专利名称：喷墨打印机中的加热栅极区域结构及制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种喷墨打印机中的加热栅极区域结构及制作方法。
背景技术：
在喷墨打印机中，具有打印头用于打印。打印头主要由两部分构成，一部分采用半导体制作技术在隔离的硅衬底上形成各种集成控制电路，进行电控制，另一部分采用微电子机械系统控制打印头的喷嘴的开合。打印头中具有墨水通道，墨水滴顺着墨水通道流到打印头的喷嘴上，当选择打印时，电控制使得打印头中的墨水滴流通过打印头喷嘴喷射出去进行打印。图1为现有技术打印机中的打印头剖面结构示意图，该打印头为一个垂直折弯的墨水通道，墨水滴在垂直方向上注入该墨水通道，该墨水通道的水平方向出口为打印头的喷嘴。打印头喷嘴在水平方向上所相对的墨水通道内壁上，粘附有一个互补型金属氧化物半导体(CM0Q器件，该器件的栅极面向该墨水通道。在这里，将粘附有CMOS器件的区域称为加热栅极区域。在打印时，控制打印头的喷嘴开启，该CMOS器件接入电流，与墨水通道的墨水滴相接触的CMOS器件的栅极会产生热量，使得墨水通道的墨水滴产生泡沫膨胀，墨水滴就顺着墨水通道的水平方向通过喷嘴喷射出去。在这里，CMOS器件的栅极制作过程为在CMOS器件的半导体衬底上沉积一层氮化硅层后，然后在氮化硅层上采用化学气相沉积(CVD)方式沉积多晶硅层后，最后采用光刻和刻蚀工艺刻蚀多晶硅层后得到栅极，由于CVD沉积方式的原因，该CMOS器件的栅极表面是平滑的。具体地，如图加 图加所示的现有技术打印机中的打印头打印过程剖面示意图， 其中，第一步骤，墨水滴垂直注入了墨水通道，该墨水通道为一个垂直折弯的墨水通道， 该墨水通道的水平方向出口为打印头的喷嘴。打印头喷嘴在水平方向上所相对的墨水通道内壁上，粘附CMOS器件，该器件的栅极面向该墨水通道，如图加所示；第二步骤，要打印时，控制打印头的喷嘴开启，给CMOS器件通电，与墨水通道的墨水滴相接触的CMOS器件的栅极产生热量，由于热量传导的原因该墨水通道的墨水滴在水平方向上产生泡沫，如图％所示；第三步骤，随着CMOS器件的栅极热量不断增高，墨水通道的墨水滴在水平方向上产生泡沫继续膨胀，如图2c所示；第四步骤，当在墨水通道在水平方向上产生的泡沫膨胀到一定程度上时，就破裂形成小滴沿着水平方向扩散，如图2d所示；第五步骤，随着小滴沿着水平方向扩散，墨水滴顺着墨水通道的水平方向通过开启的喷嘴喷射出去，如图加所示。从上述过程可以看出，打印头整个打印过程的实现依赖于加热栅极区域在通电过程中所产生的热量及将热量传给墨水滴的热传导效率，产生的热量越大及热传导效率越高，所产生的墨水滴泡沫越多越容易快速膨胀后从打印头的开启喷嘴里喷出。为了使得打印质量较好，即快速并清晰打印，就需要使得在短时间内产生的墨水滴泡沫越多，从而容易快速膨胀后扩散从打印头的开启喷嘴里喷出，就需要增大加热栅极区域在通电过程中所产生的热量或热传导效率，由于CMOS器件的性能限制，所产生热量是一定的，所以就需要增大热传导效率，因此，就需要增大加热栅极区域面积，以使得更多地与墨水通道的墨水滴接触来提高热传导效率、但是，在实际制作过程中，却无法增大加热栅极区域面积，这是因为加热栅极区域需要在水平方向上正对着打印头的喷嘴且打印头的喷嘴边界是固定的。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种喷墨打印机中的加热栅极区域结构，该结构的热传导效率比较高，从而使得打印头所产生的墨水滴泡沫越多越容易快速膨胀后从打印头的开启喷嘴里喷出。本发明还提供一种喷墨打印机中的加热栅极区域结构的制作方法，该方法所制作的加热栅极区域结构的热传导效率比较高，从而使得打印头所产生的墨水滴泡沫越多越容易快速膨胀后从打印头的开启喷嘴里喷出。根据上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种喷墨打印机中的加热栅极区域结构，该结构应用在打印机的具有垂直折弯墨水通道的打印头中，该打印机的水平方向上的出口为喷嘴，该结构粘附于打印头中在水平方向上面对于喷嘴的内壁上，该结构包括氮化硅层和其上的栅极层，其中，栅极层由崎岖不平的多晶硅材料或金属材料制成。所述金属材料为金属铝，采用溅射方式得到。所述崎岖不平的多晶硅材料是采用沉积半球形晶粒膜HSG方式沉积得到的。所述栅极层厚度为300埃 1000埃。所述氮化硅层厚度为100埃 200埃。一种啧墨打印机中的加热栅极区域结构的制作方法，该加热栅极区域结构应用在打印机的具有垂直折弯墨水通道的打印头中，该打印机的水平方向上的出口为喷嘴，该结构粘附于打印头中在水平方向上面对于喷嘴的内壁上，该方法包括在半导体衬底上沉积氮化硅层；在所述氮化硅层上沉积崎岖不平的多晶硅层或溅射金属层，采用光刻工艺或刻蚀工艺，对所述多晶硅层或金属层进行刻蚀处理，得到栅极层。所述崎岖不平的多晶硅层是采用沉积半球形晶粒膜HSG方式沉积得到的。所述金属层为金属铝层。所述栅极层厚度为300埃 1000埃。所述氮化硅层厚度为100埃 200埃。从上述方案可以看出，本发明提供的加热栅极区域结构及制作方法，将现有技术中的光滑平面栅结构替换为表面崎岖不平的栅结构，增大加热栅极区域结构；或者将现有技术中的光滑平面栅结构替换为热传导效率比较高的金属栅结构，从而该加热栅极区域结构的热传导效率比较高，使得打印头所产生的墨水滴泡沫越多越容易快速膨胀后从打印头的开启喷嘴里喷出，提高了打印头打印质量。
图1为现有技术打印机中的打印头剖面结构示意图；图加 图2e所示的现有技术打印机中的打印头打印过程剖面示意图；图3为本发明提供的打印头剖面结构示意图；图4为本发明提供的打印头的加热器栅区域的制作方法流程图；图fe 图k为本发明打印机中的打印头打印过程剖面示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。从现有技术可以看出，增大打印头的加热栅极区域的热传导效率是使得打印头所产生的墨水滴泡沫越多越容易快速膨胀，从打印头的开启喷嘴里喷出，提高了打印头打印质量的关键所在。又由于打印头的加热栅极区域的热传导效率和其表面积成正比，所以需要提高加热栅极区域的表面积。容易想到的提高加热栅极区域的表面积方法为直接扩大加热栅极区域的表面积， 但是这并无法实施，这是因为，加热栅极区域需要在水平方向上正对着打印头的喷嘴且打印头的喷嘴边界是固定的，所以无法扩大加热栅极区域。为了克服上述问题，本发明采用的方法为将现有技术中的光滑平面栅结构替换为表面崎岖不平的栅结构，使得栅结构的表面积增大，从而增大加热栅极区域的表面积。在本发明中，制作表面崎岖不平的栅结构方法为首先，采用CVD方式在半导体衬底上沉积一层氮化硅层作为半导体的钝化保护层，厚度为100 200埃；然后，在氮化物层再采用沉积半球形晶粒膜(HSG)方式沉积多晶硅层，厚度为300埃 1000埃；最后，经过光刻工艺和刻蚀工艺对多晶硅层进行光刻和刻蚀，形成加热栅极区域。在这里，由于所沉积的为多晶硅HSG，而不是现有技术的多晶硅完整晶粒膜，所以使得加热栅极区域的表面崎岖， 而不平滑，增大了表面积。在本发明中，在沉积氮化硅层时，所采用的密度为1. 3E20 1. 5E20原子每立方厘米。另外，增大打印头的加热栅极区域的热传导效率还可以采用金属材料来制作栅结构，比如金属铝，制作方式为采用溅射的方式将铝离子溅射在氮化硅层上，厚度为500埃 700埃，由于铝材料的散热能力优于多晶硅材料，所以使得热量传导更加快速。图3为本发明提供的打印头剖面结构示意图，该打印头为一个垂直折弯的墨水通道，墨水滴在垂直方向上注入该墨水通道，该墨水通道的水平方向出口为打印头的喷嘴。打印头喷嘴在水平方向上所相对的墨水通道内壁上，粘附有一个CMOS器件，该器件的栅极面向该墨水通道。在这里，将粘附有CMOS器件的区域称为加热栅极区域。当打印时，开启喷嘴，该CMOS器件接入电流时，CMOS器件的栅极就会产生热量，传导到墨水通道的墨水滴上， 使得墨水通道的墨水滴产生泡沫膨胀，墨水滴就顺着墨水通道的水平方向通过开启喷嘴喷射出去。
和图1不相同的是，该栅极采用金属材料制成或者采用崎岖不平的多晶硅层制成 (图中示出的为崎岖不平的多晶硅层)。当该栅极为多晶硅时，采用沉积HSG的方式沉积多晶硅层；当采用金属材料时，比如金属铝时，采用离子溅射的方式溅射铝。图4为本发明提供的打印头的加热器栅区域的制作方法流程图，其具体步骤为步骤401、在半导体衬底上沉积氮化硅层；在本步骤中，沉积氮化硅层的厚度为100 200埃，沉积采用CVD方式；步骤402、在氮化硅层上制作崎岖不平的多晶硅层或金属层后，采用光刻工艺和刻蚀工艺对崎岖不平的多晶硅层或金属层进行刻蚀后，得到栅极；在本步骤中，所制作的栅极层厚度为300埃 1000埃，当该栅极为多晶硅时，采用沉积HSG的方式沉积多晶硅层；当采用金属铝时，采用离子溅射的方式溅射铝；步骤403、采用现有技术制作该CMOS器件的其它部分后，得到完整的该CMOS器件， 将该CMOS器件粘附在打印头喷嘴在水平方向上所相对的墨水通道内壁上，栅极面向该墨水通道。以加热栅极区域结构采用崎岖不平的多晶硅层为例，对本发明举例进行详细说明，如图如 图^3所示的为本发明打印机中的打印头打印过程剖面示意图，其中，第一步骤，墨水滴垂直注入了墨水通道，该墨水通道为一个垂直折弯的墨水通道， 该墨水通道的水平方向出口为打印头的喷嘴。打印头喷嘴在水平方向上所相对的墨水通道内壁上，粘附CMOS器件，该器件的栅极面向该墨水通道，该栅极表面是崎岖不平的，如图如所示；第二步骤，要打印时，控制将喷嘴开启，给CMOS器件通电，则CMOS器件的具有崎岖不平表面的栅极产生的热量传导给墨水通道的墨水滴，传导的效率由于接触面积的增大而比较高，由于大热量的原因墨水滴在水平方向上产生大泡沫，如图恥所示；在本步骤中，由于与墨水滴接触的栅极表面是崎岖不平的，所以接触面积增大，而使得热传导比较迅速，在墨水通道中的热量积聚速度及能量都比较大，使得墨水滴在水平方向上产生大泡沫；第三步骤，随着CMOS器件的栅极热量不断增高，墨水通道的墨水滴在水平方向上产生的大泡沫继续膨胀，如图5c所示；第四步骤，当在墨水通道在水平方向上产生的大泡沫膨胀到一定程度上时，就破裂形成小滴沿着水平方向扩散，如图5d所示；第五步骤，随着小滴沿着水平方向扩散，墨水滴顺着墨水通道的水平方向通过开启的喷嘴快速喷射出去，如图5e所示。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
权利要求
1.一种喷墨打印机中的加热栅极区域结构，该结构应用在打印机的具有垂直折弯墨水通道的打印头中，该打印机的水平方向上的出口为喷嘴，该结构粘附于打印头中在水平方向上面对于喷嘴的内壁上，其特征在于，该结构包括氮化硅层和其上的栅极层，其中，栅极层由崎岖不平的多晶硅材料或金属材料制成。
2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述金属材料为金属铝，采用溅射方式得到。
3.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述崎岖不平的多晶硅材料是采用沉积半球形晶粒膜HSG方式沉积得到的。
4.如权利要求1、2或3所述的结构，其特征在于，所述栅极层厚度为300埃 1000埃。
5.如权利要求1、2或3所述的结构，其特征在于，所述氮化硅层厚度为100埃 200埃。
6.一种喷墨打印机中的加热栅极区域结构的制作方法，该加热栅极区域结构应用在打印机的具有垂直折弯墨水通道的打印头中，该打印机的水平方向上的出口为喷嘴，该结构粘附于打印头中在水平方向上面对于喷嘴的内壁上，其特征在于，该方法包括在半导体衬底上沉积氮化硅层；在所述氮化硅层上沉积崎岖不平的多晶硅层或溅射金属层，采用光刻工艺或刻蚀工艺，对所述多晶硅层或金属层进行刻蚀处理，得到栅极层。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述金属层为金属铝层。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述崎岖不平的多晶硅层是采用沉积半球形晶粒膜HSG方式沉积得到的。
9.如权利要求6、7或8所述的方法，其特征在于，所述栅极层厚度为300埃 1000埃。
10.如权利要求6、7或8所述的结构，其特征在于，所述氮化硅层厚度为100埃 200埃。
全文摘要
本发明提供了一种喷墨打印机中的加热栅极区域结构及制作方法，该结构应用在打印机的具有垂直折弯墨水通道的打印头中，该打印机的水平方向上的出口为喷嘴，该结构粘附于打印头中在水平方向上面对于喷嘴的内壁上，其特征在于，该结构包括氮化硅层和其上的栅极层，其中，栅极层由崎岖不平的多晶硅材料或金属材料制成。采用本发明提供的方法制作的加热栅极区域结构的热传导效率比较高，使得打印头所产生的墨水滴泡沫越多越容易快速膨胀后从打印头的开启喷嘴里喷出，提高了打印头打印质量。
文档编号B41J2/14GK102198753SQ2010101366
公开日2011年9月28日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者南基旭 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司