晶圆结构的制作方法

晶圆结构
【技术领域】
1.本案关于一种晶圆结构，尤指以半导体制程制出适用于喷墨打印的喷墨芯片的晶圆结构。


背景技术：

2.目前市面上常见的打印机除激光打印机外，喷墨打印机是另一种被广泛使用的机种，其具有价格低廉、操作容易以及低噪音等优点，且可打印于如纸张、相片纸等多种打印媒介。而喷墨打印机的打印品质主要取决于墨水匣的设计等因素，尤其以喷墨芯片释出墨滴至打印媒介的设计为墨水匣设计的重要考量因素。
3.又在喷墨芯片在追求更高的高解析度与更高速打印的打印品质要求下，对于竞争激烈的喷墨打印市场中，喷墨打印机的售价下降得很快速，因此搭配墨水匣的喷墨芯片的制造成本以及更高解析度与更高速打印的设计成本就会取决于市场竞争力的关键因素。
4.但，以目前喷墨打印市场中所生产喷墨芯片是由一晶圆结构以半导体制程所制出，现阶段喷墨芯片生产皆以6英吋以下晶圆结构所制出，又要同时追求更高的高解析度与更高速打印的打印品质要求下，相对喷墨芯片的可打印范围(printing swath)的设计要变更大、更长，始可大幅提高打印速度，如此喷墨芯片所需求整体面积就更大，因此要在6英吋以下有限面积的晶圆结构上制出需求喷墨芯片数量就会相当地受到限制，进而制造成本也无法有效地降低。
5.举例说明，例如，一片6英吋以下晶圆结构制出喷墨芯片的可打印范围(printing swath)为0.56英吋(inch)大概至多切割生成334颗喷墨芯片。若在一片6英吋以下晶圆结构上生成喷墨芯片的可打印范围(printing swath)超过1英吋(inch)或者页宽可打印范围(printing swath)a4尺寸(8.3英吋(inch))来制出更高的高解析度与更高速打印的打印品质要求下，相对要在6英吋以下有限面积的晶圆结构上制出需求喷墨芯片数量就会相当的受到限制，数量更少，在6英吋以下有限面积的晶圆结构上制出需求喷墨芯片就会有浪费剩余的空白面积，这些空白面积就会占去整片晶圆面积的空余率超过20％以上，相当浪费，进而制造成本也无法有效地降低。
6.有鉴于此，要如何符合喷墨打印市场中追求喷墨芯片的更低制造成本，以及追求更高解析度与更高速打印的打印品质，是本案最主要研发的主要课题。


技术实现要素：

7.本案的主要目的是提供一种晶圆结构，包含一芯片基板及多个喷墨芯片，利用至少12英吋以上晶圆的半导体制程来制出该芯片基板，促使该芯片基板上可布置更多需求数量的喷墨芯片，也在相同的喷墨芯片半导体制程直接生成不同可打印范围(printing swath)尺寸的第一喷墨芯片及第二喷墨芯片，并布置需求更高解析度及更高性能的打印喷墨设计，以切割成需求实施应用于喷墨打印的第一喷墨芯片及第二喷墨芯片，达到喷墨芯片的更低制造成本，以及追求更高解析度与更高速打印的打印品质。
8.本案的一广义实施态样为提供一种晶圆结构，包含：一芯片基板，为一硅基材，以至少12英吋以上晶圆的半导体制程制出；多个喷墨芯片，包含至少一第一喷墨芯片及至少一第二喷墨芯片，分别以半导体制程制直接生成于该芯片基板上，并切割成至少一该第一喷墨芯片及至少一该第二喷墨芯片实施应用于喷墨打印；其中，该第一喷墨芯片及该第二喷墨芯片分别包含：多个墨滴产生器，以半导体制程制出生成于该芯片基板上，而该第一喷墨芯片及第二喷墨芯片配置成沿纵向延伸相邻个该墨滴产生器保持一间距的多个纵向轴列组，以及配置成沿水平延伸相邻个该墨滴产生器保持一中心阶差间距的多个水平轴行组，该中心阶差间距为至少1/600英吋以下。
【附图说明】
9.图1为本案晶圆结构一较佳实施例示意图。图2为本案晶圆结构上生成墨滴产生器的剖面示意图。图3a为本案晶圆结构上喷墨芯片布置相关供墨流道、岐流道及供墨腔室等元件一较佳实施例示意图。图3b为图3a中c框区域的局部放大图。图3c为本案晶圆结构上单一喷墨芯片布置供墨流道、导电层元件另一较佳实施例示意图。图3d为图3a中单一喷墨芯片上成形喷孔布置排列一较佳实施例示意图。图4为本案加热电阻层受导电层控制激发加热的简略电路示意图。图5为本案晶圆结构上生成墨滴产生器的布置排列放大示意图。图6为一种适用于喷墨打印机内部的承载系统的结构示意图。【符号说明】
10.1：承载系统111：喷墨头112：承载架113：控制器114：进给轴115：扫描轴116：第一驱动马达117：位置控制器118：储存器119：第二驱动马达120：送纸结构121：电源122：打印媒介2：晶圆结构20：芯片基板21：喷墨芯片21a：第一喷墨芯片
21b：第二喷墨芯片22：墨滴产生器221：热障层222：加热电阻层223：导电层224：保护层224a：第一层保护层224b：第二层保护层225：障壁层226：供墨腔室227：喷孔23：供墨流道24：岐流道25：喷墨控制电路区l、hl：长度w、hw：宽度lp：可打印范围ar1
……
arn：纵向轴列组ac1
……
acn：水平轴行组m：间距p：中心阶差间距vp：电压q：晶体管开关g：栅极
【具体实施方式】
11.体现本案特征与优点的实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本案。
12.请参阅图1所示，本案提供一种晶圆结构2，包含：一芯片基板20及多个喷墨芯片21。其中芯片基板20为一硅基材，以至少12英吋(inch)以上晶圆的半导体制程制出。在具体实施例中，芯片基板20可以利用12英吋(inch)晶圆的半导体制程制出；或者，在另一具体实施例中，芯片基板20可以利用16英吋(inch)晶圆的半导体制程制出。
13.上述的多个喷墨芯片21，包含至少一第一喷墨芯片21a及至少一第二喷墨芯片21b以半导体制程制直接生成于芯片基板20上，并切割成至少一第一喷墨芯片21a及至少一第二喷墨芯片21b实施应用于上述的喷墨头111上喷墨打印。而第一喷墨芯片21a及第二喷墨芯片21b分别包含：多个墨滴产生器22，以半导体制程制出生成于芯片基板20上，又如图2所示，每一墨滴产生器22包含一热障层221、一加热电阻层222、一导电层223、一保护层224、一障壁层225、一供墨腔室226及一喷孔227。其中热障层221形成于芯片基板20上，加热电阻层
222形成于热障层221上，而导电层223及保护层224的一部分形成于加热电阻层222上，且保护层224的其他部分形成于导电层223上，而障壁层225形成于保护层224上，以及供墨腔室226及喷孔227一体成型生成于障壁层225中，且供墨腔室226底部连通保护层224，供墨腔室226顶部连通喷孔227。亦即喷墨芯片21的墨滴产生器22是在芯片基板20上实施半导体制程所制出，以下予以说明。首先在芯片基板20上形成一层热障层221的薄膜，之后再以溅镀方式先后镀上加热电阻层222与导电层223，并以光刻蚀刻的制程厘定所需尺寸，之后再以溅镀装置或化学气相沉积(cvd)装置镀上保护层224，再以保护层224上以干膜压模成型出供墨腔室226，再涂布一层干膜压模成型喷孔227，构成障壁层225一体成形于保护层224上，如此供墨腔室226及喷孔227一体成型生成于障壁层225中，或者，在另一具体实施例上，是于保护层224上以高分子膜直接以光刻蚀刻制程定义出供墨腔室226及喷孔227，如此供墨腔室226及喷孔227一体成型生成于障壁层225中，因此供墨腔室226底部连通保护层224，顶部连通喷孔227。其中芯片基板20为硅基材(sio2)，加热电阻层222为铝化钽(taal)材料，导电层223为铝(al)材料，保护层224由在下层的第一层保护层224a堆叠上层的第二层保护层224b所构成，第一层保护层224a为氮化硅(si3n4)材料，第一层保护层224a为碳化硅(sic)材料，障壁层225可以为一种高分子材料。
14.当然，上述喷墨芯片21的墨滴产生器22在芯片基板20上实施半导体制程所制出，在以光刻蚀刻的制程厘定所需尺寸过程中，如图3a至图3b所示进一步定义出至少一供墨流道23及多个岐流道24，再以保护层224上以干膜压模成型出供墨腔室226，再涂布一层干膜压模成型喷孔227，如此构成如图2所示障壁层225一体成形于保护层224上，且供墨腔室226及喷孔227一体成型生成于障壁层225中，供墨腔室226底部连通保护层224，供墨腔室226顶部连通喷孔227，喷孔227如图3d所示直接裸露于喷墨芯片21表面构成需求的排列布置，因此供墨流道23及岐流道24也是同时以半导体制程制出，其中供墨流道23可以提供一墨水，而供墨流道23连通多个岐流道24，且多个岐流道24连通每个墨滴产生器22的供墨腔室226。又如图3b所示加热电阻层222成形裸露于供墨腔室226中，加热电阻层为具有一长度hl及一宽度hw所构成一矩形面积。
15.又请参阅图3a及图3c所示，供墨流道23为至少1个至6个。图3a所示单一喷墨芯片21的供墨流道23为1个，可以提供单色墨水，此单色墨水可以分别青色(c：cyan)、洋红色(m：megenta)、黄色(y：yellow)、黑色(k：black)墨水。如图3c所示单一喷墨芯片21的供墨流道23为6个，分别提供黑色(k：black)、青色(c：cyan)、洋红色(m：megenta)、黄色(y：yellow)、浅青色(lc：light cyan)和淡洋红色(lm：light megenta)六色墨水。当然，在另外实施例中，单一喷墨芯片21的供墨流道23也可为4个，分别提供青色(c：cyan)、洋红色(m：megenta)、黄色(y：yellow)、黑色(k：black)四色墨水。供墨流道23数量可依实际需求设计来布置。
16.再请参阅图3a、图3c及图4所示，上述导电层223是以晶圆结构2上实施半导体制程所制出，其中导电层223所连接的导体可以至少90纳米以下的半导体制程制出形成一喷墨控制电路，如此在喷墨控制电路区25可以布置更多金属氧化物半导体场效晶体管(mosfet)去控制加热电阻层222形成回路而激发加热或未形成回路则不激发加热；亦即如图4所示加热电阻层222受到一施加电压vp时，晶体管开关q控制加热电阻层222接地的回路状态，当加热电阻层222的一端接地形成回路而激发加热，或未形成回路则不接地不激发加热，其中晶
体管开关q为一金属氧化物半导体场效晶体管(mosfet)，而导电层223所连接的导体为金属氧化物半导体场效晶体管(mosfet)的栅极g；在其他较佳实施例中，导电层223所连接的导体为也可为一互补式金属氧化物半导体(cmos)的栅极g，或者导电层223所连接的导体可为一n型金属氧化物半导体(nmos)的栅极g。导电层223所连接的导体可依实际喷墨控制电路的需求去搭配选择适当晶体管开关q。当然，导电层223所连接的导体可以65纳米至90纳米半导体制程制出形成一喷墨控制电路；导电层223所连接的导体可以45纳米至65纳米半导体制程制出形成一喷墨控制电路；导电层223所连接的导体可以28纳米至45纳米半导体制程制出形成一喷墨控制电路；导电层223所连接的导体可以20纳米至28纳米半导体制程制出形成一喷墨控制电路；导电层223所连接的导体可以12纳米至20纳米半导体制程制出形成一喷墨控制电路；导电层223所连接的导体可以7纳米至12纳米半导体制程制出形成一喷墨控制电路；导电层223所连接的导体可以2纳米至7纳米半导体制程制出形成一喷墨控制电路。可以理解的是，以越精密的半导体制程技术，其在相同的单位体积下可以制出更多组的喷墨控制电路。
17.由上述说可知，本案提供一种晶圆结构2包含一芯片基板20及多个喷墨芯片21，利用至少12英吋(inch)以上晶圆的半导体制程来制出芯片基板20，促使芯片基板20上可布置更多需求数量的多个喷墨芯片21，而多个喷墨芯片21包含至少一第一喷墨芯片21a及至少一第二喷墨芯片21b以半导体制程制直接生成于芯片基板20上，并切割成至少一第一喷墨芯片21a及至少一第二喷墨芯片21b实施应用于喷墨打印，如此在相同的喷墨芯片半导体制程直接生成不同可打印范围(printing swath)尺寸的第一喷墨芯片21a及第二喷墨芯片21b，如图1所示，当晶圆结构2利用至少12英吋(inch)以上晶圆的半导体制程来制出芯片基板20，先布置需求数量的第二喷墨芯片21b后，剩余空白面积即可去布置比较小可打印范围(printing swath)尺寸的第一喷墨芯片21a，这些空白面积就不会浪费，进而在同一晶圆结构2上在相同的喷墨芯片半导体制程直接生成不同可打印范围(printing swath)尺寸的第一喷墨芯片21a及第二喷墨芯片21b的制造成本即可有效降低，并且利用该多个第一喷墨芯片21a及第二喷墨芯片21b布置需求更高解析度及更高性能的打印喷墨设计。
18.就以上述第一喷墨芯片21a及第二喷墨芯片21b的解析度及可打印范围(printing swath)尺寸的设计，以下予以说明。
19.如图3d及图5所示，上述喷墨芯片21的第一喷墨芯片21a及第二喷墨芯片21b分别具有一长度l及一宽度w的矩形面积，可打印范围(printing swath)lp，又喷墨芯片21的第一喷墨芯片21a及第二喷墨芯片21b分别包含多个墨滴产生器22，以半导体制程制出生成于芯片基板20上，而喷墨芯片21的第一喷墨芯片21a及第二喷墨芯片21b配置成沿纵向延伸相邻个墨滴产生器22保持一间距m的多个纵向轴列组(ar1
……
arn)，以及配置成沿水平延伸相邻个墨滴产生器22保持一中心阶差间距p的多个水平轴行组(ac1
……
acn)，亦即如图5所示，座标(ar1,ac1)墨滴产生器22与座标(ar1,ac2)墨滴产生器22保持一间距m，座标(ar1,ac1)墨滴产生器22与座标(ar2,ac1)墨滴产生器22保持一中心阶差间距p，而喷墨芯片21的解析度dpi(dots per inch，每一英吋的点数量)即为1/中心阶差间距p，因此本案为了需求更高解析度，采以解析度至少600dpi以上的布置设计，亦即中心阶差间距p为至少1/600英吋(inch)以下。当然，本案喷墨芯片21的解析度dpi也可采以至少600至1200dpi设计，亦即中心阶差间距为至少1/600英吋(inch)至1/1200英吋(inch)，而本案喷墨芯片21的解析度
dpi最佳实例为采以720dpi设计，亦即中心阶差间距为至少1/720英吋(inch)；或者，本案喷墨芯片21的解析度dpi也可采以至少1200至2400dpi设计，亦即中心阶差间距p为至少1/1200英吋(inch)至1/2400英吋(inch)；或者，本案喷墨芯片21的解析度dpi也可采以至少2400至2400dpi设计，亦即中心阶差间距p为至少1/2400英吋(inch)至1/24000英吋(inch)；或者，本案喷墨芯片21的解析度dpi也可采以至少24000至48000dpi设计，亦即中心阶差间距p为至少1/24000英吋(inch)至1/48000英吋(inch)。
20.上述的第一喷墨芯片21a在晶圆结构2上可布置的可打印范围(printing swath)lp可为至少0.25英吋(inch)至1.5英吋(inch)；当然，第一喷墨芯片21a的可打印范围(printing swath)lp也可以为至少0.25英吋(inch)至0.5英吋(inch)；第一喷墨芯片21a的可打印范围(printing swath)lp也可以为至少0.5英吋(inch)至0.75英吋(inch)；第一喷墨芯片21a的可打印范围(printing swath)lp也可以为至少0.75英吋(inch)至1英吋(inch)；第一喷墨芯片21a的可打印范围(printing swath)lp也可以为至少1英吋(inch)至1.25英吋(inch)；第一喷墨芯片21a的可打印范围(printing swath)lp也可以为至少1.25英吋(inch)至1.5英吋(inch)。第一喷墨芯片21a在晶圆结构2上可布置的宽度w为至少0.5毫米(
㎜
)至10毫米(
㎜
)。当然，第一喷墨芯片21a的宽度也可以为至少0.5毫米(
㎜
)至4毫米(
㎜
)；第一喷墨芯片21a的宽度也可以为至少4毫米(
㎜
)至10毫米(
㎜
)。
21.上述的第二喷墨芯片21b在晶圆结构2上可布置所构成长度可涵盖一打印媒介宽度构成页宽打印，且第二喷墨芯片21b具有一可打印范围(printing swath)lp为至少1.5英吋(inch)以上；当然，第二喷墨芯片21b的可打印范围(printing swath)lp也可以为8.3英吋(inch)，第二喷墨芯片21b喷印于打印媒介宽度的页宽打印范围为8.3英吋(inch)(a4尺寸)；第二喷墨芯片21b的可打印范围(printing swath)lp也可以为11.7英吋(inch)，第二喷墨芯片21b喷印于打印媒介宽度的页宽打印范围为11.7英吋(inch)(a3尺寸)；第二喷墨芯片21b的可打印范围(printing swath)lp也可以为至少1.5英吋(inch)至2英吋(inch)，第二喷墨芯片21b喷印于该打印媒介宽度的页宽打印范围为至少1.5英吋(inch)至2英吋(inch)；第二喷墨芯片21b的可打印范围(printing swath)lp也可以为至少2英吋(inch)至4英吋(inch)，第二喷墨芯片21b喷印于该打印媒介宽度的页宽打印范围为2英吋(inch)至4英吋(inch)；第二喷墨芯片21b的可打印范围(printing swath)lp也可以为至少4英吋(inch)至6英吋(inch)，第二喷墨芯片21b喷印于该打印媒介宽度的页宽打印范围为4英吋(inch)至6英吋(inch)；第二喷墨芯片21b的可打印范围(printing swath)lp也可以为至少6英吋(inch)至8英吋(inch)，第二喷墨芯片21b喷印于打印媒介宽度的页宽打印范围为6英吋(inch)至8英吋(inch)；第二喷墨芯片21b的可打印范围(printing swath)lp也可以为至少8英吋(inch)至12英吋(inch)，第二喷墨芯片21b喷印于打印媒介宽度的页宽打印范围为8英吋(inch)至12英吋(inch)；第二喷墨芯片21b的可打印范围(printing swath)lp也可以为至少12英吋(inch)以上，第二喷墨芯片21b喷印于打印媒介宽度的页宽打印范围为12英吋(inch)以上。
22.上述的第二喷墨芯片21b在晶圆结构2上可布置的宽度w为至少0.5毫米(
㎜
)至10毫米(
㎜
)。当然，第二喷墨芯片21b的宽度也可以为至少0.5毫米(
㎜
)至4毫米(
㎜
)；第二喷墨芯片21b的宽度也可以为至少4毫米(
㎜
)至10毫米(
㎜
)。
23.本案提供一种晶圆结构2包含一芯片基板20及多个喷墨芯片21，利用至少12英吋
(inch)以上晶圆的半导体制程来制出芯片基板20，促使芯片基板20上可布置更多需求数量的多个喷墨芯片21，而多个喷墨芯片21包含至少一第一喷墨芯片21a及至少一第二喷墨芯片21b以半导体制程制直接生成于芯片基板20上，并切割成至少一第一喷墨芯片21a及至少一第二喷墨芯片21b实施应用于喷墨打印，因此，本案晶圆结构2所切割下来多个喷墨芯片21，不论第一喷墨芯片21a及第二喷墨芯片21b的喷墨芯片21，可应用于一喷墨头111上实施喷墨打印。以下就作以说明，请参阅图6所示，承载系统1主要用来支撑本案的喷墨头111结构，其中，承载系统1可包含承载架112、控制器113、第一驱动马达116、位置控制器117、第二驱动马达119、送纸结构120以及提供整个承载系统1运作能量的电源121。上述的承载架112主要用来容置喷墨头111且其一端与第一驱动马达116连接，用以带动喷墨头111于扫描轴115方向上沿直线轨迹移动，喷墨头111可以是可更换地或是永久安装在承载架112上，而控制器113是与承载架112相连接，用以传送控制信号至喷墨头111上。上述的第一驱动马达116可为一步进马达，但不以此为限，其是根据位置控制器117所传送的控制信号沿着扫描轴115来移动承载架112，而位置控制器117则是借由储存器118来确定承载架112于扫描轴115的位置，另外，位置控制器117更可用来控制第二驱动马达119运作，以驱动打印媒介122，例如：纸张，与送纸结构120之间，进而使打印媒介122可沿进给轴114方向移动。当打印媒介122在打印区域(未图示)中确定定位后，第一驱动马达116在位置控制器117的驱动下将使承载架112及喷墨头111在打印媒介122上沿扫描轴115移动而进行打印，于扫描轴115上进行一次或是多次扫描后，位置控制器117将控制第二驱动马达119运作，以驱动打印媒介122与送纸结构120之间，使打印媒介122可沿进给轴114方向移动，以将打印媒介122的另一区域放置到打印区域中，而第一驱动马达116将再带动承载架112及喷墨头111在打印媒介122上沿扫描轴115移动而进行另一行打印，一直重复到所有的打印数据都打印到打印媒介122上时，打印媒介122将被推出到喷墨打印机的输出拖架(未图示)上，以完成打印动作。
24.综上所述，本案提供一种晶圆结构，包含一芯片基板及多个喷墨芯片，利用至少12英吋(inch)以上晶圆的半导体制程来制出该芯片基板，促使该芯片基板上可布置更多需求数量的喷墨芯片，也在相同的喷墨芯片半导体制程直接生成不同可打印范围(printing swath)尺寸的第一喷墨芯片及第二喷墨芯片，并布置需求更高解析度及更高性能的打印喷墨设计，以切割成需求实施应用于喷墨打印的第一喷墨芯片及第二喷墨芯片，达到喷墨芯片的更低制造成本，以及追求更高解析度与更高速打印的打印品质，极具产业利用性。
25.本案得由熟知此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。