專利名稱：單石化流體噴射裝置及其制作方法
技術領域：
本發明涉及一種單石化流體噴射裝置的制作方法，特別是涉及一種單石化流體噴射裝置的制作過程改善。
背景技術：
目前，流體噴射技術已廣泛應用于各種科技領域之中，例如打印機噴墨頭、燃油噴射裝置或是生物醫學系統如藥劑注射機制等的科技產品。
現有流體噴射裝置可分為噴孔片貼合及單石化工藝兩種，其中噴孔片貼合利用半導體工藝形成加熱元件及鈍化保護層后，再利用感旋光性厚膜光致抗蝕劑在加熱元件上進行流體腔及流道的制作，之后再以噴孔片對位貼合于厚膜光致抗蝕劑上，完成噴射芯片的結構制作，但對位貼合的方法，易導致噴孔錯位(misalignment)。
美國專利第6,102,530號揭示有一種單石化流體噴射裝置，請參照圖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上設有一第一加熱單元20、以及一第二加熱單元22，第一加熱單元20用以在流體腔14內產生一第一氣泡30，第二加熱單元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。由于單石化的流體噴射裝置1具有虛擬氣閥(virtual valve)的設計，并擁有高排列密度、低交互干擾、低熱量損失的特性，且無須另外利用組裝方式接合噴孔片，因此可以降低生產成本。
上述單石化流體噴射裝置，使用各向異性蝕刻以在芯片內形成供墨道，而流體腔的制作方式利用犧牲層蝕刻的技術，包括利用半導體工藝沉積氧化硅薄膜于芯片上作為犧牲層，再利用不同膜層對蝕刻液選擇比不同的特性，以濕蝕刻移除犧牲層，最后再各向異性蝕刻該芯片。然而，由于一般的氧化硅薄膜的沉積需要相當的高溫，且需要利用氫氟酸進行氧化硅層的蝕刻及移除，增加工藝的困難度。此外，由于在現有的單石化的流體噴射裝置1中，結構層主要由氮化硅所組成，而該犧牲層由氧化硅所組成，兩層的材料性質相近(同為介電材料)，因此，往往在移除該犧牲層時亦無法避免同時除此掉部份的結構層，而該單石化流體噴射裝置的耐久度與該氮化硅結構層的強度相關，較薄的結構層將導致該流體噴射裝置的使用壽命較短。
綜合上述，發展出具有較穩定工藝及結構性較強的單石化流體噴射裝置，確實是目前噴射裝置器技術亟需研究的重點。
發明內容
有鑒于此，為了解決上述問題，本發明的主要目的為提供一種單石化流體噴射裝置的制造方法，通過更改犧牲層材料及整合工藝以達到降低成本及增加工藝穩定度的效果，并進一步增加單石化流體噴射裝置的使用壽命。
為達成上述目的，該單石化流體噴射裝置的制造方法包括以下步驟。首先，提供一基底，該基底具有一第一表面及一第二表面位于該第一表面的相反側。形成一加熱單元及一信號傳送線于該基底的第一表面。形成一保護層覆蓋該信號傳送線及該加熱單元。形成一電鍍起始層覆蓋該基底的第一表面。形成一圖案化的第一光致抗蝕劑層于該電鍍起始層上，以定義出一犧牲層預定區。接著，形成一犧牲層于該犧牲層預定區內，之后，移除該第一光致抗蝕劑層。形成一圖案化的第二光致抗蝕劑層于該犧牲層及該電鍍起始層上，以定義出一結構層預定區。形成一結構層于該結構層預定區內。移除該第二光致抗蝕劑層，以同時形成一噴孔貫穿該結構層。由該基底的第二表面側形成一流體通道以貫穿該基底，并露出該犧牲層，以及移除該犧牲層以形成一與該噴孔相連的流體腔。
根據本發明的另一優選實施例，該單石化流體噴射裝置的制造方法包括以下步驟。提供一基底，該基底具有一第一表面及一第二表面位于該第一表面的相反側。形成一加熱單元及一信號傳送線于該基底的第一表面。形成一保護層覆蓋該信號傳送線及該加熱單元。形成一電鍍起始層覆蓋該基底的第一表面。形成一圖案化的光致抗蝕劑層于該電鍍起始層上，以定義出一犧牲層預定區。形成一犧牲層于該犧牲層預定區內。接著，移除該光致抗蝕劑層，并形成一高分子結構層以覆蓋該基底的第一表面。圖形化該高分子結構層以形成一噴孔貫穿該高分子結構層。由該基底的第二表面側形成一流體通道以貫穿該基底，并露出該犧牲層。最后，移除該犧牲層以形成一與該噴孔相連的流體腔。
根據本發明的一優選實施例，本發明所述的單石化流體噴射裝置，包括一基底，該基底具有一流體通道貫穿該基底；一加熱單元形成于該基底之上；一信號傳送線形成于該加熱單元之上；一保護層覆蓋該加熱單元及該信號傳送線；一電鍍起始層覆蓋該保護層，以及一具有一噴孔及一流體腔的結構層形成于該電鍍起始層上，其中該噴孔通過該流體腔與該流體通道連通，且該結構層由高分子或是金屬所構成。
為使本發明的目的、特征能更明顯易懂，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為顯示一現有單石化流體噴射裝置的剖面圖。
圖2A～2J為顯示本發明第一實施例所述的單石化流體噴射裝置的制造流程剖面圖。
圖3A～3I為顯示本發明第一實施例所述的單石化流體噴射裝置的制造流程剖面圖。
簡單符號說明現有部分(圖1)1～單石化的流體噴射裝置；10～硅基底；12～結構層；14～流體腔；20～第一加熱單元；22～第二加熱單元；26～流體通道；30～第一氣泡；32～第二氣泡。
本發明部分(圖2A～3I)100、300～流體噴射裝置；110、310～基底；111、311～第一表面；112、312～第二表面；120、320～加熱單元；130、330～信號傳送線；140、340～保護層；142、342～開口；150、350～電鍍起始層；160、360～第一光致抗蝕劑層；161、361～犧牲層預定區；170、370～犧牲層；180～第二光致抗蝕劑層；181～結構層預定區；182～噴孔預定區；190～結構層；192、382～噴孔；200、400～流體通道；210、410～流體腔；380～高分子結構層。
具體實施例方式
實施例一圖2A～2I為顯示本發明實施例一所述的單石化流體噴射裝置100的工藝剖面圖。
首先，請參見圖2A，連續沉積電阻層與導電層(未圖示)于基底110的第一表面111。使用光刻蝕刻工藝同時對電阻層與導電層進行圖案化，再利用一次光刻蝕刻工藝對導電層進行圖案化，使部分電阻層裸露，藉以形成加熱單元120及信號傳送線130。本發明對于加熱單元120及信號傳送線130的材料沒有特別的限制，可為任何適用的材料。在本發明一優選實施例中，該電阻層可例如為HfB2、TaAl、或TaN，而該導電層可例如為Al、Cu、或AlCu。
接著，請參照圖2B，坦覆性形成一保護層140于該第一表面111，以覆蓋該加熱單元120及該信號傳送線130。接著，對該保護層140進行一光刻蝕刻工藝，以形成開口142貫穿該保護層140，露出該信號傳送線130。其中，該保護層140可例如為氧化硅、氮化硅、碳化硅或上述膜層經復合堆棧而成。
接著，請參照圖2C，坦覆性形成一電鍍起始層150于該保護層140層上，該電鍍起始層150并通過該開口142以與該信號傳送線130電連接。其中，該電鍍起始層150的材料可例如為TiW、Au、Ta、TaN或上述材料的任意結合。
接著，請參照圖2D，形成一圖案化的第一光致抗蝕劑層160于部份的該電鍍起始層150上，而未被該第一光致抗蝕劑層160覆蓋的電鍍起始層150表面，則被定義為犧牲層預定區161。
接著，請參照圖2E，利用電鍍的方式，形成一犧牲層170于該犧牲層161預定區內。其中，該犧牲層170為一導電的金屬層，可例如為Cu、Ni、Al或上述材料的任意結合。
接著，請參照圖2F，在完全移除該第一光致抗蝕劑層160后，形成一圖案化的第二光致抗蝕劑層180于該犧牲層170及該電鍍起始層150上，以定義出一結構層預定區181。值得注意的是，該犧牲層170的表面具有一噴孔預定區182，而該圖案化的第二光致抗蝕劑層180形成于該犧牲層170上的該噴孔預定區182內。
接著，請參照圖2G，形成一結構層190于該結構層預定區181內。在此步驟中，值得注意的是，由于噴孔預定區182上方已經被第二光致抗蝕劑層覆蓋，因此結構層190并不會在噴孔預定區上，進而形成一噴孔。其中，該結構層190的形成方法可例如為電鍍，其材料為金屬，可例如為Au、Ni、Co、Pd、Pt或上述材料的任意結合。值得注意的是，該犧牲層180與結構層190的材料必需不同，即當該犧牲層180為Ni時，該結構層190必定不為Ni。
接著，請參照圖2H，完全移除該第二光致抗蝕劑層180，以同時形成噴孔192貫穿該結構層190，露出該犧牲層170。接著，請參照圖2I，經由該基底110第二表面側112，蝕刻該基底110、保護層140及該電鍍起始層150，以形成一流體通道200貫穿該基底110，露出該犧牲層170下表面。該第二表面112位于該第一表面111的相反側。形成該流體通道200的方法可例如為激光鉆孔工藝、干蝕刻、或濕蝕刻，若為干蝕刻、或濕蝕刻，則可進一步搭配一掩模層以進行該蝕刻工藝。
最后，請參照圖2J，移除該犧牲層170，以形成一與該噴孔192及該流體通道200相連的流體腔210。移除該犧牲層170的方法可例如為一濕蝕刻工藝。至此，完成本發明實施例一所述的單石化流體噴射裝置100。
實施例二圖3A～3I為顯示本發明實施例二所述的單石化流體噴射裝置300的工藝剖面圖。
首先，請參見圖3A，連續沉積電阻層與導電層(未圖示)于基底310的第一表面311。使用光刻蝕刻工藝同時對電阻層與導電層進行圖案化，再利用一次光刻蝕刻工藝對導電層進行圖案化，使部分電阻層裸露，藉以形成加熱單元320及信號傳送線330。本發明對于加熱單元320及信號傳送線330的材料沒有特別的限制，可為任何適用的材料。在本發明一優選實施例中，該電阻層可例如為HfB2、TaAl、或TaN，而該導電層可例如為Al、Cu、或AlCu。。
接著，請參照圖3B，坦覆性形成一保護層340于該第一表面311，以覆蓋該加熱單元320及該信號傳送線330。接著，對該保護層340進行一光刻蝕刻工藝，以形成開口342貫穿該保護層340，露出該信號傳送線330。其中，該保護層340可例如為氧化硅、氮化硅、碳化硅或上述任意膜層經復合堆棧而成。
接著，請參照圖3C，坦覆性形成一電鍍起始層350于該保護層340層上。其中，該電鍍起始層350的材料可例如為TiW、Au、Ta、TaN或上述材料的任意結合。
接著，請參照圖3D，形成一圖案化的第一光致抗蝕劑層360于部份的該電鍍起始層350上，而未被該第一光致抗蝕劑層360覆蓋的電鍍起始層350表面，則被定義為犧牲層預定區361。
接著，請參照圖3E，利用電鍍的方式，形成一犧牲層370于該犧牲層361預定區內。其中，該犧牲層370為一導電的金屬層，可例如為Cu、Ni、Al或上述材料的任意結合。
接著，請參照圖3F，在完全移除該第一光致抗蝕劑層360后，形成一高分子結構層380于該基底310的第一表面311之上，以覆蓋該犧牲層370及該電鍍起始層350。其中，該高分子結構層380的形成方式可例如為旋轉涂布或是熱壓貼合，可例如為一高分子厚膜層。
接著，請參照圖3G，圖案化該高分子結構層380，以同時形成一噴孔382貫穿該高分子結構層380，該噴孔382露出該犧牲層370表面。
接著，請參照圖3H，經由該基底310第二表面側312，蝕刻該基底310、保護層340及該電鍍起始層350，以形成一流體通道400貫穿該基底310，露出該犧牲層370下表面。形成該流體通道400的方法可例如為激光鉆孔工藝、干蝕刻、或濕蝕刻，若為干蝕刻、或濕蝕刻，則可進一步搭配一掩模層以進行該蝕刻工藝。
最后，請參照圖3I，移除該犧牲層370，以形成一與該噴孔382及該流體通道400相連的流體腔410。移除該犧牲層370的方法可例如為濕蝕刻。至此，完成本發明實施例二所述的單石化流體噴射裝置300。
由于本發明所述的單石化流體噴射裝置使用金屬材料作為犧牲層，其材料性質與作為結構層的氮化硅或高分子材料明顯不同，因此在移除該犧牲層不至于傷害該結構層。此外，由于該犧牲層為金屬材料，因此可以使用激光鉆孔或是干蝕刻方式制作流體通道。
綜上所述，本發明的單石化流體噴射裝置的制造方法，可達增加工藝穩定度的效果，并增加單石化流體噴射裝置的使用壽命雖然本發明以優選實施例揭露如上，然而其并非用以限定本發明，本領域的技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍應當以后附的權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種單石化流體噴射裝置的制作方法，包括下列步驟提供一基底，該基底具有一第一表面及一位于該第一表面的相反側的第二表面；形成一加熱單元及一信號傳送線于該基底的第一表面；形成一保護層覆蓋該信號傳送線及該加熱單元；形成一電鍍起始層覆蓋該基底的第一表面；形成一圖案化的第一光致抗蝕劑層于該電鍍起始層上，以定義出一犧牲層預定區；形成一犧牲層于該犧牲層預定區內；移除該第一光致抗蝕劑層；形成一圖案化的第二光致抗蝕劑層于該犧牲層及該電鍍起始層上，以定義出一結構層預定區；形成一結構層于該結構層預定區內；移除該第二光致抗蝕劑層，以形成一噴孔貫穿該結構層；由該基底的第二表面側形成一流體通道以貫穿該基底，并露出該犧牲層；以及移除該犧牲層以形成一與該噴孔相連的流體腔。
2.如權利要求1所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該加熱單元及該信號傳送線的形成方式包括依序形成一電阻層及一導電層于該基底的第一表面；圖案化該電阻層及該導電層；以及進一步圖案化該導電層，并露出部份該加熱單元。
3.如權利要求1所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中信號傳送線與該加熱單元電連接。
4.如權利要求1所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中在形成該保護層之后，還包括形成一開口貫穿該保護層并露出該信號傳送線。
5.如權利要求1所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該圖案化的第二光致抗蝕劑層形成于該犧牲層上的一噴孔預定區內。
6.如權利要求1所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該流體通道由激光鉆孔工藝所形成。
7.如權利要求1所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該流體通道由干蝕刻工藝所形成。
8.如權利要求1所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該流體通道由濕蝕刻工藝所形成。
9.如權利要求1所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中移除該犧牲層的方法包括濕蝕刻。
10.如權利要求1所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該結構層的材料為Au、Ni、Co、Pd、Pt或上述材料的任意結合。
11.如權利要求1所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該保護層的材料為氧化硅、氮化硅、碳化硅或上述材料任意復合堆棧而成。
12.如權利要求1所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該電鍍起始層的材料為TiW、Au、Ta、TaN或上述材料的任意結合。
13.如權利要求1所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該犧牲層為一金屬層。
14.如權利要求1所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該犧牲層的材料為包含銅、鎳、鋁或上述材料的任意結合。
15.一種單石化流體噴射裝置的制作方法，包括下列步驟提供一基底，該基底具有一第一表面及一位于該第一表面的相反側的第二表面；形成一加熱單元及一信號傳送線于該基底的第一表面；形成一保護層覆蓋該加熱單元及該信號傳送線；形成一電鍍起始層覆蓋該基底的第一表面；形成一圖案化的光致抗蝕劑層于該電鍍起始層上，以定義出一犧牲層預定區；形成一犧牲層于該犧牲層預定區內；移除該光致抗蝕劑層；形成一高分子結構層以覆蓋該基底的第一表面；圖形化該高分子結構層以形成一噴孔貫穿該高分子結構層；由該基底的第二表面側形成一流體通道以貫穿該基底，并露出該犧牲層；以及移除該犧牲層以形成一與該噴孔相連的流體腔。
16.如權利要求15所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該加熱單元及該信號傳送線的形成方式包括依序形成一電阻層及一導電層于該基底的第一表面；圖案化該電阻層及該導電層；以及進一步圖案化該導電層，并露出部份該加熱單元。
17.如權利要求15所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中信號傳送線與該加熱單元電連接。
18.如權利要求15所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中在形成該保護層之后，還包括形成一開口貫穿該保護層并露出該信號傳送線。
19.如權利要求15所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該噴孔貫穿該高分子結構層，且露出該犧牲層。
20.如權利要求15所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該流體通道由激光鉆孔工藝所形成。
21.如權利要求15所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該流體通道由干蝕刻工藝所形成。
22.如權利要求15所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該流體通道由濕蝕刻工藝所形成。
23.如權利要求15所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中移除該犧牲層的方法包括濕蝕刻。
24.如權利要求15所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該高分子結構層為一高分子厚膜層。
25.如權利要求15所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該保護層的材料為氧化硅、氮化硅、碳化硅或上述材料任意復合堆棧而成。
26.如權利要求15所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該電鍍起始層的材料為TiW、Au、Ta、TaN或上述材料的任意結合。
27.如權利要求15所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該犧牲層為一金屬層。
28.如權利要求15所述的單石化流體噴射裝置的制作方法，其中該犧牲層的材料為包含銅、鎳、鋁或上述材料的任意結合。
29.一種單石化流體噴射裝置，包括一基底，該基底具有一流體通道貫穿該基底；一加熱單元形成于該基底之上；一信號傳送線形成于該加熱單元之上；一保護層覆蓋該加熱單元及該信號傳送線；一電鍍起始層覆蓋該保護層；以及一具有一噴孔及一流體腔的結構層形成于該電鍍起始層上，其中該噴孔通過該流體腔與該流體通道連通，且該結構層由金屬所構成。
30.如權利要求29所述的單石化流體噴射裝置，其中該保護層的材料為氧化硅、氮化硅、碳化硅或上述材料任意復合堆棧而成。
31.如權利要求29所述的單石化流體噴射裝置，其中該電鍍起始層的材料為TiW、Au、Ta、TaN或上述材料的任意結合。
32.如權利要求29所述的單石化流體噴射裝置，其中該結構層的材料為Au、Ni、Co、Pd、Pt或上述材料的任意結合。
33.一種單石化流體噴射裝置，包括一基底，該基底具有一流體通道貫穿該基底；一加熱單元，形成于該基底之上；一信號傳送線，形成于該加熱單元之上；一保護層，覆蓋該加熱單元及該信號傳送線；以及一具有一噴孔及一流體腔的結構層，形成于該保護層上，其中該噴孔通過該流體腔與該流體通道連通，且該結構層由高分子所構成。
34.如權利要求33所述的單石化流體噴射裝置，其中該保護層的材料為氧化硅、氮化硅、碳化硅或上述材料任意復合堆棧而成。
35.如權利要求33所述的單石化流體噴射裝置，其中該結構層為一高分子厚膜層。
全文摘要
本發明提供一種單石化流體噴射裝置的制作方法，包括提供一基底，該基底具有第一表面及第二表面。形成信號傳送線及加熱單元于第一表面。形成保護層覆蓋信號傳送線及加熱單元。形成電鍍起始層覆蓋第一表面。形成圖案化的第一光致抗蝕劑層于電鍍起始層上，以定義出犧牲層預定區。形成犧牲層于犧牲層預定區內，移除第一光致抗蝕劑層。形成圖案化的第二光致抗蝕劑層于犧牲層及電鍍起始層上，以定義出結構層預定區。形成結構層于結構層預定區內。移除第二光致抗蝕劑層，以同時形成噴孔貫穿該結構層。由第二表面側形成一流體通道以貫穿該基底，并露出犧牲層，以及移除犧牲層以形成與噴孔相連的流體腔。
文檔編號B05B17/04GK1865005SQ200510072669
公開日2006年11月22日 申請日期2005年5月16日 優先權日2005年5月16日
發明者胡宏盛, 陳葦霖, 徐德榮 申請人:明基電通股份有限公司