Y”和“Z”代表各自組分的原子百分比，即X+Y+Z＝100。在這個實施例中，在化學(xué)式MxCyNz中，X在大約20至80的范圍內(nèi)，Y在大約3至25的范圍內(nèi)，Z在大約10至60的范圍內(nèi)。進一步來說，在實現(xiàn)本總體發(fā)明構(gòu)思的效果中，不同的金屬可以得到無限定地使用。為了獲得本發(fā)明的最佳效果，高熔點金屬或過渡金屬為優(yōu)選，且所述金屬為一從包括鉭(Ta)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鎬(Zr)、鉿(Hf)和它們的合金構(gòu)成的組中選擇其一。在這個實施例中，所述化學(xué)式和組成的發(fā)熱電阻器304’的電阻率為300～2000μΩ·cm。在電阻率范圍內(nèi)，發(fā)熱電阻器304’的厚度可以有一個相對較寬的范圍，如厚度為100～2000。
腔室結(jié)構(gòu)C能夠設(shè)置在噴墨頭基板S上。腔室結(jié)構(gòu)C可以包括一側(cè)壁結(jié)構(gòu)314和材料層318。側(cè)壁結(jié)構(gòu)314能夠界定在其中具有發(fā)熱電阻器304’的墨水腔室312。材料層318可以設(shè)置在側(cè)壁結(jié)構(gòu)314上且具有至少一個孔316，通過該孔墨水被噴出。這里，孔316可以稱為噴嘴，或開口且可以設(shè)置在發(fā)熱電阻器304’之上。側(cè)壁結(jié)構(gòu)314和具有孔316的材料層318可以由不同材料制成。例如，側(cè)壁結(jié)構(gòu)314可以由具有高介電常數(shù)的有機化合物單體或聚合物組成。另外，材料層318可以由含鎳(Ni)為主要成分的金屬板制成。另外，側(cè)壁結(jié)構(gòu)314和材料層318可以由相同的材料一體成形。
圖6和7分別繪示依照本總體發(fā)明構(gòu)思的另一實施例一種制造噴墨頭基板的方法沿圖1的I-I’線的剖面示意圖。
請參考圖1和圖6，制備有支撐結(jié)構(gòu)500。支撐結(jié)構(gòu)500可以為一單晶硅基板。熱阻擋層502可以在支撐結(jié)構(gòu)500上形成。熱阻擋層502可以由氧化硅層形成。另外，熱阻擋層502可以用一眾所周知的熱氧化法或一眾所周知的化學(xué)氣態(tài)沉積(CVD)法形成。發(fā)熱電阻層503可以被形成在熱阻擋層102上。發(fā)熱電阻層503能夠由金屬和碳的氮化物制成。所述金屬和碳的氮化物可以表示為化學(xué)式MxCyNz，其中“M”是金屬，且“X”、“Y”和“Z”代表各自組分的原子百分比，即X+Y+Z＝100。在這個實施例中，在化學(xué)式MxCyNz中，X在大約20至80的范圍內(nèi)，Y在大約3至25的范圍內(nèi)，Z在大約10至60的范圍內(nèi)。進一步來說，在實現(xiàn)本總體發(fā)明構(gòu)思的效果中，不同的金屬可以無限定地得到使用。為了獲得本發(fā)明的最佳效果，高熔點金屬或過渡金屬為優(yōu)選，且此金屬為一從由鉭(Ta)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鎬(Zr)、鉿(Hf)和它們的合金構(gòu)成的組中選擇其一。在這個實施例中，所述化學(xué)式和組成的發(fā)熱電阻層503的電阻率為300～2000μΩ·cm。在電阻率范圍內(nèi)，發(fā)熱電阻層503的厚度可以有一個相對較寬的范圍，特別是厚度為100～2000。
發(fā)熱電阻層503可以優(yōu)選使用一種原子層沉積(ALD)法形成。原子層沉積(ALD)法是在輪換化學(xué)吸附、表面反應(yīng)和副產(chǎn)物退吸的基礎(chǔ)上一種形成原子層薄膜的方法。當發(fā)熱電阻層503用ALD法形成時，原子層薄膜的組成能夠得到精確控制而且因此發(fā)熱電阻層503的電阻率能夠容易得到控制。在這個實施例中，發(fā)熱電阻層503可以用等離子強化原子層沉積法(PEALD)形成，其中反應(yīng)物之間的反應(yīng)進行地更加活躍。
下文解釋了采用ALD方法形成由TaxCyNz制成的發(fā)熱電阻層503的工藝過程。首先，反應(yīng)器的溫度和壓強能夠分別保持在300～400℃和10-1～10托。然后，鉭源、碳源和氮源通過分時被注入反應(yīng)器。此時，一種含TaCl5的有機金屬可以用作鉭源，且甲烷氣體(CH4)和氨氣(NH3)可以分別用作碳源和氮源。另外，當每一源被注入反應(yīng)器后，在下一個源被注入之前進行一清洗過程。所述清洗過程可以通過在反應(yīng)器中注入惰性氣體，如氬氣(Ar)來進行。這樣，發(fā)熱電阻層503可以通過重復(fù)上述工藝過程得到一期望的厚度。
另外，發(fā)熱電阻層503可以通過反應(yīng)濺射法、CVD法或金屬有機化合物化學(xué)氣態(tài)沉積(MOCVD)法形成。在反應(yīng)濺射法的情況下，發(fā)熱電阻層503可以通過在N2和CH4氣體的一混合環(huán)境下使用一金屬粉末作為靶材或在N2氣環(huán)境下使用金屬和碳粉作為靶材來形成。靶材中的金屬為一從由鉭(Ta)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鎬(Zr)、鉿(Hf)和它們的合金構(gòu)成的組中選擇其一。
請參考圖1和圖7，當發(fā)熱電阻層503形成后，一線路導(dǎo)電層可以在發(fā)熱電阻層503上形成。所述線路導(dǎo)電層可能由一種導(dǎo)電材料制成，如鋁(Al)、金(Au)、銅(Cu)、鎢(W)、鉑(Pt)等等。所述線路導(dǎo)電層可以用濺射或CVD方法形成。然后，所述線路導(dǎo)電層和發(fā)熱電阻層503能夠被圖案化以形成一線路導(dǎo)電層圖案和一發(fā)熱電阻層圖案504，且在熱阻擋層502上依次堆疊。圖案所述線路導(dǎo)電層和發(fā)熱電阻層503的工藝可以通過使用光刻工藝或干法刻蝕工藝進行。然后，所述線路導(dǎo)電層圖案能夠被選擇性地去除而形成暴露發(fā)熱電阻層圖案504的一預(yù)定區(qū)域的導(dǎo)線506。這樣，發(fā)熱電阻器504’能夠在被導(dǎo)線506所暴露的那部分發(fā)熱電阻層圖案504處被定義。選擇性去除所述線路導(dǎo)電層圖案的工藝可以通過使用光刻工藝或干法刻蝕工藝進行。
然后，鈍化層508形成在導(dǎo)線506和發(fā)熱電阻器504’上形成。鈍化層508可以由氧化硅層，氮化硅層或碳化硅層形成。例如，在鈍化層由氮化硅層形成的情況下，氮化硅層可以通過用等離子強化化學(xué)氣態(tài)沉積(PEVCD)法形成。另外，在鈍化層508上可以形成抗空化層(anti-cavitation layer)510?？箍栈瘜?10可以由Ta、W、Mo或它們的合金制成，且可以由Ta形成。例如，形成Ta的抗空化層510的工藝如下。Ta層可通過濺射法在鈍化層508上形成。然后，Ta層能夠被圖案化以形成至少重疊于圖7所示的發(fā)熱電阻器504的抗空化層510。Ta層可以通過光刻工藝或干法刻蝕工藝被圖案化。
如上所述，依據(jù)本總體發(fā)明構(gòu)思的此實施例，在噴墨頭基板和噴墨頭中，產(chǎn)生熱能以噴射墨水的發(fā)熱電阻器由金屬和碳的氮化物制成。
在本總體發(fā)明構(gòu)思的此實施例中，所述發(fā)熱電阻具有一高電阻率從而其面積可以得到減小，因此實現(xiàn)高的打印清晰度。
另外，所述噴墨記錄設(shè)備的驅(qū)動電流可以得到減小，從而在能量需求上具有優(yōu)勢。
另外，所述發(fā)熱電阻器具有強化的熱/機耐性，因此改善了可靠性和使用壽命。
雖然本總體發(fā)明構(gòu)思的一些實施例得到了展示和說明，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本總體發(fā)明構(gòu)思的原則和精神范圍內(nèi)，可在這些實施例中作更動，其保護范圍以后附的權(quán)利要求及等效要求界定。
權(quán)利要求
1.一種與一噴墨頭使用的噴墨頭基板，包括一支撐結(jié)構(gòu)；和至少一個設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)上的發(fā)熱電阻器以產(chǎn)生熱能來噴射墨水，其中發(fā)熱電阻器由金屬和碳的氮化物制成。
2.如權(quán)利要求1所述的噴墨頭基板，其中所述金屬和碳的氮化物以化學(xué)式MxCyNZ表示，其中M是金屬，X在大約20至80的范圍內(nèi)，Y在大約3至25的范圍內(nèi)，Z在大約10至60的范圍內(nèi)，且X+Y+Z＝100。
3.如權(quán)利要求2所述的噴墨頭基板，其中所述金屬從由Ta、W、Cr、Mo、Ti、Zr、Hf和它們的組合構(gòu)成的組中選擇其一。
4.如權(quán)利要求2所述的噴墨頭基板，其中所述發(fā)熱電阻器的電阻率為300～2000μΩ·cm。
5.如權(quán)利要求2所述的噴墨頭基板，其中所述發(fā)熱電阻器的厚度是100～2000。
6.如權(quán)利要求1所述的噴墨頭基板，還包括一熱阻擋層，至少設(shè)置在所述支撐結(jié)構(gòu)和所述發(fā)熱電阻器之間；導(dǎo)線，電連接到所述發(fā)熱電阻器以向發(fā)熱電阻器提供一電信號來產(chǎn)生熱能；一鈍化層，覆蓋所述發(fā)熱電阻器和所述導(dǎo)線；一抗空化層，設(shè)置在所述鈍化層上以至少重疊于所述發(fā)熱電阻器。
7.一種噴墨頭包括一噴墨頭基板，具有一支撐結(jié)構(gòu)和設(shè)置在所述支撐結(jié)構(gòu)上的至少一個發(fā)熱電阻器以產(chǎn)生熱能來噴射墨水，其中所述發(fā)熱電阻器由金屬和碳的氮化物制成。一腔室結(jié)構(gòu)，設(shè)置在噴墨頭基板上以界定該發(fā)熱電阻器在其內(nèi)的至少一個墨水腔室，而且具有至少一孔，通過該孔墨水被噴射。
8.如權(quán)利要求7所述的噴墨頭，其中所述金屬和碳的氮化物以化學(xué)式MxCyNZ表示，其中M是金屬，X在大約20至80的范圍內(nèi)，Y在大約3至25的范圍內(nèi)，Z在大約10至60的范圍內(nèi)，且X+Y+Z＝100。
9.如權(quán)利要求8所述的噴墨頭，其中所述金屬從由Ta、W、Cr、Mo、Ti、Zr、Hf和它們的組合構(gòu)成的組中選擇其一。
10.如權(quán)利要求8所述的噴墨頭，其中所述發(fā)熱電阻器的電阻率為300～2000μΩ·cm。
11.如權(quán)利要求8所述的噴墨頭，其中所述發(fā)熱電阻器的厚度是100～2000。
12.如權(quán)利要求7所述的噴墨頭，還包括一熱阻擋層，至少設(shè)置在所述支撐結(jié)構(gòu)和所述發(fā)熱電阻器之間；導(dǎo)線，電連接到所述發(fā)熱電阻器以向發(fā)熱電阻器提供一電信號來產(chǎn)生熱能；一鈍化層，覆蓋所述發(fā)熱電阻器和所述導(dǎo)線；一抗空化層，設(shè)置在所述鈍化層上以至少重疊于所述發(fā)熱電阻器。
13.如權(quán)利要求7所述的噴墨頭，其中所述腔室結(jié)構(gòu)包括一側(cè)壁結(jié)構(gòu)，界定所述墨水腔室的側(cè)壁；和一材料層，設(shè)置在所述側(cè)壁結(jié)構(gòu)上以形成所述墨水腔室的一個表面且具有至少一個孔，通過該孔墨水被噴射。
14.一種制造一噴墨頭基板的方法，該方法包括以下步驟制備一支撐結(jié)構(gòu)；和在所述支撐結(jié)構(gòu)上形成由金屬和碳的氮化物制成的一發(fā)熱電阻層，其中金屬和碳的氮化物以化學(xué)式MxCyNZ表示，其中M是金屬，X在大約20至80的范圍內(nèi)，Y在大約3至25的范圍內(nèi)，Z在大約10至60的范圍內(nèi)，且X+Y+Z＝100。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述金屬從由Ta、W、Cr、Mo、Ti、Zr、Hf和它們的組合構(gòu)成的組中選擇其一。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述發(fā)熱電阻層采用原子層沉積(ALD)法形成。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中當所述金屬是Ta時，所述發(fā)熱電阻層通過使用一種含TaCl5的有機金屬化合物作為金屬源并且使用甲烷氣體(CH4)和氨氣(NH3)分別作為碳源和氮源在溫度和壓強分別是大約300～400℃和大約10-1～10托的反應(yīng)器中形成。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述發(fā)熱電阻層通過反應(yīng)濺射法形成，其在N2和CH4氣體的混合環(huán)境下使用金屬粉末作為靶材或在N2氣環(huán)境下使用金屬-碳粉作為靶材。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括在形成所述發(fā)熱電阻層之前在所述支撐結(jié)構(gòu)上形成一熱阻擋層。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，還包括在形成所述發(fā)熱電阻層之后在所述發(fā)熱電阻層上形成一線路導(dǎo)電層；圖案化所述線路導(dǎo)電層和所述發(fā)熱電阻層以形成一線路導(dǎo)電層圖案和一發(fā)熱電阻層圖案；選擇性地去除所述線路導(dǎo)電層圖案以形成一暴露所述發(fā)熱電阻層圖案的一預(yù)定區(qū)域的導(dǎo)線，同時在被所述導(dǎo)線暴露的所述發(fā)熱電阻層圖案的一部分處界定一發(fā)熱電阻器；形成一鈍化層以覆蓋所述導(dǎo)線和所述發(fā)熱電阻器；和形成一抗空化層以至少與在所述鈍化層上的所述發(fā)熱電阻層重疊。
21.一種噴墨頭，包括一噴墨頭基板，具有一支撐結(jié)構(gòu)；一發(fā)熱電阻層圖案，其形成在所述支撐結(jié)構(gòu)上并且由包括金屬成分、碳和氮的一種化合物制成；一導(dǎo)電層，形成在所述發(fā)熱電阻層圖案的一第一和一第二部分上以形成導(dǎo)線；一鈍化層，形成在所述導(dǎo)電層的所述導(dǎo)線和設(shè)置在所述第一和第二部分之間的所述發(fā)熱電阻層圖案的一第三部分上；和一抗空化層，形成在所述鈍化層上；和一腔室結(jié)構(gòu)，形成在所述噴墨頭基板上以界定一墨水腔室和相應(yīng)于所述發(fā)熱電阻層圖案的第三部分的一噴嘴。
22.一種制造噴墨頭的方法，包括在一支撐結(jié)構(gòu)上形成由包括金屬成分、碳和氮的一種化合物制成的一發(fā)熱電阻層圖案；在所述發(fā)熱電阻層圖案的一第一和一第二部分上形成一導(dǎo)電層以形成導(dǎo)線；在所述導(dǎo)電層和設(shè)置在所述第一和第二部分之間的發(fā)熱電阻層圖案的一第三部分上形成一鈍化層；和在所述鈍化層上形成具有一墨水腔室和相應(yīng)于所述發(fā)熱電阻層圖案的第三部分的一噴嘴。
全文摘要
本發(fā)明涉及一噴墨頭基板，一噴墨頭和制造所述噴墨頭基板的方法。所述噴墨頭基板包括一支撐結(jié)構(gòu)和至少一個設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)上的發(fā)熱電阻器以產(chǎn)生熱能來噴射墨水且由金屬和碳的氮化物制成。金屬和碳的氮化物以化學(xué)式M
文檔編號B41J2/16GK1666871SQ20051005279
公開日2005年9月14日 申請日期2005年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月11日
發(fā)明者閔在植, 樸性俊, 河龍雄 申請人:三星電子株式會社