流体喷出设备的制造方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]喷墨技术被广泛用于快速精确地分配小量的流体。喷墨通过在燃烧室中制造高压的短脉冲从喷嘴喷出小滴的液体。在打印过程中，这个喷出过程每秒钟可以重复几千次。在燃烧室中制造压力的一种方式是在燃烧室中加热油墨。热喷墨(TIJ)设备包括燃烧室中的加热元件(例如，电阻器)。电流通过加热元件，从而喷出液滴。随着加热元件产生热量，燃烧室中流体的一小部分被蒸发。蒸汽迅速扩张，促使小液滴离开燃烧室和喷嘴。然后电流被关断，并且加热元件冷却。蒸汽气泡迅速崩塌，将更多流体汲取到燃烧室。
【附图说明】
[0002]结合附图对本发明的一些实施例进行描述。
[0003]图1是根据示例实施方式的流体喷出设备的一部分的截面图。
[0004]图2是根据示例实施方式的流体喷出设备的电阻器部分的截面图。
[0005]图3-5描绘根据示例实施方式的流体喷出设备的电阻器部分的俯视图。
[0006]图6是根据另一示例实施方式的流体喷出设备的一部分的截面图。
[0007]图7是根据另一示例实施方式的流体喷出设备的电阻器部分的截面图。
【具体实施方式】
[0008]图1是根据不例实施方式的流体喷出设备的一部分的截面图。流体喷出设备100可以在例如热喷墨(TIJ)打印头中使用。流体喷出设备100包括基底102、薄膜叠层150和在薄膜叠层150上形成的腔室152。腔室152在各自沉积于薄膜叠层150上的阻挡层128和平板层130内形成。腔室152与喷嘴132流体连接。腔室152被配置为容纳能够从喷嘴132喷出的流体(如，油墨)。
[0009]基底102是具有掺杂区的半导体基底，例如掺杂区108和掺杂区110。掺杂区108和掺杂区110可以形成晶体管的源极和漏极。薄膜叠层150包括以图案沉积在基底102上的多个层。薄膜叠层150中的各层可以采用已知的半导体沉积和加工技术沉积和图案化。可以理解的是，图1示意性示出薄膜叠层，并忽略了拓扑细节，例如在各层沉积在基底102上时层的变化的高度和厚度。在这样的细节对于理解示例实施方式是必要的时，将在以下描述的后续附图中更详细地示出它们。
[0010]在示例中，薄膜叠层150包括栅氧化物(GOX)层112、多晶硅层114、介电层104、金属层118、介电层106和金属层123。GOX层112是在基底102上图案化的第一层。多晶硅层114被图案化在GOX层112上。多晶硅层114的一部分可以为利用掺杂区108和110形成的晶体管提供栅极。多晶硅层114的另一部分提供多晶硅结构116，其将在下面进一步详细讨论。
[0011]介电层104沉积在多晶硅层114上。介电层104可以是任意类型的绝缘层，例如氧化硅、磷硅酸盐玻璃(PSG)、未掺杂硅酸盐玻璃(USG)、碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)或正硅酸乙酯(TEOS)等或其组合。通孔(例如136和138)可以在介电层104中形成，用以暴露多晶硅层114和基底102的一部分。
[0012]金属层118沉积在介电层104上，并且沉积在介电层104中形成的通孔中。金属层118可以由钽(Ta)、铝(Al)、铜(Cu)或金(AU)等或其组合(例如TA和AU)形成，包括合金或其组合(如TaAl、AlCu)。金属层118可以包括多个导电层。例如，如图所不的导电层120和122。导电层120和122可以具有不同的薄层电阻(薄层电阻是每个单元的电阻)。例如，导电层120的薄层电阻可以比导电层122的薄层电阻高，使得在存在导电层122的情况下，大多数电流会流经导电层122。因此，导电层122作为导电线，并且可以用于对信号进行路由，而导电层120作为电阻线，并且可以被用作电阻器。通过首先沉积导电层120、沉积导电层122、然后刻蚀导电层122以暴露导电层120的一部分，可以形成金属层118。具体地，导电层120的位于腔室152下面的一部分134被暴露。暴露部分134在腔室152下面提供了与腔室152热连接的电阻器的表面。
[0013]介电层106被沉积在金属层118上。介电层106可以是任意类型的绝缘层，例如氧化硅、PSG、USG、SiC, SiN、或TEOS等或其组合。介电层106的一部分可以被刻蚀以暴露金属层118的一部分(例如，可以在介电层116中形成通孔)。
[0014]金属层123被沉积在介电层106上，并被沉积在介电层106中形成的通孔中。金属层123可以由钽(Ta)、铝(Al)、铜(Cu)或金(AU)等或其组合(例如TA和AU)形成，包括合金或其组合(如TaAl、AlCu)。与金属层118类似，金属层123可以包括多个导电层。例如，金属层123可以包括导电层124和导电层126。导电层126可以被用来提供用于从外部源(未示出)接收电信号的接合焊盘140。在一些示例中，导电层124可以提供抗气蚀层以减轻由于腔室152中的流体气泡崩塌而给腔室152下面的下层带来的机械损伤。在另外一些示例中，可以从腔室152下面省略导电层124。
[0015]电阻器可以通过发送流经电阻器的电流脉冲来加热(燃烧)。任何适当的方法可以被用来将电流脉冲引导到期望的电阻器，例如直接寻址、矩阵寻址或者流体喷出设备100中的智能驱动芯片。选择燃烧哪个电阻器可以由流体喷出设备100中的处理器、诸如打印机的相关控制设备中的处理器、或其组合来执行。一旦确定要加热某个电阻器，电流脉冲就可以通过流体喷出设备100中的电路被传递到该电阻器。
[0016]图1示出电流脉冲可以被传递到由腔室152下面的导电层120的暴露部分134形成的电阻器的示例。电流可以通过金属层118、通过由掺杂区108和110形成的晶体管被连接到焊盘140，并被连接到腔室152下面的金属层118的实现电阻器的一部分。当然，这个信号路由只是示例，并且变体和其他配置是可能的。
[0017]可以理解的是，薄膜叠层150的各层没有按比例示出。各层可以依赖于具体的器件配置和所使用的工艺而具有各种厚度。在示例中，GOX层112可以具有大约750埃(A)的厚度；多晶硅层114可以具有大约3600A的厚度；介电层104可以具有大约13000A的厚度；金属层118可以具有大约5000A的厚度；介电层106可以具有大约3850A的厚度；并且金属层123可以具有大约4600A的厚度。当然，这些厚度只是示例，并且变体和其他配置也是可能的。另外，薄膜叠层150中各层的具体配置也以示例方式提供。可以理解的是，在不同的配置中可以提供额外的介电和/或金属层。通常，这里描述的薄膜叠层150提供了腔室152下面的的电阻器，和在电阻器下面的多晶硅结构。下面将马上描述多晶硅结构及其优点。
[0018]多晶硅结构116可以包括至少一个多晶硅片段(例如截面图中示出的两个片段)。多晶硅层114可以具有使其在暴露部分134 (例如，电阻器的表面)内的金属层118中造成显著形貌差异的厚度。这引起电阻器的表面不平整，从而提高电阻器的热效率。另外，电阻器表面的形貌变化可以实现电阻器的较低的静态导通能量(STOE)。在没有多晶硅结构116的情况下，热效率只能通过使用较薄的钝化层(例如介电层106)或者在电阻器下面使用厚的热屏障(例如介电层104)来提高。然而，较薄的钝化层容易受到针孔的影响而导致产量的损失。厚的热屏障会增加成本。多晶硅结构116既不会增加成本也不会增加模具设计中的固定资产(real-estate)需求。
[0019]在一个示例中，多晶硅结构116是无源的，并且不传导电流。在这样的示例中，多晶硅结构116的存在只是用来改变电阻器表面的形貌从而提高热效率。在另一示例中，多晶硅结构116或者其一部分可以为了各种目的被用来传导电流。例如，多晶硅结构116或者其一部分可以为形成在流体喷出设备100中的晶体管提供栅极(例如，多晶硅结构可以是栅极114的一部分)。在另一示例中，由于多晶硅具有适当的薄层电阻(如每平方30ohm)，所以多晶硅结构116可以被用作除了电阻器之外的次级加热元件。次级加热器可以使介电层104变暖，从而缓解硅基底102的热量损失。
[0020]图2是根据示例实施方式的流体喷出设备的电阻器部分200的截面图。图2中与图1相同或者相似的元件使用相同的附图标记指代，并已在上面详细描述。电阻器部分200示出了流体喷出设备100在腔室152下面的更多细节。为了清楚起见，腔室152已被省略。电阻器部分200包括基底102、GOX层112、多晶硅层114、介电层104、金属层118、