專(zhuān)利名稱(chēng)：熱阻層及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱阻層，特別涉及所述熱組層在噴墨頭上的應(yīng)用。
如

圖1所示，一般熱泡式噴墨頭的制造方法大多是在硅晶片10上生長(zhǎng)一層電或熱的絕緣膜12(如磷硅玻璃(PSG)或二氧化硅)后，再將熱阻層14以及導(dǎo)電層16濺鍍沉積上去，并以顯影技術(shù)及蝕刻法蝕刻圖案后，再加上其他保護(hù)層18及必要的墨水通道20和噴孔片22等，便可完成一熱泡式噴墨頭的構(gòu)造。
一般熱泡式噴墨頭操作順序可分為下列四個(gè)階段(1)產(chǎn)生熱源；(2)熱傳導(dǎo)；(3)熱氣泡的形成與長(zhǎng)大；以及(4)墨滴噴出(參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利第4,723,129號(hào)和第4,740,796號(hào))。這些操作順序詳細(xì)說(shuō)明如下由于熱泡式噴墨頭為一熱和電的轉(zhuǎn)換體，當(dāng)提供一充足的脈沖電壓至噴墨頭時(shí)(數(shù)個(gè)μsec的脈沖寬度)，會(huì)令其熱阻層表面溫度快速地升到攝氏幾百度以上，使得墨水被加熱而溫度逐漸升高。當(dāng)超過(guò)墨水的氣化臨界溫度時(shí)，便會(huì)使墨水氣化形成熱氣泡。產(chǎn)生熱氣泡的同時(shí)，由于墨水腔內(nèi)的壓力在瞬間增大，便提供一可令墨水噴出的推力，而令墨水快速地?cái)D壓出去，噴至所需的位置上。脈沖電壓結(jié)束之后熱阻層會(huì)因電壓降至相對(duì)低電位，所產(chǎn)生的熱量也會(huì)消失，使得墨水可順利地回填至包含有加熱器的墨水室內(nèi)，此噴墨循環(huán)的操作頻率可達(dá)數(shù)kHz。
在整個(gè)噴墨頭操作期間，熱阻層表面由于快速地被脈沖電壓加熱而形成熱氣泡，造成墨滴由噴孔噴射出去，此一行為不斷地重覆進(jìn)行，墨水在元件操作期間不斷地撞擊熱阻層，使得其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生機(jī)械性疲勞。而此疲勞現(xiàn)象會(huì)造成一嚴(yán)重問(wèn)題，使得噴墨結(jié)構(gòu)的機(jī)械性質(zhì)惡化，造成整個(gè)結(jié)構(gòu)毀損，以致無(wú)法噴墨。除了因機(jī)械性墨水撞擊所造成的損害之外，還有一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，即脈沖電壓對(duì)熱阻層的影響，因?yàn)闊嶙鑼釉诟哳l率電壓反覆轉(zhuǎn)換下，會(huì)遭受冷熱交互侵襲，進(jìn)而使熱阻層本身產(chǎn)生熱疲勞，造成整個(gè)熱阻層本身材料的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可預(yù)期的變化，破壞熱阻層本身結(jié)構(gòu)在沉積完后的完整性，加速?lài)娔Y(jié)構(gòu)損壞，因此熱阻材料的選擇必須有較高的耐受性和穩(wěn)定性。
目前市場(chǎng)上熱泡噴墨頭所使用的熱阻層大多使用如鋁化鉭、硼化鉿等材料，這些材料在精細(xì)圖案的蝕刻制程上均需使用含氯氣體(如氯、氯化硼)以進(jìn)行選擇性離子蝕刻，但是使用含氯氣體會(huì)大幅增加設(shè)備維修與相關(guān)工安、環(huán)保等設(shè)施成本。因此若能開(kāi)發(fā)一耐受性以及穩(wěn)定性皆高的熱阻材料，且其圖案蝕刻制程僅需使用一般無(wú)毒性氣體以及氧氣的活性離子制程，便能有利于制程整合并提高相關(guān)的安全性，并進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。
有鑒于此，本發(fā)明主要的目的在于開(kāi)發(fā)一種新的熱阻材料，使得這層熱阻材料不僅能經(jīng)得起噴墨操作期間墨水撞擊和冷熱交互侵襲等機(jī)械性的破壞和考驗(yàn)，同時(shí)可以在蝕刻圖案制程中僅需使用一般無(wú)毒氣體的活性離子制程，以符合制程整合與安全的需求。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種由鉭(Ta)和釕(Ru)所組成的熱阻層，可適用在噴墨頭上，上述熱阻層可為單一鉭-釕合金層或純鉭層和純釕層相互交疊而成的復(fù)合層，而鉭的總含量在34％-78％之間及釕的總含量在22％-66％之間。由于對(duì)于上述熱阻層的圖案蝕刻制程僅需使用一般無(wú)毒性的含氟氣體(如四氟化碳、六氟化硫)以及氧氣的活性離子制程，并且在目前已有的噴墨結(jié)構(gòu)下，只需改變上述熱阻層，無(wú)須再?gòu)男略O(shè)計(jì)新的噴墨結(jié)構(gòu)，也無(wú)須改變其他保護(hù)層的材質(zhì)，所以可符合制程整合與安全的需求。
圖1為熱泡式噴墨頭結(jié)構(gòu)的剖面圖。
10～硅基板；12～電或熱的絕緣層；14～熱阻層；16～導(dǎo)線(xiàn)層；18～保護(hù)層；19～熱氣泡產(chǎn)生區(qū)；20～墨水入口；以及22～金屬?lài)娍灼?br> 為了讓本發(fā)明的上述目的和特點(diǎn)更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明所提出的熱組層，以及將其應(yīng)用于制作熱泡式噴墨頭的相關(guān)步驟。
首先，將由鉭-釕所組成的熱阻層，鍍?cè)趲в须姾蜔峤^緣層的硅基板上。在沉積此熱阻層前，需用泵將濺鍍反應(yīng)室內(nèi)的背景壓力抽到5×10-7乇以下，因?yàn)槿绻跊](méi)抽到此壓力下，即通入氬氣去做薄膜沉積，會(huì)有水氣和氧氣的殘留，當(dāng)反應(yīng)室里面的氣體形成電漿時(shí)，內(nèi)含的水氣會(huì)被分解成游離狀態(tài)，釋放出氧原子。這些氧原子即會(huì)在薄膜沉積時(shí)與待沉積的金屬原子產(chǎn)生反應(yīng)，形成金屬氧化物，沉積至熱阻層中，導(dǎo)致熱阻層的特性受到影響。
當(dāng)濺鍍反應(yīng)室的背景壓力被抽到5×10-7乇以下后，便可進(jìn)行熱阻層的濺鍍。而本實(shí)施例是利用4英寸的純鉭和純釕當(dāng)靶材，以磁控濺鍍法(magnetron sputtering)將鉭和釕共同沉積于帶有電和熱絕緣層的4英寸硅晶圓之上。沉積反應(yīng)室的壓力來(lái)源是通入氧氣，并利用節(jié)流閥和節(jié)流閥控制器，將反應(yīng)室壓力精確地控制在15毫乇的沉積壓力下。沉積時(shí)硅基板溫度約為150℃。當(dāng)實(shí)施沉積時(shí)，鉭靶的功率由RF電源供應(yīng)器所提供，并固定于300瓦；而釕靶則是利用釕在不同功率下有不同的濺擊產(chǎn)率，分別以直流電源供應(yīng)器將其調(diào)整在不同功率下來(lái)和鉭混和出不同比例的鉭-釕合金。在本實(shí)施例中，則將釕靶的功率設(shè)定分別設(shè)定于50、100、150、200、250、300瓦。所完成的鉭-釕合金熱阻層的組成與特性如表一所示。其中以第3組(釕的功率為150W)和第4組(釕的功率為200W)所得的鉭-釕合金熱阻層的性能較佳。
其中上述熱阻層可為復(fù)晶或復(fù)晶與非晶的復(fù)合物質(zhì)，并且除了如實(shí)施例中所述的鉭和釕單一合金層處，也可是由鈍鉭層和純釕層相互堆疊而成的復(fù)合層。其中若鉭的總含量在34％-78％，及釕的總含量在22％-66％之間，且厚度在50～500nm之間，所得熱阻層的耐受性和穩(wěn)定性較佳。
形成熱阻層后可再沉積一導(dǎo)線(xiàn)層，之后再利用集成電路制造技術(shù)如顯影技術(shù)和蝕刻方法等對(duì)這些薄膜電阻層蝕刻圖案，然后再加上其他保護(hù)層和必要的墨水通道及噴孔片后，便可完成一熱泡式噴墨頭的制造。而最后制成的熱泡式噴墨頭在列印上的壽命均超過(guò)5×108墨滴，符合熱泡噴墨印頭的需求。
由于本發(fā)明所提出的由鉭-釕組成的熱阻層具有下列特性(1)所制成的熱泡式噴墨頭在列印上的壽命超過(guò)5×108墨滴，耐受性和穩(wěn)定性極高；(2)其圖案蝕刻制程僅需使用一般無(wú)毒性的含氟氣體以及氧氣的活性離子制程；以及(3)鉭-釕合金的熔點(diǎn)較已知的鉭-鋁合金更高，因此與已知的鋁化鉭、硼化鉿等熱阻層材料相比，可大幅提高噴墨頭的穩(wěn)定性和耐熱性，以及提高制程安全性。
雖然本發(fā)明已通過(guò)較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本發(fā)明所述的由鉭和釕所組成的熱阻層，并不限定應(yīng)用在熱泡式噴墨頭上，也可應(yīng)用于其他類(lèi)型印字頭或如精密電阻和電極等元件上。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種更動(dòng)與修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求范圍限定。
表1以不同功率施于鉭靶和釕靶而濺鍍形成的熱阻層的特性一覽表
權(quán)利要求
1.一種熱阻層，其由鉭和釕組成。
2.如權(quán)利要求1所述的熱阻層，其中鉭的總含量介于34％-78％之間，釕的總含量介于22％-66％之間。
3.如權(quán)利要求2所述的熱阻層，其是一種鉭-釕合金層。
4.如權(quán)利要求2所述的熱阻層，其是一種由純鉭層和純釕層相互交疊而成的復(fù)合層。
5.如權(quán)利要求2所述的熱阻層，其厚度在50～500nm之間。
6.一種噴墨頭的熱阻層，其是由鉭和釕所組成。
7.如權(quán)利要求6所述的噴墨頭的熱阻層，其鉭的總含量介于34％-78％之間，而釕的總含量介于22％-66％之間。
8.如權(quán)利要求7所述的噴墨頭的熱阻層，其是一種鉭-釕合金層。
9.如權(quán)利要求7所述的噴墨頭的熱阻層，其是一種由純鉭層和純釕層相互交疊而成的復(fù)合層。
10.如權(quán)利要求7所述的噴墨頭的熱阻層，其厚度在50-500nm之間。
11.一種噴墨頭，其特征在于熱阻層是由鉭和釕所組成。
12.如權(quán)利要求11所述的噴墨頭，其中所述熱阻層的鉭含量在34％～78％之間，釕含量在22％-66％之間。
13.如權(quán)利要求12所述的噴墨頭，其中所述熱阻層是一種鉭-釕合金層。
14.如權(quán)利要求12所述的噴墨頭，其中所述熱阻層是由純鉭層和純釕層相互交疊而成的復(fù)合層。
15.如權(quán)利要求12所述的噴墨頭，其中所述熱阻層的厚度介于50～500nm之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由鉭和釕所組成的熱阻層,可適用在噴墨頭上、精密電阻或電極等相關(guān)應(yīng)用上。所述熱阻層的鉭含量在34%—78%之間,釕含量在22%—66%之間,并可為單一鉭—釕合金層或純鉭層和純釕層相互交疊而成的復(fù)合層。由于對(duì)上述由鉭和釕所組成的熱阻層的圖案蝕刻過(guò)程僅需使用一般無(wú)毒性含氟氣體以及氧氣的活性離子制程,所以非常有利于制程整合,并可提高制程安全性。
文檔編號(hào)B41J2/16GK1270103SQ99105579
公開(kāi)日2000年10月18日 申請(qǐng)日期1999年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月14日
發(fā)明者吳義勇, 武東星, 詹佳期, 洪瑞華 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院