专利名称：流体喷射装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种流体喷射装置及其制造方法，特别是涉及一种微流体喷射装置及其制造方法。
背景技术：
微流体喷射装置近来已广泛地运用于信息产业，例如喷墨打印机或类似设备中。随着微系统工程(micro system engineering)的逐步开发，此种流体喷射装置逐渐有其它众多领域的应用，例如燃料喷射系统(fuel injectionsystem)、细胞筛选(cell sorting)、药物释放系统(drug delivery system)、喷印光刻技术(print lithography)及微喷射推进系统(micro jet propulsion system)等。
图1A～1C揭示一种现有的单石化的流体喷射装置100的制造方法，首先，请参照图1A，提供一基底102，并于基底102的一第一面101上形成一图形化的牺牲层104，后续，形成一结构层106覆盖牺牲层104及基底的第一面101，接下来，于基底102的第二面103上形成一掩模层108。后续，请参照图1B，图形化掩模层108，并以图形化后的掩模层108为掩模，蚀刻基底102，以形成一流体通道110，直至暴露牺牲层，接着，经由流体通道110蚀刻牺牲层，以形成一流体腔112。在一般的现有技术中，牺牲层104为介电材料所组成，由于介电材料本身的特性，很难沉积厚度足够厚的牺牲层104，因此，如图1C所示，尚需进行一硅蚀刻工艺，以扩大流体腔112’。
此外，一般来说，上述现有技术的介电材料的牺牲层104需以化学气相沉积法制作，成本较昂贵，且额外的扩大流体腔工艺亦会增加制造成本和工艺时间，又另外，扩大流体腔112’的蚀刻工艺可能产生过切(undercut)的问题，不易控制流体腔112’尺寸。
发明内容
根据上述问题，本发明的一目的为提供一种流体喷射装置及其制造方法，可减少制造成本和工艺时间，及较容易控制流体腔尺寸。本发明的一目的为提供一种流体喷射装置，其定义出流体腔的结构层具有优选的结构强度。
本发明提供一种流体喷射装置。一流体腔壁位于基底上，以定义出一既定区域。一具有喷孔的喷孔片覆盖于流体腔壁上，以于既定区域形成一流体腔，其中流体腔壁与喷孔片由一体成型的结构层构成。一流体通道位于基底内以与流体腔连通。
本发明提供一种流体喷射装置的制造方法。首先，提供一基底，形成一图案化的牺牲层于基底上。其后，形成一电镀起始层，至少包覆牺牲层，使用一可移除的光致抗蚀剂层来定义结构层位置，以一电镀方法，形成一结构层，包覆裸露的电镀起始层。接着，移除光致抗蚀剂层，以形成一喷孔，移除喷孔中的电镀起始层。后续，于相对于结构层的基底的另一面，形成一流体通道，移除牺牲层，以形成一流体腔，连通流体通道。
本发明提供一种流体喷射装置的制造方法。首先，提供一基底，形成一高分子牺牲层于部分基底上。其后，形成一隔绝层，至少包覆高分子牺牲层，形成一高分子结构层，包覆隔绝层。接着，定义高分子结构层，以形成一喷孔，移除喷孔中的隔绝层。后续，移除高分子牺牲层，以形成一流体腔，并于基底相对于高分子结构层的另一面，形成一流体通道，连通流体腔。
图1A～1C揭示一种现有的单石化的流体喷射装置的制造方法。
图2A～图2F揭示本发明一实施例流体喷射装置的工艺剖面示意图。
图3A～图3F揭示本发明另一实施例流体喷射装置的工艺剖面示意图。
简单符号说明100～流体喷射装置；101～第一面；103～第二面； 102～基底；104～牺牲层； 106～结构层；108～掩模层； 110～流体通道；112～流体腔； 112’～扩大的流体腔；200～基底；201～第一面；202～控制栅极；204～栅极介电层；206～第一导电层； 207～源极；
209～漏极；213～流体控制元件；215～加热元件；217～接触垫；216～电阻层； 218～第二导电层；220～钝化层； 222～金属保护层；224～牺牲层； 226～电镀起始层；228～光致抗蚀剂层；230～结构层；230a～腔壁部分； 230b～喷孔片部分；232～喷孔；234～流体通道；236～流体腔； 238～结构保护层；300～基底；301～第一面；302～高分子牺牲层；303～第二面；304～隔绝层； 306～高分子结构层；308～喷孔；310～流体通道；312～流体腔； 314～结构保护层。
具体实施例方式
图2A～图2F揭示本发明一实施例流体喷射装置的工艺剖面示意图，首先，请参照图2A，提供一基底200，基底200包括硅、玻璃，和/或其它材料所组成，优选基底200为一硅基底，其后，于基底200上形成一例如多晶硅或金属组成的控制栅极202，接着，形成例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅所组成的第一介电层204，覆盖控制栅极202和部分基底200。后续，形成例如铝或铜的第一导电层206于栅极介电层204和部分基底200上，其中，位于控制栅极202两侧的第一导电层206可分别供作源极207和漏极209，而控制栅极202及其相关电路为本实施例流体喷射装置的流体控制元件213。
接着，形成一例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅所组成的第二介电层208于部分第一导电层206、第一介电层204和基底200上，需注意的是，第二介电层208暴露部分第一导电层206和部分的漏极207，以做为插塞(via)，后续，形成一电阻层216覆盖部份第一导电层206和部分源极207上，接着，形成一例如铝或铜的第二导电层218于电阻层216上，其中第二导电层218和电阻层216紧密连结。后续，以例如光刻蚀刻工艺图形化第二导电层218和电阻层216，接着，图案化加热元件区的第二导电层218，使部分电阻层216裸露，如此，电阻层216和其下的第一导电层206构成一加热元件215。其后，形成一例如包括SiC和SiN的钝化层220于第二导电层218和电阻层216上，并形成一例如Ta所组成的金属保护层222于加热元件215的电阻层216上，后续，图案化钝化层220以形成接触垫217。
接下来，经由例如沉积或涂布，并进行光刻定义步骤，形成一图形化的牺牲层224于基底的第一面201上，在本实施例中第一面201即为与流体控制元件213的同一面。牺牲层224可以为例如氧化物的介电层或是例如光致抗蚀剂和/或聚合物的高分子层所组成，牺牲层224的厚度可介于5μm～100μm。
后续，请参照图2B，以例如物理气相沉积法(PVD)，形成电镀起始层226于钝化层220和牺牲层224上，优选电镀起始层226可包括钛金属层和位于钛金属层上的金金属层，钛金属用于增进金属与芯片表面的附着力，厚度优选为小于1000埃，金金属用以当电镀起始作用，厚度可约为2000埃～8000埃。此外，电镀起始层226亦可包括钛金属层和位于钛金属层上的镍金属层。
接下来，请参照图2C，以旋转涂布法及后续的光刻工艺，形成一图案化的光致抗蚀剂层228，图案化的光致抗蚀剂层228覆盖电镀起始层226上的预定形成喷孔的位置与接触垫区215。
接着，以一电镀方法，形成一例如金的结构层230于电镀起始层226上，由于电镀起始层226被前述光致抗蚀剂层228覆盖的部分于电镀液中不会产生反应，因此，在电镀的工艺中，结构层230会形成在电镀起始层226未被光致抗蚀剂层228覆盖的部分，其中结构层230的厚度可介于5μm～100μm。后续，请参照图2D，以显影、去除剂(stripper)或等离子体灰化移除上述光致抗蚀剂层228，而在移除上述光致抗蚀剂层228之后，可于结构层230中形成一喷孔232，接着，可以一蚀刻方法，移除喷孔232中的电镀起始层226。在此需注意的是，虽然本发明揭示上述移除光致抗蚀剂层228以形成喷孔232的方法，但本发明不限于此，本发明亦可先形成结构层230，再进行一光刻蚀刻步骤图形化结构层230，以定义出喷孔232。在本发明的一优选实施例中，高分子结构层的厚度大体上介于10μm～100μm之间。
接着，请参照图2E，进行一例如光刻蚀刻方法，或喷沙法，图形化基底的第二面203，以形成一流体通道234，暴露出牺牲层224，之后，经由流体通道234，以一蚀刻方法，移除牺牲层224，以形成连通流体通道234的流体腔236。当牺牲层224是高分子所组成时，可以等离子体灰化方法或是以去除剂(stripper)移除高分子所组成的牺牲层224。本发明不限于此，亦即，形成流体沟道234的步骤顺序可交换，例如，可先经由喷孔232移除牺牲层224，之后，再于基底的第二面203形成流体通道234。在此，需特别注意的是，结构层230包括位于流体腔侧壁的流体腔壁230a，和位于流体腔上方的喷孔片230b，在此实施例中，由于结构层230采用电镀方法形成，因此，流体腔壁230a和喷孔片230b为一体成型，亦即，整个结构层230为一体成型。
后续，进行一例如湿蚀刻的各向同性蚀刻工艺，移除流体腔236及结构层230四周的电镀起始层226。接下来，请参照图2F，进行一无电镀工艺，形成一例如3000埃～8000埃的金所组成的结构保护层238，选择性的包覆结构层230。在本实施例中，由于结构层230由电镀一体成型，特别是结构层230的流体腔壁及喷孔片由电镀一体成型，因此其相较于现有技术可具有优选的结构强度。且喷孔的制作使用半导体设备，其与加热元件相对位置的控制可达到优选的效果。
图3A～图3F揭示本发明另一实施例流体喷射装置的工艺剖面示意图，其中，本实施例的流体控制元件和上述实施例类似，其标号采用和上述实施例相同的标号，此外流体控制元件的组成在此不详细说明。
首先，请参照图3A，提供一基底300，其后，于基底300上形成一控制栅极202，接着，形成栅极介电层204，覆盖控制栅极202和部分基底300。后续，形成第一导电层206于栅极介电层204和部分基底300上，其中，位于控制栅极202两侧的第一导电层206可分别供作源极207和漏极209，而控制栅极202及其相关电路为本实施例流体喷射装置的流体控制元件213。
接着，形成一例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅所组成的第二介电层208于部分第一导电层206、第一介电层204和基底300上，需注意的是，第二介电层208暴露部分第一导电层206和部分的漏极207，以作为插塞(via)，后续，形成一电阻层216覆盖部份第一导电层206和部分源极207上，接着，形成一例如铝或铜的第二导电层218于电阻层216上，其中第二导电层218和电阻层216紧密连结。后续，以例如光刻蚀刻工艺图形化第二导电层218和电阻层216，接着，图案化加热元件区的第二导电层218，使部分电阻层216裸露，如此，电阻层216和其下的第一导电层206构成一加热元件215。其后，形成一钝化层220于第二导电层218和电阻层216上，并形成一金属保护层222于加热元件215的电阻层216上，后续，图案化钝化层220以形成接触垫217。
接下来，经由例如沉积或涂布，在进行光刻定义，形成一图形化的高分子牺牲层302于部分基底300的第一面301上，在本实施例中第一面301即为与接触垫215和流体控制元件213的同一面。高分子牺牲层302可以为例如光致抗蚀剂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组成，此外高分子牺牲层302的厚度可介于5μm～100μm，优选者，高分子牺牲层302的厚度可大体上大于10μm，以于后续步骤以高分子牺牲层302定义出的流体腔有足够的体积。
后续，请参照图3B，以例如物理气相沉积法(PVD)，形成一隔绝层304于钝化层220和高分子牺牲层302上，隔绝层可由金属或高分子所组成，优选者，隔绝层304可由厚度约为2000埃的钛金属所组成。在此实施例中，隔绝层可用以防止高分子牺牲层和后续形成的高分子结构层产生互融。
接下来，以例如涂布、光刻和/或蚀刻方法，形成一图案化的高分子结构层306包覆隔绝层304，并形成喷孔308，其中高分子结构层306可以为例如光致抗蚀剂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组成。之后，如3D图所示，可进行一蚀刻方法，经由喷孔308移除喷孔308下的隔绝层。
在本发明的一实施例中，高分子结构层306和高分子牺牲层302可由不同的高分子材料所组成，若在材料的选择上，可选择不互融的高分子结构层306和高分子牺牲层302，则可省略隔绝层304。
接着，请参照图3E，进行一例如光刻蚀刻方法，或喷沙法，图形化基底300的第二面303，以形成一流体通道310，暴露出高分子牺牲层，之后，再经由流体通道310，以一蚀刻方法，移除高分子牺牲层，以形成连通流体通道310的流体腔312，在本发明的一实施例中，可以等离子体灰化或去除剂(stripper)移除高分子牺牲层。本发明不限于此，形成流体沟道310的顺序可交换，例如，可先经由喷孔308移除高分子牺牲层302，再形成流体通道310。在此，需特别注意的是，在此实施例中，隔绝层304可用作移除高分子牺牲层302的蚀刻停止层，由于高分子牺牲层和隔绝层的蚀刻选择比不同，蚀刻高分子牺牲层的步骤会停止在隔绝层304，而不会过度蚀刻到高分子结构层。此外，在本实施例中，由于高分子牺牲层302为高分子材料所组成，可使用溶剂移除之，相较现有技术其它材料形成的牺牲层，高分子材料所组成高分子牺牲层302的移除工艺工艺较简单，可节省制造成本。后续，进行一例如湿蚀刻的各向同性蚀刻工艺，移除流体腔312及高分子结构层306四周的隔绝层304。
接下来，请参照图3F，可形成一例如3000埃～8000埃的镍所组成的结构保护层314，包覆高分子结构层306。在此实施例中，由于高分子牺牲层302其本身材料特性，其厚度可约超过10μm，因此，可形成足够大的流体腔312，而不需额外的扩大流体腔工艺，可减少制造成本和工艺时间，此外，其亦可解决扩大流体腔的蚀刻工艺可能产称过切(undercut)和不易控制流体腔尺寸的问题。
虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种流体喷射装置，包括一基底；一流体腔壁，位于该基底上以定义出一既定区域；一具有喷孔的喷孔片，覆盖于该流体腔壁上，以于该既定区域形成一流体腔，其中该流体腔壁与该喷孔片由一体成型的结构层构成；及一流体通道，位于该基底内以与该流体腔连通。
2.如权利要求1所述的流体喷射装置，其中该一体成型的结构层为金属所组成。
3.如权利要求1所述的流体喷射装置，其中该一体成型的结构层为高分子所组成。
4.如权利要求3所述的流体喷射装置，其中该高分子为光致抗蚀剂或聚合物。
5.一种流体喷射装置的制造方法，包括提供一基底；形成一图案化的牺牲层于该基底上；形成一电镀起始层，至少包覆该牺牲层；电镀形成一结构层于该电镀起始层上；定义该结构层，以形成一喷孔；移除该喷孔内的该电镀起始层；移除该牺牲层，以形成一流体腔；及于相对于该结构层的该基底的另一面，形成一流体通道，连通该流体腔。
6.如权利要求5所述的流体喷射装置的制造方法，其中该图案化的牺牲层为高分子材料所组成。
7.如权利要求5所述的流体喷射装置的制造方法，其中该图案化的牺牲层为介电材料所组成。
8.如权利要求5所述的流体喷射装置的制造方法，其中该电镀形成一结构层于该电镀起始层上，及定义该结构层，以形成一喷孔的步骤包括形成一图案化的光致抗蚀剂层于部分该基底上和部分该电镀起始层上；电镀形成该结构层于未被该图案化的光致抗蚀剂层覆盖的该电镀起始层上；及移除该图案化的光致抗蚀剂层，以藉此定义出该喷孔。
9.如权利要求5所述的流体喷射装置的制造方法，还包括形成一结构保护层包覆该结构层。
10.如权利要求5所述的流体喷射装置的制造方法，其中该电镀起始层包括一钛金属层和一位于该钛金属层上的金金属层。
11.如权利要求5所述的流体喷射装置的制造方法，其中该电镀起始层包括一钛金属层和一位于该钛金属层上的镍金属层。
12.一种流体喷射装置的制造方法，包括提供一基底；形成一高分子牺牲层于部分该基底上；形成一隔绝层，至少包覆该高分子牺牲层；形成一高分子结构层，包覆该隔绝层；定义该高分子结构层，以形成一喷孔；移除该喷孔内的该隔绝层；移除该高分子牺牲层，以形成一流体腔；及于该基底相对于该高分子结构层的另一面，形成一流体通道，连通该流体腔。
13.如权利要求12所述的流体喷射装置的制造方法，其中该高分子牺牲层由光致抗蚀剂或是聚合物所组成。
14.如权利要求12所述的流体喷射装置的制造方法，其中该高分子牺牲层的厚度大体上介于5μm～100μm之间。
15.如权利要求12所述的流体喷射装置的制造方法，其中该高分子牺牲层的厚度大体上大于10μm。
16.如权利要求12所述的流体喷射装置的制造方法，其中该高分子结构层由光致抗蚀剂或是聚合物所组成。
17.如权利要求12所述的流体喷射装置的制造方法，其中该高分子结构层的厚度大体上介于10μm～100μm之间。
18.如权利要求12所述的流体喷射装置的制造方法，其中该隔绝层由金属或高分子所组成。
19.如权利要求12所述的流体喷射装置的制造方法，其中该移除该高分子牺牲层的步骤包括以等离子体灰化或去除剂移除该高分子牺牲层。
20.如权利要求12所述的流体喷射装置的制造方法，其中该高分子结构层由非感光型高分子材料所组成。
21.如权利要求12所述的流体喷射装置的制造方法，其中该高分子结构层由感光型高分子材料所组成。
全文摘要
一种流体喷射装置。一流体腔壁位于基底上，以定义出一既定区域。一具有喷孔的喷孔片覆盖于流体腔壁上，以于既定区域形成一流体腔，其中流体腔壁与喷孔片由一体成型的结构层构成，而一体成型的结构层可由金属或是高分子所组成。一流体通道位于基底内与流体腔连通。
文档编号B41J2/16GK1978067SQ2005101288
公开日2007年6月13日 申请日期2005年12月7日 优先权日2005年12月7日
发明者徐德荣, 陈苇霖, 曾繁中, 庄文宾, 沈光仁 申请人:明基电通股份有限公司