專利名稱：擴張流體通道的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種流體噴射裝置及其制作方法，特別涉及一種利用多階段的犧牲層去除與各向異性蝕刻技術，以達到擴張流體通道的流體噴射裝置制作方法。
背景技術：
目前流體噴射裝置大多運用于噴墨頭、燃料噴射器等元件上，其中噴墨頭更是大量的使用熱趨氣泡式設計。
圖1顯示一種現有美國專利號6,102,530的單石化的流體噴射裝置1，其以一硅基底10作為本體，且在硅基底10上形成一結構層12，而在硅基底10和結構層12之間形成一流體腔14，用以容納流體26；而在結構層12上設有一第一加熱器20、以及一第二加熱器22，第一加熱器20用以在流體腔14內產生一第一氣泡30，第二加熱器22用以在流體腔14內產生一第二氣泡32，以將流體腔14內的流體26射出。
上述的單石化的流體噴射裝置1制作步驟依序為提供一晶片作為硅基底10，且在硅基底10上形成一結構層12，并在硅基底10和結構層12之間形成一圖案化犧牲層。接著，設置流體致動裝置于結構層12上。然后，在結構層12上形成一保護層，之后在保護層。對硅基底背面進行各向異性蝕刻，直至犧牲層裸露，以形成流體通道。去除犧牲層并再一次對硅基底進行各向異性蝕刻，以得到一擴大的流體腔。最后，依序蝕刻保護層、結構層形成相互連通的一通孔，其中通孔與流體腔連通。
然而，在現有的單石化的流體噴射裝置的制作方法中，通常以表面為<100>方向的單晶硅晶片作為基底，在進行各向異性蝕刻時，會沿其晶格方向形成側面與基底表面為54.7度交角的四方錐。上述的制作流程可以提供單石化流體通道結構制作，但是相對的也由于硅晶片在各向異性蝕刻的特性，在擴大流體通道的同時亦使得流體通道的出口端及入口端的尺寸擴大。若流體通道入口端尺寸擴大，則會降低晶粒的排列密度以及致使流體噴射裝置的結構強度降低。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種利用多階段的犧牲層去除與各向異性蝕刻步驟，在不增加流體通道入口端大小的條件下，達到擴張流體通道入口的制作方法。
根據上述目的，本發明提供一種擴張流體通道的制作方法，包括下列步驟提供一基底，具有一第一面及一第二面，且該第二面相對于該第一面；形成一圖案化犧牲層于該基底的第一面上；形成一結構層于該基底的第一面上且覆蓋該圖案化犧牲層；施以光刻及蝕刻工藝于該基底的第二面，以形成一流體通道，以露出該犧牲層；去除部分該犧牲層以形成一第一流體腔；擴增該第一流體腔及流體通道的出口端；以及去除剩余部分的該犧牲層以形成一第二流體腔。
在一優選實施例中，其中更包括形成一流體致動元件、一驅動電路連接該流體致動元件以及一保護層覆蓋該流體致動元件與該驅動電路于該結構層上。
應了解的是犧牲層的材質是硼硅酸磷玻璃(BPSG)、硅酸磷玻璃(PSG)或氧化硅。而結構層的材質是低應力的氮化硅(SiON)。
在另一優選實施例中，其中擴增該第一流體腔及流體通道的出口端步驟以氫氧化鉀(KOH)溶液、四甲基氫氧化氨(Tetramethyl AmmoniumHydroxide，TMAH)溶液或乙二胺鄰苯二酚(Ethylene Diamine Pyrochatechol，EDP)溶液進行各向異性蝕刻。
在另一優選實施例中，更包括以上述溶液進行濕蝕刻，以擴增第二流體腔步驟。
在另一優選實施例中，更包括蝕刻結構層以形成連通第二流體腔的一噴孔，其中流體藉以經過噴孔脫離流體噴射裝置。
以下配合附圖以及優選實施例，以更詳細地說明本發明。
圖1為現有單石化的流體噴射裝置的示意圖；以及圖2～7顯示本發明的利用多階段的犧牲層去除與各向異性蝕刻，以達到擴張流體腔的流體噴射裝置制作方法。
附圖標記說明現有技術部分(圖1)1～現有流體噴射裝置；10～硅基底；12～結構層；14～流體腔；20～第一加熱器；22～第二加熱器；26～流體。
本發明部分(圖2～7)100～單晶硅基底；1001～基底的第一面；1002～基底的第二面；101～氮氧化硅(SiON)層；105～開口；110～犧牲層；120～結構層；130～流體致動裝置；140～訊號傳送線路；150～保護層；155～訊號傳送線路開口；160～噴孔的預開口；165～噴孔；500～流體通道；500b～流體通道出口端；600a～第一流體腔；600b～擴大的第一流體腔；600c～第二流體腔。
具體實施例方式
圖2～7為顯示本發明的利用多階段的犧牲層去除與各向異性蝕刻技術，以達到擴張流體通道的出口端的流體噴射裝置制作方法。請參見圖2，提供一基底100，具有一第一面1001及一第二面1002，且該第二面相對于該第一面，例如一單晶硅基底。形成一圖案化犧牲層110于單晶硅基底100的第一面上。犧牲層110可為硼硅酸磷玻璃(BPSG)、硅酸磷玻璃(PSG)或其他氧化硅材質。接著，順應性形成一圖案化結構層120于基底100上，且覆蓋圖案化犧牲層110。結構層120可由化學氣相沉積法(CVD)所形成的低應力的氮氧化硅(SiON)層，其應力介于100～200百萬帕(MPa)為佳。于此同時，于單晶硅基底的第二面1002上亦形成一低應力的氮氧化硅(SiON)層101。
在一優選實施例中，其中更包括形成一流體致動元件130、一訊號傳送線路140連接流體致動元件130以及一保護層150覆蓋流體致動元件130與訊號傳送線路140于結構層120上。首先，形成一圖案化電阻層130于結構層120上，以做為加熱器。電阻層系由物理氣相沉積法(PVD)，例如蒸鍍、濺鍍法或反應性濺鍍法，形成如HfB2、TaAl、TaN或其他電阻材料。
然后，以物理氣相沉積法(PVD)沉積一圖案化導電層140，例如Al、Cu、AlCu或其他導線材料，以形成一訊號傳送線路。然后，形成一保護層150，例如氮化硅，于該基底上，覆蓋隔離層與訊號傳送線路。上述保護層150包括一開口155連接流體致動元件130與外部的軟性電路板(未圖示)。
請參見圖3，定義一開口105于低應力的氮氧化硅(SiON)層101，以顯露出單晶硅基底100的第二面。開口105可作為形成流體通道步驟時，蝕刻單晶硅基底100的硬掩模。開口105的尺寸及相當于流體通道入口端的大小。
請參見圖4，利用濕蝕刻法蝕刻基底100的第二面，以形成一流體通道500，且露出犧牲層110。在一優選實施例中，其中濕蝕刻步驟以氫氧化鉀(KOH)溶液、四甲基氫氧化氨(Tetramethyl Ammonium Hydroxide，TMAH)溶液或乙二胺鄰苯二酚(Ethylene Diamine Pyrochatechol，EDP)溶液進行濕蝕刻。
請參見圖5，利用濕蝕刻法蝕刻部分的犧牲層110以形成一第一流體腔600a。蝕刻的部分犧牲層系以HF溶液或BOE溶液蝕刻并以蝕刻時間為決定因子。蝕刻部分犧牲層的量用以決定流體通道出口端的尺寸大小。
請參見圖6，利用濕蝕刻法蝕刻顯露出的單晶硅基底表面及第一流體腔600a，以形成一擴大的第一流體腔600b。于此同時，流體通道500出口端亦被擴大為所欲的尺寸。蝕刻顯露出的單晶硅基底表面及第一流體腔600a時，系以蝕刻時間為決定因子。過長的蝕刻時間會導致單晶硅基底晶面間交角的圓化效應，使流體腔過度增大，造成流體在噴射時，相鄰流體腔相互干擾。在一優選實施例中，其中濕蝕刻步驟系以氫氧化鉀(KOH)溶液、四甲基氫氧化氨(Tetramethyl Ammonium Hydroxide，TMAH)溶液或乙二胺鄰苯二酚(Ethylene Diamine Pyrochatechol，EDP)溶液進行濕蝕刻。
在一優選實施例中，去除部分犧牲層及擴增部分流體通道的步驟可重復兩次以上，重復的次數決定于流體通道出口端500b的尺寸大小。
請參見圖7，利用濕蝕刻法蝕刻剩余部分的犧牲層110以形成一第二流體腔600c。蝕刻剩余部分犧牲層系以HF溶液或BOE溶液蝕刻。在一優選實施例中，可利用氫氧化鉀(KOH)溶液、四甲基氫氧化氨(TetramethylAmmonium Hydroxide，TMAH)溶液或乙二胺鄰苯二酚(Ethylene DiaminePyrochatechol，EDP)溶液蝕刻，擴增第二流體腔的同時，使流體通道出口端500b被擴大為所欲的尺寸。
沿開口160蝕刻該結構層120以形成一噴孔165，連通該第二流體腔600c，其中流體藉以經過該噴孔脫離噴射裝置。優選的噴孔形成步驟為等離子體蝕刻、化學氣體蝕刻、反應離子蝕刻或激光蝕刻工藝。至此，完成利用多階段的犧牲層去除與各向異性蝕刻步驟，達到擴張流體通道出口端的單石化流體噴射裝置。
本發明的特征與效果在于提供一種利用多階段的犧牲層去除與各向異性蝕刻，在不增加流體通道入口端大小的條件下，達到擴張流體通道的出口端的制作方法。
因此，利用多階段的犧牲層去除與各向異性蝕刻，來進行擴張流體通道的制作方法，在擴大流體通道入口端的同時并不會擴大流體通道入口端的尺寸，進而增加晶粒的排列密度以及改善流體噴射裝置整體的結構強度。
雖然本發明已以優選實施例公開如上，但是其并非用以限定本發明，本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，當可作更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當以所附的權利要求所確定的為準。
權利要求
1.一種擴張流體通道的制作方法，包括下列步驟提供一基底，具有一第一面及一第二面，且該第二面相對于該第一面；形成一圖案化犧牲層于該基底的第一面上；形成一結構層于該基底的第一面上且覆蓋該圖案化犧牲層；沿該基底的第二面蝕穿該基底，以形成一流體通道連接該犧牲層；去除部分該犧牲層以形成一第一流體腔；以及去除剩余部分的該犧牲層以擴增該第二流體腔。
2.如權利要求1所述的擴張流體通道的制作方法，其中還包括形成一流體致動元件、一驅動電路連接該流體致動元件以及一保護層覆蓋該流體致動元件與該驅動電路于該結構層上。
3.如權利要求1所述的擴張流體通道的制作方法，其中該犧牲層的材質系硼硅酸磷玻璃、硅酸磷玻璃或氧化硅材質。
4.如權利要求1所述的擴張流體通道的制作方法，其中該結構層的材質為氮氧化硅。
5.如權利要求1所述的擴張流體通道的制作方法，其中形成該流體通道的該步驟以濕蝕刻步驟達成。
6.如權利要求5所述的擴張流體通道的制作方法，其中該濕蝕刻步驟以氫氧化鉀溶液、四甲基氫氧化氨溶液或乙二胺鄰苯二酚溶液進行濕蝕刻。
7.如權利要求1所述的擴張流體通道的制作方法，其中去除部分犧牲層以形成第一流體腔的該步驟以濕蝕刻步驟達成。
8.如權利要求7所述的擴張流體通道的制作方法，其中該濕蝕刻步驟以HF溶液蝕刻。
9.如權利要求1所述的擴張流體通道的制作方法，其中去除部分犧牲層以形成第一流體腔的該步驟以干蝕刻步驟達成。
10.如權利要求1所述的擴張流體通道的制作方法，其中擴增該第一流體腔及流體通道的出口端的步驟以濕蝕刻步驟達成。
11.如權利要求10所述的擴張流體通道的制作方法，其中該濕蝕刻步驟以氫氧化鉀溶液、四甲基氫氧化氨溶液或乙二胺鄰苯二酚溶液進行濕蝕刻。
12.如權利要求1所述的擴張流體通道的制作方法，其中去除剩余部分的該犧牲層步驟以濕蝕刻步驟達成。
13.如權利要求12所述的擴張流體通道的制作方法，其中該濕蝕刻步驟以HF溶液蝕刻。
14.如權利要求1所述的擴張流體通道的制作方法，其中去除剩余部分的該犧牲層步驟以干蝕刻步驟達成。
15.如權利要求1所述的擴張流體通道的制作方法，其中還包括進行濕蝕刻以擴增第二流體腔步驟。
16.如權利要求1所述的擴張流體通道的制作方法，其中包括重復實施去除部分該犧牲層以形成部分的流體腔及擴增該部分的流體腔及流體通道的出口端。
17.如權利要求1所述的擴張流體通道的制作方法，其中還包括蝕刻該結構層以形成一噴孔，連通該第二流體腔，其中流體藉以經過該噴孔脫離噴射裝置。
全文摘要
本發明提供一種擴張流體通道的制作方法。包括下列步驟提供一具有一第一面及一第二面的硅基底。接著，形成一圖案化犧牲層于基底的第一面上。然后，形成一結構層于基底的第一面上且覆蓋該圖案化犧牲層。接著，施以光刻及蝕刻工藝于該基底的第二面，以形成一流體通道，以露出該犧牲層。去除部分該犧牲層以形成一第一流體腔。最后，擴增該第一流體腔及流體通道的出口端以及去除剩余部分的該犧牲層以形成一第二流體腔。本發明利用對犧牲層多次的蝕刻步驟，在不需改變流體通道入口端大小的情況下，達到擴大流體通道出口端的目的。
文檔編號B41J2/01GK1631672SQ200310123
公開日2005年6月29日 申請日期2003年12月23日 優先權日2003年12月23日
發明者陳葦霖, 胡宏盛 申請人:明基電通股份有限公司