微流體遞送器件及其制造方法
【技術領域】
[0001 ]實施例涉及微流體遞送器件及其制造方法。
【背景技術】
[0002]微流體遞送器件通常用于液體分配應用中,諸如在噴墨打印機中分配墨水。微流體遞送系統可以包括諸如貯存器之類的流體保持結構,以及諸如微流體遞送器件之類的遞送結構。流體保持結構和遞送結構均與流體直接接觸以用于分配。這些結構通常由包括聚合物的有機材料制成。
[0003]許多墨水或其他流體與這些聚合物材料是不兼容的。在基于聚合物的微流體遞送器件使用不兼容的墨水和其他流體、特別是有機流體可以引起對這些器件的過早損壞,并且可以減少其使用壽命。例如,有機流體可以侵蝕聚合物結構并且改變遞送器件的尺寸。這可以使得遞送器件的效率和精確度隨著時間變化而降低。此外,流體可以與聚合物結構反應,弱化或者另外損壞了結構。流體也可以拾取來自聚合物結構的污染物,這對于流體具有不希望的效應。
【發明內容】
[0004]在此公開的一個或多個實施例涉及一種包括與廣泛流體組群具有兼容性的結構的微流體遞送器件。在一些實施例中,微流體遞送器件被設計為使得有機聚合物無法與所分配的流體接觸。
[0005]—個實施例涉及一種微流體遞送器件,其主要具有諸如硅之類的半導體結構。特別地,用于遞送流體的結構可以由多晶型硅(也稱作多晶硅)或者由外延硅形成。主要使用硅基材料以形成與所分配的流體接觸的結構的微流體遞送器件導致與廣泛流體和應用集合兼容的器件。
[0006]在一個實施例中,流體遞送器件被構造在第一部分和第二部分中。第一部分可以包括流體入口、加熱器、以及流體腔室的底部和側壁。第一部分可以進一步包括由夾設在兩層電介質材料之間的多晶硅化鎢形成的電接觸。加熱器、接觸以及介質材料可以被形成在諸如硅之類的第一半導體晶片基底材料中或第一半導體晶片基底材料上。
[0007]在一個實施例中,外延硅層可以生長在電介質材料頂部上。使用包括光刻和刻蝕工藝的標準半導體處理工藝技術,在外延硅層中形成流體腔室并且在硅晶片中形成腔室入
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[0008]流體遞送器件的第二部分可以包括流體腔室的頂部,以及形成在諸如硅之類的第二半導體晶片中的噴嘴。第一部分和第二部分被接合在一起以形成包括多個流體遞送器件的堆疊組件。堆疊組件隨后被劃片以形成單獨的流體遞送器件。
【附圖說明】
[0009]當結合附圖時從以下詳細說明書將使得本公開的前述和其他特征及優點如變得更好理解一樣更易于知曉。
[0010]圖1是根據本公開一個實施例的流體腔室的示意截面圖;以及
[0011]圖2A—圖21是根據本公開一個實施例的在制造工藝不同階段處圖1的流體腔室的示意圖。
【具體實施方式】
[0012]在以下說明書中,闡述某些特定細節以便于提供對本公開各個實施例的徹底完整理解。然而,本領域技術人員將理解的是,本公開可以不采用這些具體細節而實施。在其他情形中,并未詳細描述與電子部件、半導體制造和MEMS制造相關聯的已知結構以避免不必要地模糊本公開實施例的描述說明。
[0013]說明書全文中涉及“一個實施例”或“一實施例”意味著結合實施例所述的特定特征、結構或特性包括在至少一個實施例中。因此,說明書全文中各個地方出現的短語“在一個實施例中”或“在一實施例中”并非必須均涉及相同的實施例。此外,特定的特征、結構或特性可以以任何合適的方式組合在一個或多個實施例中。
[0014]如在本說明書和所附權利要求中所使用的,單數形式“一”、“一個”和“該”包括復數形式,除非上下文明確給出相反指示。也應該注意的是,術語“或”通常以包括“和/或”的含義而采用,除非上下文明確給出相反指示。
[0015]在附圖中,等同的附圖標記標識相似的元件或動作。附圖中元件的尺寸和相對位置無需按照比例繪制。
[0016]參照圖1,示出了微流體遞送器件100。總體而言,配置微流體遞送器件100以接收來自流體貯存器165的流體,并且分配或排出少量所接收的流體。可以用于微流體遞送器件100中的流體包括但不限于墨水、香水、醫藥流體、以及任何其他可分配流體。該遞送器件的一個用途是噴墨打印機頭。其他潛在用途包括用于香水或用于醫療應用的噴霧器,諸如吸入器,以及其他液體分配應用。
[0017]微流體遞送器件100包括噴嘴板110和腔室本體150。噴嘴板110包括可以由硅晶片或玻璃形成的襯底層112,以及可以為氧化物沉積(諸如氧化硅)的電介質層114。噴嘴板110也包括噴嘴120和焊盤接入開口 115,均形成作為延伸穿過噴嘴板110的開口。
[0018]腔室本體150包括硅襯底152。第一電介質層154和第二電介質層156均位于硅襯底152上。第一電介質層154和第二電介質層156可以包括氧化娃。
[0019]腔室本體150進一步包括導電互連部件160,其在一個實施例中是埋設的多晶硅布線。導電互連部件160耦合至加熱器部件162,在一個實施例中是非硅化的多晶硅。加熱器部件162布置在噴嘴下方在第一電介質層154和第二電介質層156之間。
[0020]第二電介質層156在至少一個位置處具有開口158以在此提供導電路徑至導電互連部件160和加熱器部件162。在開口 158處是去往導電互連部件160的電接觸159。
[0021]外延硅生長層170形成在第二電介質層156的頂部上。就此而言,形成了絕緣體上硅(SOI)結構。流體腔室172位于第二電介質層153之上,其中由外延硅生長層170界定側壁。流體腔室172的側表面174形成在外延硅生長層170中。
[0022]腔室本體150的底表面包括耦合至貯存器165的流體入口164。流體入口 164與流體腔室172和流體貯存器165流體連通。就此而言,流體入口 164使得貯存器165與流體腔室172流體連通。
[0023]流體入口164是延伸穿過硅襯底層152以及第一電介質層154和第二電介質層156的穿通開口。腔室本體150也可以包括在外延層170中的溝槽175。溝槽175可以輔助電隔離接合焊盤180和從圍繞流體腔室172的結構穿過外延層170和互連部件160至加熱器部件162的導電路徑。
[0024]在外延硅生長層170的頂部上是接合環182、184以及接合焊盤180。接合焊盤180是如本領域已知的導電層。接合焊盤可以配置用于容納用于在器件100外提供電耦合的導電引線。接合焊盤180提供了穿過外延層170和互連部件160去往加熱器部件162的電連通。
[0025]噴嘴板110和腔室本體150由流體緊密密封的一個或多個接合層而相互接合。特別地,位于電介質層114上的噴嘴接合環181、183接合至位于外延層170上的腔室接合環182、184。在一些實施例中,接合環181、182、183、184是金層,并且通過熱壓工藝在焊盤之間形成接合,如以下詳細所述的那樣。
[0026]噴嘴板110形成流體腔室172的上表面。當腔室本體150和噴嘴板110接合在一起以形成微流體器件100時,流體腔室172通過噴嘴板110的噴嘴120與器件100外部的環境而流體連通。
[0027]如上所述,流體腔室172的側壁主要形成在外延層170中。流體腔室172的底表面173是電介質層156的頂表面。流體腔室側壁174也可以包括接合環181、182、183、184。腔室116的頂表面是噴嘴板110的電介質層114的底表面。在一個實施例中,流體腔室172從頂表面116至底表面173具有10 — 50微米的深度。
[0028]盡管流體腔室172主要地形成在外延層170中,可以理解,流體腔室可以形成在其他類型的半導體層中。
[0029]加熱器部件162位于噴嘴120下方與腔室底部173鄰接,并且配置用于加熱在流體腔室172內的流體。通過加熱流體,加熱器部件162使得流體腔室172中的流體通過噴嘴120噴入外部環境中。特別地,加熱器部件162蒸發流體以形成泡沫。形成泡沫的膨脹使得液滴形成并且從噴嘴120噴出。
[0030]可以基于器件的所需性能屬性而選擇加熱器部件162的尺寸和位置。在一些實施例中,加熱器部件162位于與噴嘴120相對并且在其下方的流體腔室的底表面處。以下將更詳細討論噴嘴板110、腔室本體150和它們組合成為微流體器件100的形成的具體細節。
[0031]如上所述,對于微流體器件100的一個潛在用途是在醫療應用中。與醫療應用相關聯的流體是范圍廣闊的,并且包括有機流體、無機流體,以及可以具有不同范圍化學和反應屬性的各種流體。用于形成微流體器件100的材料、以及特別是用于形成微流體器件100的接觸流體的部分的材料并不包