流體噴出設備的制造方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]噴墨技術被廣泛用于快速精確地分配小量的流體。噴墨通過在燃燒室中制造高壓的短脈沖從噴嘴噴出小滴的液體。在打印過程中，這個噴出過程每秒鐘可以重復幾千次。在燃燒室中制造壓力的一種方式是在燃燒室中加熱油墨。熱噴墨(TIJ)設備包括燃燒室中的加熱元件(例如，電阻器)。電流通過加熱元件，從而噴出液滴。隨著加熱元件產(chǎn)生熱量，燃燒室中流體的一小部分被蒸發(fā)。蒸汽迅速擴張，促使小液滴離開燃燒室和噴嘴。然后電流被關斷，并且加熱元件冷卻。蒸汽氣泡迅速崩塌，將更多流體汲取到燃燒室。
【附圖說明】
[0002]結合附圖對本發(fā)明的一些實施例進行描述。
[0003]圖1是根據(jù)示例實施方式的流體噴出設備的一部分的截面圖。
[0004]圖2是根據(jù)示例實施方式的流體噴出設備的電阻器部分的截面圖。
[0005]圖3-5描繪根據(jù)示例實施方式的流體噴出設備的電阻器部分的俯視圖。
[0006]圖6是根據(jù)另一示例實施方式的流體噴出設備的一部分的截面圖。
[0007]圖7是根據(jù)另一示例實施方式的流體噴出設備的電阻器部分的截面圖。
【具體實施方式】
[0008]圖1是根據(jù)不例實施方式的流體噴出設備的一部分的截面圖。流體噴出設備100可以在例如熱噴墨(TIJ)打印頭中使用。流體噴出設備100包括基底102、薄膜疊層150和在薄膜疊層150上形成的腔室152。腔室152在各自沉積于薄膜疊層150上的阻擋層128和平板層130內(nèi)形成。腔室152與噴嘴132流體連接。腔室152被配置為容納能夠從噴嘴132噴出的流體(如，油墨)。
[0009]基底102是具有摻雜區(qū)的半導體基底，例如摻雜區(qū)108和摻雜區(qū)110。摻雜區(qū)108和摻雜區(qū)110可以形成晶體管的源極和漏極。薄膜疊層150包括以圖案沉積在基底102上的多個層。薄膜疊層150中的各層可以采用已知的半導體沉積和加工技術沉積和圖案化?？梢岳斫獾氖牵瑘D1示意性示出薄膜疊層，并忽略了拓撲細節(jié)，例如在各層沉積在基底102上時層的變化的高度和厚度。在這樣的細節(jié)對于理解示例實施方式是必要的時，將在以下描述的后續(xù)附圖中更詳細地示出它們。
[0010]在示例中，薄膜疊層150包括柵氧化物(GOX)層112、多晶硅層114、介電層104、金屬層118、介電層106和金屬層123。GOX層112是在基底102上圖案化的第一層。多晶硅層114被圖案化在GOX層112上。多晶硅層114的一部分可以為利用摻雜區(qū)108和110形成的晶體管提供柵極。多晶硅層114的另一部分提供多晶硅結構116，其將在下面進一步詳細討論。
[0011]介電層104沉積在多晶硅層114上。介電層104可以是任意類型的絕緣層，例如氧化硅、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、未摻雜硅酸鹽玻璃(USG)、碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)或正硅酸乙酯(TEOS)等或其組合。通孔(例如136和138)可以在介電層104中形成，用以暴露多晶硅層114和基底102的一部分。
[0012]金屬層118沉積在介電層104上，并且沉積在介電層104中形成的通孔中。金屬層118可以由鉭(Ta)、鋁(Al)、銅(Cu)或金(AU)等或其組合(例如TA和AU)形成，包括合金或其組合(如TaAl、AlCu)。金屬層118可以包括多個導電層。例如，如圖所不的導電層120和122。導電層120和122可以具有不同的薄層電阻(薄層電阻是每個單元的電阻)。例如，導電層120的薄層電阻可以比導電層122的薄層電阻高，使得在存在導電層122的情況下，大多數(shù)電流會流經(jīng)導電層122。因此，導電層122作為導電線，并且可以用于對信號進行路由，而導電層120作為電阻線，并且可以被用作電阻器。通過首先沉積導電層120、沉積導電層122、然后刻蝕導電層122以暴露導電層120的一部分，可以形成金屬層118。具體地，導電層120的位于腔室152下面的一部分134被暴露。暴露部分134在腔室152下面提供了與腔室152熱連接的電阻器的表面。
[0013]介電層106被沉積在金屬層118上。介電層106可以是任意類型的絕緣層，例如氧化硅、PSG、USG、SiC, SiN、或TEOS等或其組合。介電層106的一部分可以被刻蝕以暴露金屬層118的一部分(例如，可以在介電層116中形成通孔)。
[0014]金屬層123被沉積在介電層106上，并被沉積在介電層106中形成的通孔中。金屬層123可以由鉭(Ta)、鋁(Al)、銅(Cu)或金(AU)等或其組合(例如TA和AU)形成，包括合金或其組合(如TaAl、AlCu)。與金屬層118類似，金屬層123可以包括多個導電層。例如，金屬層123可以包括導電層124和導電層126。導電層126可以被用來提供用于從外部源(未示出)接收電信號的接合焊盤140。在一些示例中，導電層124可以提供抗氣蝕層以減輕由于腔室152中的流體氣泡崩塌而給腔室152下面的下層帶來的機械損傷。在另外一些示例中，可以從腔室152下面省略導電層124。
[0015]電阻器可以通過發(fā)送流經(jīng)電阻器的電流脈沖來加熱(燃燒)。任何適當?shù)姆椒梢员挥脕韺㈦娏髅}沖引導到期望的電阻器，例如直接尋址、矩陣尋址或者流體噴出設備100中的智能驅(qū)動芯片。選擇燃燒哪個電阻器可以由流體噴出設備100中的處理器、諸如打印機的相關控制設備中的處理器、或其組合來執(zhí)行。一旦確定要加熱某個電阻器，電流脈沖就可以通過流體噴出設備100中的電路被傳遞到該電阻器。
[0016]圖1示出電流脈沖可以被傳遞到由腔室152下面的導電層120的暴露部分134形成的電阻器的示例。電流可以通過金屬層118、通過由摻雜區(qū)108和110形成的晶體管被連接到焊盤140，并被連接到腔室152下面的金屬層118的實現(xiàn)電阻器的一部分。當然，這個信號路由只是示例，并且變體和其他配置是可能的。
[0017]可以理解的是，薄膜疊層150的各層沒有按比例示出。各層可以依賴于具體的器件配置和所使用的工藝而具有各種厚度。在示例中，GOX層112可以具有大約750埃(A)的厚度；多晶硅層114可以具有大約3600A的厚度；介電層104可以具有大約13000A的厚度；金屬層118可以具有大約5000A的厚度；介電層106可以具有大約3850A的厚度；并且金屬層123可以具有大約4600A的厚度。當然，這些厚度只是示例，并且變體和其他配置也是可能的。另外，薄膜疊層150中各層的具體配置也以示例方式提供?？梢岳斫獾氖牵诓煌呐渲弥锌梢蕴峁╊~外的介電和/或金屬層。通常，這里描述的薄膜疊層150提供了腔室152下面的的電阻器，和在電阻器下面的多晶硅結構。下面將馬上描述多晶硅結構及其優(yōu)點。
[0018]多晶硅結構116可以包括至少一個多晶硅片段(例如截面圖中示出的兩個片段)。多晶硅層114可以具有使其在暴露部分134 (例如，電阻器的表面)內(nèi)的金屬層118中造成顯著形貌差異的厚度。這引起電阻器的表面不平整，從而提高電阻器的熱效率。另外，電阻器表面的形貌變化可以實現(xiàn)電阻器的較低的靜態(tài)導通能量(STOE)。在沒有多晶硅結構116的情況下，熱效率只能通過使用較薄的鈍化層(例如介電層106)或者在電阻器下面使用厚的熱屏障(例如介電層104)來提高。然而，較薄的鈍化層容易受到針孔的影響而導致產(chǎn)量的損失。厚的熱屏障會增加成本。多晶硅結構116既不會增加成本也不會增加模具設計中的固定資產(chǎn)(real-estate)需求。
[0019]在一個示例中，多晶硅結構116是無源的，并且不傳導電流。在這樣的示例中，多晶硅結構116的存在只是用來改變電阻器表面的形貌從而提高熱效率。在另一示例中，多晶硅結構116或者其一部分可以為了各種目的被用來傳導電流。例如，多晶硅結構116或者其一部分可以為形成在流體噴出設備100中的晶體管提供柵極(例如，多晶硅結構可以是柵極114的一部分)。在另一示例中，由于多晶硅具有適當?shù)谋与娮?如每平方30ohm)，所以多晶硅結構116可以被用作除了電阻器之外的次級加熱元件。次級加熱器可以使介電層104變暖，從而緩解硅基底102的熱量損失。
[0020]圖2是根據(jù)示例實施方式的流體噴出設備的電阻器部分200的截面圖。圖2中與圖1相同或者相似的元件使用相同的附圖標記指代，并已在上面詳細描述。電阻器部分200示出了流體噴出設備100在腔室152下面的更多細節(jié)。為了清楚起見，腔室152已被省略。電阻器部分200包括基底102、GOX層112、多晶硅層114、介電層104、金屬層118、