專(zhuān)利名稱(chēng)：流體噴射裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體噴射裝置的制造方法，尤其涉及一種具表面平整的鈍化層的流體噴射裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
目前流體噴射裝置大多應(yīng)用于噴墨頭、燃料噴射器等組件上，其中噴墨頭更是大量的使用熱致氣泡式設(shè)計(jì)。
圖1顯示一種公知美國(guó)專(zhuān)利No.6102530的單片流體噴射裝置1，其以一硅襯底10作為本體，且在硅襯底10上形成一結(jié)構(gòu)層12，而在硅襯底10和結(jié)構(gòu)層12的間形成一流體腔14，用以容納流體26；而在結(jié)構(gòu)層12上設(shè)有一第一加熱器20、以及一第二加熱器22，第一加熱器20用以在流體腔14內(nèi)產(chǎn)生一第一氣泡30，第二加熱器22用以在流體腔14內(nèi)產(chǎn)生一第二氣泡32，以將流體腔14內(nèi)的流體26射出。
由于單片流體噴射裝置1具有虛擬氣閥(virtual valve)的設(shè)計(jì)，并擁有高排列密度、低交互干擾、低熱量損失的特性，且無(wú)須另外利用組裝方式接合噴孔片，因此可以降低生產(chǎn)成本。
然而，在公知的單片流體噴射裝置1中，結(jié)構(gòu)層12主要由低應(yīng)力的氧化硅所組成，在工藝上，其厚度有所限制，因此對(duì)于整體結(jié)構(gòu)的壽命有影響，且由于受氣泡擠壓而飛離裝置的液滴因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)層12厚度不足，而會(huì)有方向無(wú)法導(dǎo)正的缺點(diǎn)；其次，加熱器20、22位于結(jié)構(gòu)層12的上，產(chǎn)生的熱量可大量的傳導(dǎo)到流體腔內(nèi)的流體26，但是相對(duì)的仍有部分的殘余熱量會(huì)累積在結(jié)構(gòu)層12上，間接影響到系統(tǒng)的操作頻率。
基于上述缺點(diǎn)，因而需要一種能有效地移除殘余熱量，并增加整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的流體噴射裝置，通過(guò)在結(jié)構(gòu)層之上覆蓋金屬層，利用金屬層良好的導(dǎo)熱性，達(dá)到消除殘余熱量，并增加整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的目的。公知的金屬層材料可為金、白金、鎳或是鎳合金，利用電鍍工藝形成于結(jié)構(gòu)層上。然而，在形成金屬電鍍層之前需先形成一起始層。在后續(xù)形成噴孔步驟之前，先去除該起始層。但是無(wú)論用濕法蝕刻或干法蝕刻皆會(huì)造成金屬電鍍層的表面粗糙度過(guò)大，使得流體噴射裝置在使用時(shí)，造成累積液體于表面，導(dǎo)致液滴飛行方向偏離。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種流體噴射裝置的制造方法，通過(guò)形成一蝕刻保護(hù)層于金屬結(jié)構(gòu)層上，使得在去除該起始層時(shí)，避免金屬結(jié)構(gòu)層的表面粗糙度過(guò)大，而改善流體噴出穩(wěn)定性。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供一種流體噴射裝置的制造方法，包括下列步驟提供一襯底；形成一圖案化犧牲層于襯底的一第一面上；形成一圖案化第一結(jié)構(gòu)層于襯底上，且覆蓋圖案化犧牲層；形成至少一流體致動(dòng)裝置于第一結(jié)構(gòu)層上；形成一第一鈍化層于第一結(jié)構(gòu)層上并覆蓋流體致動(dòng)裝置；形成一起始層保形地(conformably)覆蓋在第一鈍化層上；形成一圖案化第一光致抗蝕劑層覆蓋一噴孔及一接觸開(kāi)口的預(yù)定位置，露出起始層表面；形成一第二結(jié)構(gòu)層于起始層上；形成一蝕刻保護(hù)層于第二結(jié)構(gòu)層上；去除第一光致抗蝕劑層，以于噴孔位置處形成一開(kāi)口，露出起始層；去除噴孔位置處的起始層；形成一流體通道于襯底的一第二面，露出犧牲層；去除犧牲層以形成一流體腔；以及沿開(kāi)口依次蝕刻鈍化層及第一結(jié)構(gòu)層，以形成鄰近流體致動(dòng)裝置且與流體腔連通的一噴孔。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明還提供一種流體噴射裝置的制造方法，包括下列步驟形成一圖案化犧牲層于一襯底的第一面上；形成一圖案化第一結(jié)構(gòu)層于襯底上，且覆蓋圖案化犧牲層；形成至少一流體致動(dòng)裝置于第一結(jié)構(gòu)層上；形成一第一鈍化層于第一結(jié)構(gòu)層上并覆蓋流體致動(dòng)裝置；形成一起始層保形地覆蓋在第一鈍化層上；形成一圖案化第一光致抗蝕劑層覆蓋一噴孔及一接觸開(kāi)口的預(yù)定位置，露出起始層表面；形成一第二結(jié)構(gòu)層于起始層上；去除第一光致抗蝕劑層，以于噴孔位置處形成一開(kāi)口，露出起始層；保形地形成一蝕刻保護(hù)層于第二結(jié)構(gòu)層上；去除噴孔位置處的起始層；去除蝕刻保護(hù)層；形成一流體通道于襯底的一第二面，以露出犧牲層；去除犧牲層以形成一流體腔；以及沿開(kāi)口依次蝕刻鈍化層及第一結(jié)構(gòu)層，以形成一鄰近流體致動(dòng)裝置且與流體腔相連通的噴孔。


以下配合圖式以及優(yōu)選實(shí)施例，以更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
圖1顯示一種公知的單片流體噴射裝置；圖2A～2F說(shuō)明本實(shí)施例的一種流體噴射裝置的制造方法示意圖；圖3A～3D為本發(fā)明的流體噴射裝置的第二實(shí)施例的制造方法示意圖；以及圖4A～4D為本發(fā)明的流體噴射裝置的第三實(shí)施例的制造方法示意圖。
符號(hào)說(shuō)明公知部分(圖1)1～單片流體噴射裝置；10～硅襯底；12～結(jié)構(gòu)層；14～流體腔；20～第一加熱器；22～第二加熱器；26～流體通道；30～第一氣泡；32～第二氣泡。
本案部分(圖2A～4D)200、300、400～襯底；210、310、410～犧牲層；220、320、420～第一結(jié)構(gòu)層；230、330、430～第一鈍化層；240、340、440～流體致動(dòng)裝置；242、342、442～第一加熱器；244、344、444～第二加熱器；250、350、450～電鍍起始層；260、360、460～第一光致抗蝕劑層；265、365、465～開(kāi)口；
265’、365’、465’～噴孔；270、370、470～第二結(jié)構(gòu)層；280、380、480～蝕刻保護(hù)層；385～第二光致抗蝕劑層；290、390、490～流體通道；295、395、495～流體腔。
具體實(shí)施例方式
第一實(shí)施例圖2A-2F為顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的流體噴射裝置的工藝剖面示意圖。請(qǐng)參閱圖2A，提供一襯底200，例如單晶硅襯底，且在襯底200上形成一圖案化犧牲層210。犧牲層210為由例如化學(xué)氣相沉積(CVD)法所沉積的硼硅酸磷玻璃(BPSG)、硅酸磷玻璃(PSG)或其它氧化硅材料。接著，保形地形成一圖案化第一結(jié)構(gòu)層220于襯底200上，且覆蓋圖案化犧牲層210。第一結(jié)構(gòu)層220可以是由化學(xué)氣相沉積法(CVD)所形成的低應(yīng)力氮氧化硅(SiON)層，或低應(yīng)力氮化硅層，其應(yīng)力介于100～200MPa。接著，形成一流體致動(dòng)裝置240于第一結(jié)構(gòu)層220上。流體致動(dòng)裝置240優(yōu)選為由電阻層所構(gòu)成的加熱器，其中電阻層為由物理氣相沉積法(PVD)，例如蒸鍍、濺鍍法或反應(yīng)性濺鍍法，形成的如HfB2、TaAl、TaN或其它電阻材料。接著，在第一結(jié)構(gòu)層220上形成一鈍化層230，覆蓋流體致動(dòng)裝置240。鈍化層230的材料可以為化學(xué)氣相沉積法所形成的氧化硅。接著，在鈍化層230上形成一電鍍起始層250(under bump metal，UMB)。電鍍起始層250可為薄的TiW/Au層或薄的Cr/Cu層。
在本實(shí)施例中，流體致動(dòng)裝置240包括一第一加熱器242、以及一第二加熱器244，第一加熱器242用以在流體腔內(nèi)產(chǎn)生一第一氣泡(參考圖1)，第二加熱器244與第一加熱器242分別位于噴孔的相對(duì)側(cè)。
上述流體致動(dòng)裝置240還包括一信號(hào)傳送線路(未圖示)，形成于第一結(jié)構(gòu)層220與鈍化層330之間，連接驅(qū)動(dòng)流體致動(dòng)裝置的電路。信號(hào)傳送線路為利用物理氣相沉積法(PVD)沉積于第一結(jié)構(gòu)層上的一圖案化導(dǎo)電層，例如Al、Cu、AlCu或其它導(dǎo)線材料。
請(qǐng)參閱圖2B，進(jìn)行平版印刷工藝形成圖案化第一光致抗蝕劑層260于噴孔及接觸開(kāi)口的預(yù)定位置，露出電鍍起始層250的表面。
請(qǐng)參閱圖2C，形成一第二結(jié)構(gòu)層270于電鍍起始層250之上。第二結(jié)構(gòu)層270的材料為一金屬層，包括金或金合金。第二結(jié)構(gòu)層270可由電鍍、電鑄或無(wú)電鍍等方式形成。接著，形成一蝕刻保護(hù)層280于第二結(jié)構(gòu)層270上。蝕刻保護(hù)層280的作用在于，保護(hù)第二結(jié)構(gòu)層270在蝕刻電鍍起始層250步驟中，表面不會(huì)被蝕刻液侵蝕而變粗糙。蝕刻保護(hù)層280的材料為一金屬層，包括鎳、鉻、銅或上述金屬的合金。蝕刻保護(hù)層280可由電鍍、電鑄或無(wú)電鍍等方式形成。另外，蝕刻保護(hù)層280的材料也可以為光致抗蝕劑材料。該光致抗蝕劑材料不同于第一光致抗蝕劑層260，對(duì)于光致抗蝕劑去除液具高選擇比，亦即需用不同的光致抗蝕劑去除液去除。
請(qǐng)參閱圖2D，去除第一光致抗蝕劑層260，于噴孔預(yù)定位置處留下一開(kāi)口265，露出噴孔及接觸開(kāi)口預(yù)定位置處的電鍍起始層250表面。
請(qǐng)參閱圖2E，去除開(kāi)口265位置處的起始層250。去除起始層250可用濕法蝕刻或干法蝕刻進(jìn)行。濕法蝕刻以碘化鉀溶液去除起始層250。干法蝕刻系以反應(yīng)離子蝕刻法(RIE)去除起始層250。由于有蝕刻保護(hù)層280的保護(hù)，使得第二結(jié)構(gòu)層270不會(huì)受到蝕刻過(guò)程的影響而仍保持表面平整。接著，去除蝕刻保護(hù)層280。
請(qǐng)參閱圖2F，以濕法蝕刻工藝蝕刻襯底200的背面形成一流體通道290，且露出犧牲層210。然后，再蝕刻犧牲層210以形成一流體腔295并擴(kuò)大成為擴(kuò)大的流體腔。
接著，沿開(kāi)口265，依次蝕刻保護(hù)層230及第一結(jié)構(gòu)層220，以形成鄰近流體致動(dòng)裝置240且與流體腔295連通的一噴孔265’，以完成本發(fā)明實(shí)施例的流體噴射裝置的制作。
第二實(shí)施例圖3A-3D為顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的流體噴射裝置的工藝剖面示意圖。請(qǐng)參閱圖3A，提供如圖2C所示的結(jié)構(gòu)，其形成方法如第一實(shí)施例所述。接著，在蝕刻保護(hù)層380上形成一第二光致抗蝕劑層385，露出第一光致抗蝕劑層360。第二光致抗蝕劑層385的材料不同于第一光致抗蝕劑層360，對(duì)于光致抗蝕劑去除液具高選擇比，亦即需用不同的光致抗蝕劑去除液去除。
請(qǐng)參閱圖3B，去除第一光致抗蝕劑層360，于噴孔預(yù)定位置處留下一開(kāi)口365，露出噴孔及接觸開(kāi)口預(yù)定位置處的電鍍起始層350表面。接著，去除開(kāi)口365位置處的起始層350。去除起始層350可用濕法蝕刻或干法蝕刻進(jìn)行。濕法蝕刻以碘化鉀溶液去除起始層350。干法蝕刻以反應(yīng)離子蝕刻法(RIE)去除起始層350。由于有第二光致抗蝕劑層385及蝕刻保護(hù)層380的保護(hù)，使得第二結(jié)構(gòu)層370不會(huì)受到蝕刻過(guò)程的影響而仍保持表面平整。接著，依次去除第二光致抗蝕劑層385及蝕刻保護(hù)層280，如圖3C所示。
請(qǐng)參閱圖3D，以濕法蝕刻工藝蝕刻襯底300的背面形成一流體通道390，且露出犧牲層310。然后，再蝕刻犧牲層310以形成一流體腔395并擴(kuò)大成為擴(kuò)大的流體腔。
接著，沿開(kāi)口365，依次蝕刻鈍化層330及第一結(jié)構(gòu)層320，以形成一鄰近流體致動(dòng)裝置340且與流體腔395連通的噴孔365’，以完成本發(fā)明實(shí)施例的流體噴射裝置的制作。
第三實(shí)施例圖4A-4D為顯示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的流體噴射裝置的工藝剖面示意圖。請(qǐng)參閱圖4A，提供如圖2C所示的結(jié)構(gòu)，其形成方法如第一實(shí)施例所述。
請(qǐng)參閱圖4B，去除第一光致抗蝕劑層460，于噴孔預(yù)定位置處留下一開(kāi)口465，露出噴孔及接觸開(kāi)口預(yù)定位置處的電鍍起始層450表面。
請(qǐng)參閱圖4C，保形地形成一蝕刻保護(hù)層480于第二結(jié)構(gòu)層470的表面。接著，去除開(kāi)口365位置處的起始層450。去除起始層450可用濕法蝕刻或干法蝕刻進(jìn)行。濕法蝕刻以碘化鉀溶液去除起始層450。干法蝕刻以反應(yīng)離子蝕刻法(RIE)去除起始層450。由于有蝕刻保護(hù)層480的保護(hù)，使得第二結(jié)構(gòu)層470不會(huì)受到蝕刻過(guò)程的影響而仍保持表面平整。
請(qǐng)參閱圖4D，去除蝕刻保護(hù)層480。接著，以濕法蝕刻工藝蝕刻襯底400的背面形成一流體通道490，且露出犧牲層410。然后，再蝕刻犧牲層410以形成一流體腔495并擴(kuò)大成為擴(kuò)大的流體腔。
接著，沿開(kāi)口465，依次蝕刻鈍化層430及第一結(jié)構(gòu)層420，以形成一鄰近流體致動(dòng)裝置440且與流體腔495連通的噴孔465’，以完成本發(fā)明實(shí)施例的流體噴射裝置的制作。
本發(fā)明的特征與效果在于，在金屬結(jié)構(gòu)層上形成蝕刻保護(hù)層，使得在去除電鍍起始層時(shí)，由于有蝕刻保護(hù)層的保護(hù)，金屬結(jié)構(gòu)層不會(huì)受到蝕刻過(guò)程的影響而仍保持表面平整，可避免金屬結(jié)構(gòu)層的表面粗糙度過(guò)大，使飛離液滴的脫離方向更加穩(wěn)定，而增進(jìn)流體噴出穩(wěn)定性。
雖然本發(fā)明已以?xún)?yōu)選實(shí)施例公開(kāi)如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(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的制造方法，包括下列步驟提供一襯底；在所述襯底的一第一面上形成一圖案化犧牲層；在所述襯底上形成一圖案化第一結(jié)構(gòu)層，且覆蓋所述圖案化犧牲層；在所述第一結(jié)構(gòu)層上形成至少一流體致動(dòng)裝置；在所述第一結(jié)構(gòu)層上形成一第一鈍化層并覆蓋所述流體致動(dòng)裝置；形成一起始層保形地覆蓋在所述第一鈍化層上；形成一圖案化第一光致抗蝕劑層覆蓋一噴孔及一接觸開(kāi)口的預(yù)定位置，露出所述起始層表面；在所述起始層上形成一第二結(jié)構(gòu)層；在所述第二結(jié)構(gòu)層上形成一蝕刻保護(hù)層；去除所述第一光致抗蝕劑層，以在噴孔位置處形成一開(kāi)口，露出所述起始層；去除噴孔位置處的所述起始層；在所述襯底的一第二面形成一流體通道，露出所述犧牲層；去除所述犧牲層以形成一流體腔；以及沿該開(kāi)口依次蝕刻所述鈍化層及所述第一結(jié)構(gòu)層，以形成一鄰近該流體致動(dòng)裝置且與該流體腔連通的噴孔。
2.如權(quán)利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述第一結(jié)構(gòu)層為一低應(yīng)力氮化硅層或一低應(yīng)力氮氧化硅層。
3.如權(quán)利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述第一鈍化層為一氧化硅層。
4.如權(quán)利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述起始層的材料包括鎢化鈦與金的復(fù)合層。
5.如權(quán)利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述第二結(jié)構(gòu)層具有平滑的表面。
6.如權(quán)利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述第二結(jié)構(gòu)層為金或金合金層。
7.如權(quán)利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述第二結(jié)構(gòu)層的形成方法包括電鍍、電鑄或無(wú)電鍍。
8.如權(quán)利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述蝕刻保護(hù)層的材料包括鎳、鉻、銅或上述金屬的合金。
9.如權(quán)利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述蝕刻保護(hù)層的材料包括一光致抗蝕劑材料。
10.如權(quán)利要求8所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述蝕刻保護(hù)層的形成方法包括電鍍、電鑄或無(wú)電鍍。
11.如權(quán)利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述起始層以碘化鉀蝕刻液去除。
12.如權(quán)利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，還包括形成一第二光致抗蝕劑層覆蓋所述蝕刻保護(hù)層，露出所述第一光致抗蝕劑層，并在去除所述起始層后去除所述第二光致抗蝕劑層。
13.一種流體噴射裝置的制造方法，包括下列步驟在一襯底的一第一面上形成一圖案化犧牲層；在所述襯底上形成一圖案化第一結(jié)構(gòu)層，且覆蓋所述圖案化犧牲層；在所述第一結(jié)構(gòu)層上形成至少一流體致動(dòng)裝置；在所述第一結(jié)構(gòu)層上形成一第一鈍化層并覆蓋所述流體致動(dòng)裝置；形成一起始層保形地覆蓋在所述第一鈍化層上；形成一圖案化第一光致抗蝕劑層覆蓋一噴孔及一接觸開(kāi)口的預(yù)定位置，露出所述起始層表面；在所述起始層上形成一第二結(jié)構(gòu)層；去除所述第一光致抗蝕劑層，以在噴孔位置處形成一開(kāi)口，露出所述起始層；在所述第二結(jié)構(gòu)層上保形地形成一蝕刻保護(hù)層；去除噴孔位置處的所述起始層；去除所述蝕刻保護(hù)層；在所述襯底的一第二面形成一流體通道，以露出所述犧牲層；去除所述犧牲層以形成一流體腔；以及沿該開(kāi)口依次蝕刻所述鈍化層及所述第一結(jié)構(gòu)層，以形成一鄰近所述流體致動(dòng)裝置且與所述流體腔連通的噴孔。
14.如權(quán)利要求13所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述第一結(jié)構(gòu)層為一低應(yīng)力氮化硅層或一低應(yīng)力氮氧化硅層。
15.如權(quán)利要求13所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述第一鈍化層為一氧化硅層。
16.如權(quán)利要求13所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述起始層的材料包括鎢化鈦與金的復(fù)合層。
17.如權(quán)利要求13所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述第二結(jié)構(gòu)層為金或金合金層。
18.如權(quán)利要求13所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述第二結(jié)構(gòu)層的形成方法包括電鍍、電鑄或無(wú)電鍍。
19.如權(quán)利要求13所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述蝕刻保護(hù)層的材料包括鎳、鉻、銅或上述金屬的合金。
20.如權(quán)利要求19所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述蝕刻保護(hù)層的形成方法包括電鍍、電鑄或無(wú)電鍍。
21.如權(quán)利要求13所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述起始層以碘化鉀蝕刻液去除。
全文摘要
提供一種流體噴射裝置的制造方法，包括在襯底上形成圖案化犧牲層。在襯底上形成圖案化第一結(jié)構(gòu)層，覆蓋圖案化犧牲層。在第一結(jié)構(gòu)層上形成至少一流體致動(dòng)裝置。在第一結(jié)構(gòu)層上形成第一鈍化層，覆蓋流體致動(dòng)裝置。形成起始層保形地性覆蓋第一鈍化層。形成圖案化第一光致抗蝕劑層覆蓋噴孔及接觸開(kāi)口的預(yù)定位置，露出起始層表面。在起始層上形成第二結(jié)構(gòu)層。在第二結(jié)構(gòu)層上形成蝕刻保護(hù)層。去除第一光致抗蝕劑層，以于噴孔位置處形成開(kāi)口，露出起始層。去除噴孔位置處的起始層。在襯底的第二面形成流體通道，以露出犧牲層。去除犧牲層以形成流體腔。沿開(kāi)口依次蝕刻鈍化層及第一結(jié)構(gòu)層，以形成鄰近流體致動(dòng)裝置且與流體腔連通的噴孔。
文檔編號(hào)B41J2/16GK1872556SQ2005100759
公開(kāi)日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2005年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月1日
發(fā)明者胡宏盛, 陳葦霖, 徐聰平, 徐德榮 申請(qǐng)人:明基電通股份有限公司