專利名稱：流體噴射裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種流體噴射裝置及其制造方法，特別涉及一種改善工藝良率及穩(wěn)定度并簡化工藝的流體噴射裝置及其制造方法。
背景技術：
公知的流體噴射裝置可分為噴孔片貼合及單片化工藝兩種，其中噴孔片貼合的方式，是利用半導體工藝形成加熱元件及鈍化保護層后，再利用感光性厚膜光致抗蝕劑在加熱元件上進行流體腔及流體通道的制作，之后再以接合劑將金屬噴孔片對位貼合于厚膜光致抗蝕劑上，而完成噴射晶片的結構制作；在單片化流體噴射裝置，其流體腔主要由基材與結構層組成，而結構層又由多層不同時間點形成的薄膜組成。目前流體噴射裝置大多運用于噴墨頭、燃料噴射器、生物科技的藥劑注射、微全分析系統(tǒng)(μ-TAS)與無掩模線路系統(tǒng)等范圍，其中噴墨頭更是大量的使用熱趨氣泡式設計。
圖1顯示一種公知美國專利第6,102,530號的單片化的流體噴射裝置1，始于硅基底10，且在硅基底10上形成結構層12，在硅基底10和結構層12之間形成流體腔14，用以容納流體26；而在結構層12上設有第一加熱器20、以及第二加熱器22，第一加熱器20用以在流體腔14內產生第一氣泡30，第二加熱器22用以在流體腔14內產生第二氣泡32，以將流體腔14內的流體26射出。
公知的單片化流體噴射裝置的結構層為金屬層，其材料可為金、白金、鎳或是鎳合金；流體通道的制作方式使用公知的各向異性蝕刻方式，蝕刻晶片以形成流體通道；而流體腔的制作方式是利用犧牲層蝕刻的技術，其為利用半導體工藝在晶片上沉積氧化硅薄膜作為犧牲層，再利用氮化硅及氧化硅薄膜對蝕刻液選擇比不同的特性，在經過犧牲層移除后，通過各向異性蝕刻在晶片上形成。
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薄膜的蝕刻及去除，這樣的工藝在穩(wěn)定度上有其一定的限制而較無法達到理想的最優(yōu)化參數，基于工藝穩(wěn)定性及操作困難度而言，高分子材料大都可用常見的一些有機溶劑即可移除，因此利用高分子材料做為犧牲層的工藝便成為另一種成本低、工藝穩(wěn)定的選擇。
在單片化流體噴射裝置的結構層為金屬層，常用微電鑄或電鍍工藝來制作，在電鍍工藝之前必須先在犧牲層上制作出電鑄起始導電層，傳統(tǒng)上主要的方法是利用濺鍍或電子束蒸鍍技術的方式沉積一層厚度較薄的金屬薄膜以作為電鍍起始層(under bump metallurgy；UBM)。在結構層完成后，必須把犧牲層及流體腔內的電鍍起始層完全移除，始可避免犧牲層及電鍍起始層的殘留，而造成電鍍起始層與填裝的流體產生化學反應。而在制作電鍍起始層以及移除犧牲層和電鍍起始層時常會發(fā)生許多的問題。例如制作電鍍起始層時，因濺鍍或蒸鍍的高溫工藝而導致犧牲層材料變質而無法完全移除；移除犧牲層和電鍍起始層時，嚴重的電鍍起始層底切，將造成金屬結構層剝落及電鍍起始層移除不完全等。
基于上述缺點，因此有需要一種流體噴射裝置的制造方法，在形成電鍍起始層時不需要高溫工藝，且能改善形成金屬結構層的工藝穩(wěn)定度。通過在犧牲層結構上形成導電高分子層作為電鍍起始層，可使金屬結構層的工藝穩(wěn)定度提升，由此提升工藝成品率。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種流體噴射裝置及制造方法，利用導電高分子層作為電鍍起始層，以改善上述公知技術的問題。
為達成發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供一種流體噴射裝置的制造方法，包括提供基底，且上述基底具有第一表面與第二表面；在上述基底的上述第一表面上形成圖案化犧牲層；在上述基底的上述第一表面上形成導電高分子層，且覆蓋上述圖案化犧牲層；在上述導電高分子層上形成圖案化光致抗蝕劑層；在暴露的上述導電高分子層上形成金屬結構層，且上述金屬結構層與上述圖案化光致抗蝕劑層相鄰；移除上述圖案化光致抗蝕劑層與上述圖案化光致抗蝕劑層下方的導電高分子層，以形成噴孔。上述流體噴射裝置的制造方法，還包括由上述第二表面蝕刻上述基底，在上述基底中形成流體通道，以露出上述犧牲層；移除上述犧牲層，以形成流體腔，且該流體腔與上述噴孔及上述流體通道連通；在該金屬結構層上形成抗化性金屬薄膜。
本發(fā)明又提供一種流體噴射裝置，包括基底，具有第一表面，且上述基底的中具有流體通道；導電高分子層，形成于上述基底的上述第一表面上；金屬結構層，形成于上述導電高分子層上，上述金屬結構層與上述基底的上述第一表面間形成流體腔，且上述導電高分子層與該金屬結構層的中具有噴孔，與上述流體腔連通。上述的流體噴射裝置，其中還包括抗化性金屬薄膜，形成于上述金屬結構層上，且上述抗化性金屬薄膜從上述金屬結構層上表面延伸至上述噴孔內。


圖1為一種公知的流體噴射裝置剖面圖。
圖2a～2i為本發(fā)明的流體噴射裝置第一實施例的一系列工藝剖面圖。
圖3為本發(fā)明的流體噴射裝置第二實施例的剖面圖。
圖4a～4d為本發(fā)明流體噴射裝置第三實施例的一系列中間工藝剖面圖。
附圖標記說明1～單片化的流體噴射裝置； 10～硅基底；12～結構層；14～流體腔；20～第一加熱器；22～第二加熱器；26～流體通道； 30～第一氣泡；32～第二氣泡； 100a～流體噴射裝置；100b～流體噴射裝置；200～基底；201～驅動電路； 202～加熱元件；204～犧牲層； 204a～圖案化犧牲層；205～圖案化光致抗蝕劑層； 206～導電高分子層；207～圖案化光致抗蝕劑層； 208～金屬結構層；209～噴孔； 210～流體通道；211～流體腔； 212～抗化性金屬薄膜；220～掩模； 220a～非透光區(qū)域；220b～透光區(qū)域；230～光線；301～第一表面； 302～第二表面。
具體實施例方式
以下利用工藝剖面圖，更詳細地說明本發(fā)明優(yōu)選實施例的流體噴射裝置及其制造方法。圖2a至圖2i；圖3以及圖4a至圖4d顯示優(yōu)選實施例的工藝中間階段剖面圖，在本發(fā)明各實施例中，相同的符號表示相同的元件。
請參考圖2a，其顯示第一實施例中，形成流體噴射裝置100a的起始步驟。提供例如硅的基底200，其具有第一表面301與第二表面302。在基底200的第一表面301上設置驅動電路201以及加熱元件202。加熱元件202優(yōu)選者為由電阻層所構成的氣泡產生器，其中驅動電路201以及加熱元件202由半導體工藝所形成。
請參考圖2b及圖2c，其顯示在基底200的第一表面301上形成厚度為10～40um的犧牲層204，且犧牲層204覆蓋驅動電路201以及加熱元件202。犧牲層204由化學氣相沉積法(Chemical vapor deposition；CVD)所形成的多晶硅(Poly-Si)或磷硅玻璃，或者以旋轉涂布法形成的高分子聚合物等。接著，利用光刻工藝在犧牲層204上形成圖案化光致抗蝕劑層205，定義出流體噴射裝置的大小及形狀。利用上述圖案化光致抗蝕劑層205作為蝕刻掩模，同時以蝕刻方式將部分犧牲層204濕蝕刻移除，以在基底200的第一表面301上留下圖案化犧牲層204a。也可利用干蝕刻方式取代上述濕蝕刻。然后，施以氧等離子體或光致抗蝕劑剝除液來剝除圖案化光致抗蝕劑層205。從而在基底200的第一表面301上留下圖案化的犧牲層204a。圖案化的犧牲層204a決定了流體腔的位置及大小形狀，且圖案化的犧牲層204a覆蓋在加熱元件202之上。
請參考圖2d，其顯示導電高分子層206形成于基底200的第一表面301上，且覆蓋驅動電路201以及圖案化犧牲層204a。導電高分子層206可利用旋轉涂布或澆鑄法形成，可避免因高溫工藝而導致圖案化犧牲層204a材料變質而無法完全移除。導電高分子層206材料可包括環(huán)氧樹脂、聚乙炔(polyacetylene)、聚噻吩(polythiophene)、聚二乙炔(polydiacetylene)、聚對苯撐乙烯(polyparaphenylene)、聚吡咯(polypyrrole)、聚雙噻吩(polybithiophene)、聚異噻吩(polyisothiophene)、聚噻嗯基乙烯(polythienylvinylene)、聚次苯基硫化物(polyphenylenesulfide)、聚苯胺(polyanilines)、聚(3，4-二氧乙基噻吩)/聚(對苯乙烯磺酸)(poly(3，4-ethylenedioxy-thiophene)/poly(styrenesulfonate)，PEDOT:PSS)或氟代烷基硅烷(fluoroalkylsilane)。導電高分子層優(yōu)選為環(huán)氧樹脂(epoxy resin)或聚酰亞胺(polyimide)，導電高分子層206的厚度優(yōu)選為1～3um。
請參考圖2e，其顯示利用光刻工藝在導電高分子層206上形成圖案化的光致抗蝕劑207。接下來，請參考圖2f，其顯示在暴露的導電高分子層206上形成金屬結構層208。金屬結構層208的形成方法可利用電鑄或無電鍍法形成，其材料可包括鎳、金、鎳鈷合金或其組合，且金屬結構層208與圖案化光致抗蝕劑層207相鄰，其厚度相近于圖案化光致抗蝕劑層的厚度，在優(yōu)選實施例中，金屬結構層208的優(yōu)選厚度為10～40um。本發(fā)明實施例中的流體噴射裝置100a的導電高分子層206為電鍍起始層，因其具有低的電阻率(10-2～10-5Ω·cm)，因此可利用導電高分子206的導電性質制作后續(xù)步驟形成的金屬結構層208的電鍍起始層。
請參考圖2g，其顯示在金屬結構層208中形成噴孔209，可使用例如干式或濕式蝕刻法蝕刻圖案化光致抗蝕劑207與圖案化光致抗蝕劑層207下方的導電高分子層206，直到露出圖案化犧牲層204a為止，以形成噴孔209。圖案化光致抗蝕劑207為形成金屬結構層208的母模，其位置及大小形狀決定了金屬結構層208以及噴孔209的位置及大小形狀。當導電高分子層206結構為環(huán)氧樹脂或聚酰亞胺材料時，其抗氧化性的穩(wěn)定性質，可避免圖案化光致抗蝕劑層207與其下方的一部分導電高分子層206移除時，對位于金屬結構層208下的導電高分子層206造成攻擊(底切現(xiàn)象)，并可以保護金屬結構層208及噴孔209底部的結構完整性。
請參考圖2h，其顯示在基底200中形成流體通道210。其方法可為公知的光刻工藝/各向異性蝕刻方式例如干式蝕刻法或濕式蝕刻法，由基底200的第二表面302選擇性地蝕刻基底200，以在基底200中形成流體通道210，直到露出圖案化犧牲層204a為止。
請參考圖2i，其顯示利用各向異性蝕刻法例如濕式蝕刻法，移除圖案化犧牲層204a，以形成流體腔211，且流體腔211與噴孔209及流體通道210連通。以形成本發(fā)明第一實施例的流體噴射裝置100a。
如上所述的流體噴射裝置100a，包括基底200，具有第一表面301，且基底200的中具有流體通道210；導電高分子層206，形成于基底200的第一表面301上；金屬結構層208，形成于導電高分子層206上，金屬結構層208與基底200的第一表面301之間形成流體腔211，且導電高分子層206與金屬結構層208之中具有噴孔209，與流體腔211連通。
圖3為本發(fā)明第二實施例的流體噴射裝置100b剖面圖，其顯示在金屬結構層208上形成抗化性金屬薄膜212，且抗化性金屬薄膜212從金屬結構層208上表面延伸至噴孔209內。抗化性金屬薄膜212的優(yōu)選厚度為1um，其材料可包含金或其合金。優(yōu)選實施例中，抗化性金屬薄膜212的形成方法可利用無電鍍法，其厚度優(yōu)選為1um。其中元件與圖2a至圖2i所示相同的部分，則可參考前面的相關敘述，在此不作重復敘述。
在本發(fā)明第一及第二實施例的流體噴射裝置100a與100b中，主要差異在于流體噴射裝置100b將抗化性金屬薄膜212形成于金屬結構層208上，且抗化性金屬薄膜212從金屬結構層208上表面延伸至噴孔209內。此抗化性金屬薄膜212具有可防止金屬結構層208表面氧化的功能。
圖4a至圖4d為一系列的工藝中間階段剖面圖。其顯示本發(fā)明的流體噴射裝置的工藝剖面圖。請參考圖4a，其顯示形成流體噴射裝置的起始步驟，提供基底200，接著，在基底200的第一表面301上依序形成驅動電路201、加熱元件202以及圖案化的犧牲層204a，且圖案化的犧牲層204a覆蓋于加熱元件202之上。接著，在基底200的第一表面301上形成導電高分子層206，且覆蓋驅動電路201以及圖案化犧牲層204a。本實施例中導電高分子層206可為含有導電粒子的光致抗蝕劑(例如為IBM公司專利US4882245的SU-8)或含有感光性材料，例如可為添加光酸產生劑(photo acid generation material，PAG)的導電高分子層?？梢怨饪谭绞?，利用掩模220，其具有非透光區(qū)域220a以及透光區(qū)域220b，將掩模220和導電高分子層206適當對準，接著進行曝光，曝光時光線230穿透透光區(qū)域220b，將掩模220的影像轉移至導電高分子層206。請參考圖4b，其顯示經過顯影步驟后，形成圖案化的導電高分子層206，覆蓋于圖案化犧牲層204a以及部分基底200的第一表面301上。
請參考圖4c，其顯示在未覆蓋圖案化的導電高分子層206的圖案化犧牲層204a以及一部分第一表面301上形成圖案化光致抗蝕劑層207。接著，請參考圖4d，其顯示在暴露的該導電高分子層206上形成金屬結構層208。金屬結構層208由電鑄或無電鍍法形成，其材料可包括鎳、金、鎳鈷合金或其組合，且金屬結構層208與圖案化光致抗蝕劑層207相鄰，其厚度相近于圖案化光致抗蝕劑層的厚度。圖案化光致抗蝕劑層207的位置及大小形狀決定了金屬結構層208的形狀。之后的步驟相同于圖2g至圖2i。其中元件與圖2a至圖2i所示相同的部分，則可參考前面的相關敘述，在此不作重復敘述。
權利要求
1.一種流體噴射裝置的制造方法，包括下列步驟提供基底，且所述基底具有第一表面與第二表面；在所述基底的所述第一表面上形成圖案化犧牲層；在所述基底的所述第一表面上形成導電高分子層，且所述導電高分子層覆蓋所述圖案化犧牲層；在所述導電高分子層上形成圖案化光致抗蝕劑層；在暴露的所述導電高分子層上形成金屬結構層，且所述金屬結構層與所述圖案化光致抗蝕劑層相鄰；移除所述圖案化光致抗蝕劑層與所述圖案化光致抗蝕劑層下方的導電高分子層，以形成噴孔。
2.如權利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中還包括在所述基底的所述第一表面上形成加熱元件及驅動電路。
3.如權利要求2所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述圖案化犧牲層覆蓋所述加熱元件。
4.如權利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述圖案化犧牲層包括多晶硅、磷硅玻璃或高分子聚合物。
5.如權利要求4所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述高分子聚合物為光致抗蝕劑。
6.如權利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述導電高分子層為電鍍起始層。
7.如權利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述導電高分子層包括環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、聚乙炔、聚噻吩、聚二乙炔、聚對苯撐乙烯、聚吡咯、聚雙噻吩、聚異噻吩、聚噻嗯基乙烯、聚次苯基硫化物、聚苯胺、聚(3，4-二氧乙基噻吩)/聚(對苯乙烯磺酸)或氟代烷基硅烷。
8.如權利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述導電高分子層為SU-8。
9.如權利要求5所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述導電高分子層是感光性材料。
10.如權利要求9所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述感光性材料為通過添加光酸產生劑形成。
11.如權利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述導電高分子層為具有導電粒子的光致抗蝕劑。
12.如權利要求11所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述導電粒子包括銀、銅、鎳或金。
13.如權利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述導電高分子層的電阻率范圍介于10-2～10-5Ω·cm。
14.如權利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述導電高分子利用旋轉涂布、澆鑄或光刻/蝕刻方式形成。
15.如權利要求2所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述導電高分子層覆蓋所述驅動電路。
16.如權利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述圖案化光致抗蝕劑層與所述圖案化光致抗蝕劑層下方的導電高分子利用干式蝕刻或光刻/蝕刻方式去除。
17.如權利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述金屬結構層包括鎳、金或鎳鈷合金或其組合。
18.如權利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述金屬結構層的厚度相近于圖案化光致抗蝕劑層的厚度。
19.如權利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述金屬結構層由金屬微電鑄或電鍍工藝形成。
20.如權利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，還包括由所述第二表面蝕刻所述基底，在所述基底中形成流體通道，以露出所述圖案化犧牲層。
21.如權利要求20所述的流體噴射裝置的制造方法，還包括移除所述圖案化犧牲層，以形成流體腔，且所述流體腔與所述噴孔及所述流體通道連通。
22.如權利要求1所述的流體噴射裝置的制造方法，還包括在所述金屬結構層上形成抗化性金屬薄膜。
23.如權利要求22所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述抗化性金屬薄膜為金或其合金。
24.如權利要求22所述的流體噴射裝置的制造方法，其中所述抗化性金屬薄膜利用無電鍍法形成。
25.一種流體噴射裝置，包括基底，具有第一表面，且所述基底的中具有流體通道；導電高分子層，形成于所述基底的所述第一表面上；金屬結構層，形成于所述導電高分子層上，所述金屬結構層與所述基底的所述第一表面間形成流體腔，且所述導電高分子層與所述金屬結構層的中具有噴孔，與所述流體腔連通。
26.如權利要求25所述的流體噴射裝置，其中還包括在所述基底的所述第一表面上形成的加熱元件及驅動電路。
27.如權利要求26所述的流體噴射裝置，其中所述加熱元件位于所述流體腔中。
28.如權利要求25所述的流體噴射裝置，其中所述導電高分子層為電鍍起始層。
29.如權利要求25所述的流體噴射裝置，其中所述導電高分子層包括環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、聚乙炔、聚噻吩、聚二乙炔、聚對苯撐乙烯、聚吡咯、聚雙噻吩、聚異噻吩、聚噻嗯基乙烯、聚次苯基硫化物、聚苯胺、聚(3，4-二氧乙基噻吩)/聚(對苯乙烯磺酸)或氟代烷基硅烷。
30.如權利要求25所述的流體噴射裝置，其中所述導電高分子層為SU-8。
31.如權利要求30所述的流體噴射裝置，其中所述導電高分子層為感光性材料。
32.如權利要求31所述的流體噴射裝置，其中所述感光性材料通過添加光酸產生劑形成。
33.如權利要求25所述的流體噴射裝置，其中所述導電高分子層為具有導電粒子的光致抗蝕劑。
34.如權利要求33所述的流體噴射裝置，其中所述導電粒子包括銀、銅、鎳或金。
35.如權利要求25所述的流體噴射裝置，其中所述導電高分子層的電阻率范圍介于10-2～10-5Ω·cm。
36.如權利要求25所述的流體噴射裝置，其中所述導電高分子利用旋轉涂布、澆鑄或光刻/蝕刻方式形成。
37.如權利要求25所述的流體噴射裝置，其中所述金屬結構層包括鎳、金或鎳鈷合金或其組合。
38.如權利要求25所述的流體噴射裝置，其中所述金屬結構層由金屬微電鑄或電鍍工藝形成。
39.如權利要求25所述的流體噴射裝置，其中所述流體腔與所述噴孔及所述流體通道連通。
40.如權利要求25所述的流體噴射裝置，還包括抗化性金屬薄膜，形成于所述金屬結構層上，且所述抗化性金屬薄膜從所述金屬結構層上表面延伸至所述噴孔內。
41.如權利要求40所述的流體噴射裝置，其中所述抗化性金屬薄膜為金或其合金。
42.如權利要求40所述的流體噴射裝置，其中所述抗化性金屬薄膜利用無電鍍法形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種流體噴射裝置及其制造方法，此流體噴射裝置包括基底，具有第一表面，且上述基底的中具有流體通道；導電高分子層，形成于上述基底的上述第一表面上；金屬結構層，形成于上述導電高分子層上，上述金屬結構層與上述基底的上述第一表面間形成流體腔，且上述導電高分子層與該金屬結構層的中具有噴孔，與上述流體腔連通。上述的流體噴射裝置可還包括抗化性金屬薄膜，形成于上述金屬結構層上，且上述抗化性金屬薄膜從上述金屬結構層上表面延伸至上述噴孔內。
文檔編號B41J2/14GK101062494SQ200610080118
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月28日 優(yōu)先權日2006年4月28日
發(fā)明者洪益智, 陳葦霖, 莊文賓 申請人:明基電通股份有限公司