CN1118375C

CN1118375C - 喷墨印头晶片及其制造方法

Info

Publication number: CN1118375C
Application number: CN98109867A
Authority: CN
Inventors: 王介文; 李明玲; 蓝元亮; 吴义勇; 王惠芳
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 1998-06-08
Filing date: 1998-06-08
Publication date: 2003-08-20
Anticipated expiration: 2018-06-08
Also published as: CN1238265A

Abstract

一种喷墨印头晶片的制造方法，用以在一基板上形成该喷墨印头晶片，该基板上方具有构图的一热阻层及一导电层，该方法包括以下步骤：在该导电层与该热阻层上方形成一绝缘层；在该绝缘层上方形成一金属层，并对该金属层及该绝缘层构图，用以限定一接触窗，该接触窗挖穿该金属层与该绝缘层到达该导电层上方；在该接触窗之中形成一金属插销；以及形成该喷墨印头晶片。本发明还涉及一种喷墨印头晶片。

Description

喷墨印头晶片及其制造方法

本发明涉及一种喷墨打印机的印头晶片及其制作方法，特别是涉及一种印头晶片的制作方法。

现有的热泡式喷墨印头晶片的制作工艺，如美国专利第4,862,197号所述。下文将简述此工艺与其相对应的结构，以及现有技术的缺失。

请参考图1，用以说明现有的工艺。在如图1所示的基板100上方，依次沉积且构图热阻层(resistive layer)102与导电层(conductive layer)104，分别作为加热器(heater)与导线。之后，至少沉积一层绝缘层，用以保护热阻层102与导电层104，图中表示沉积两层绝缘层106、108，其材料可以为氮硅化物SiN_x或碳硅化物SiC_x。之后，开接触窗，沉积至少一层金属层，图中表示沉积两层金属层110、112，其材料可以为钽(Ta)、金(Au)等金属。通过接触窗金属层110、112与下层的导电层104接触，并形成一完整的电路回路。之后，如图1所示，在金属层112上方还形成一粘接点(TAB)116以及一作为墨水通道的厚膜114。然而，为了要使此电路回路连接顺畅且降低接触电阻，上层的金属层110的厚度必须相当厚，使得能覆盖接触窗的孔洞。

因为上述工艺中在绝缘层上方沉积金属层之前，会先对绝缘层限定图案，故会使金属层对于绝缘层的附着性降低，进而影响印头晶片的使用寿命。因为在对绝缘层进行光刻工艺(photolithograph)限定图案时，必须在绝缘层上方形成光致抗蚀剂与去除光致抗蚀剂，因此就会使用光致抗蚀剂并使用一些水及有机溶剂来加以清洗，之后再沉积金属层。但是有机物极易残留于绝缘层表面。甚至会与绝缘层表层发生化学作用形成键结，欲去除干净非常不易。

因此，在沉积金属层上去后，因为绝缘层与金属层间的介面不干净造成金属的附着力变差，这会造成工艺成品率低。更会使加热器部分加热时传热不平均，造成某些部分温度过高，使加热器容易受损，降低使用寿命。

此外，金属层需有一相当厚的厚度，才能将孔洞处覆盖完全，这会造成传热效率降低，并且增加生产与工艺的成本。

因此本发明的主要目的在于提供一种喷墨印头晶片的制造方法，在绝缘层形成后就直接镀上金属层，故可以增加绝缘层与金属层间的附着力，增加印头的使用寿命，克服现有技术的缺点。

本发明的另一目的在于提供一种喷墨印头晶片的制造方法，其中上层金属与下层导电层以金属插销(plug)加以连接。因此可以减少金属层的厚度，提高传热效率，并且还能增加生产与工艺的稳定性。

本发明的再一目的在于提供一种与此喷墨印头晶片的制造方法相对应的墨水印头晶片的结构。

为达到本发明的上述与其它目的，提出一种喷墨印头晶片的制造方法，此方法简述如下：在一基板上方形成一热阻层及一导电层，分别作为加热器与导线。之后，在导电层与热阻层的上方沉积至少一层绝缘层。接着，不对上述的绝缘层进行光刻与蚀刻等工艺，直接在绝缘层的上方沉积至少一金属层，并对金属层构图，用以限定一接触窗。此接触窗挖穿金属层与绝缘层到达导电层上方。接着在接触窗中制作一金属插销，用以将金属层与导电层电连接，提供一电路回路。最后，在上方形成厚膜，作为印头的墨水通道。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图作详细说明。附图中：

图1绘示现有的印头晶片结构的剖面图；

图2A与图2B分别绘示根据本发明的两种印头晶片结构的剖面图；以及

图3A至图3G绘示根据本发明的实施例的喷墨印头晶片的制造流程图。

请参考图2A与图2B，用以说明本发明喷墨印头晶片的结构。

本发明的喷墨印头晶片结构，如图2A所示，位于一基板200上方。基板200上方具有一热阻层202与一导电层204，而导电层204位于该热阻层202上方。

在导电层上方覆盖一绝缘层，如图所示，此绝缘层为双层结构，包括绝缘层206、208。绝缘层206、208的材料分别为氮硅化物(SiN_x)与碳硅化物(SiC_x)，作为隔绝与保护导电层204与热阻层202之用。此绝缘层除如图所示的双层结构外，也可以是单层或两层以上的结构。

一金属层位于上述绝缘层206、208上方，如图示，此金属层也为双层结构，包括金属层210、212。金属层210、212的材料分别为钽(Ta)与金(Au)。类似地，此金属层除如图所示的双层结构外，也可以是单层或两层以上的结构。

一接触窗214，位于导电层204上方，并且穿过金属层210、212与绝缘层206、208，并使导电层204暴露出来。一金属插销216位于上述接触窗214中，并且与金属层210、212，绝缘层206、208以及导电层204相连接。作为墨水通道的厚膜218则覆盖于上方。

本结构提供一电路回路，其回路为由金(Au)材料的金属层212经钽(Ta)金属层210、金属插销216、导电层204、热阻层202，再经导电层204、金属插销216、钽(Ta)金属层210以及金(Au)金属层212形成一完整回路。

接着请参考图2B，其绘示本发明的另一种结构的示意图。标号与图2A相同的表示相同的元件。如图2B所示，此图与图2A相异处在于金(Au)金属层212a位于钽(Ta)金属层210上方，但是并不与金属插销216连接接触。此外，它也提供与图2A相同的电路回路。

另外，图2A与图2B中的金属插销216完全填满于接触窗214之中。然而，金属插销216也可以部分填满于该接触窗214之中。

根据上述的喷墨印头的结构，提出一下述的相对应的制造方法，根据本发明，在绝缘层沉积后，不经任何程序，直接在绝缘层上方沉积金属层。接着，开一接触窗，贯穿金属层与绝缘层，到达导电层的上方，并在此接触窗制作一金属插销，用以电连接金属层与导电层，形成一电路回路，用以提供作为加热器的热阻层的电力来源。

请参照图3A到图3G，其绘示根据本发明的一优选实施例的制造流程图，用来说明本发明。

参考图3A，在一基板(substrate)300上方沉积一层热阻层302与导电层304。其中热阻层302的材料可以为硼化铪(HfB₂)、铝钽化物(TaAl)、氮化钽(TaN)等的化合物；而导电层304的材料可以为铝(Al)、铝铜合金(Al-Cu)等的金属导电材料。

之后，如图3B所示，将热阻层302与导电层304进行光刻工艺并且将热阻层302与导电层304构图。构图后的热阻层302a与导电层304a分别作为喷墨印头晶片的加热器与导线。

接着，如图3C所示，再以化学气相沉积法(chemical vapor deposition)沉积一绝缘层306，作为隔绝与保护热阻层302与导电层304a的用途。此绝缘层306的材料可以为氮硅化物(SiN_x)或碳硅化物(SiC_x)。此外，此绝缘层306的层数不限定只有单层，也可以是两层，如图2A与图2B所示由一层氮硅化物(SiN_x)与一层碳硅化物(SiC_x)所构成，或者包括沉积两层以上的绝缘层。

接着并不对绝缘层306进行象现有技术一样的光刻与蚀刻等工艺，而是直接沉积金属层。因此，本发明可以解决现有技术中绝缘层与金属层之间附着力差的问题。

接着参考图3D。在沉积绝缘层306后，直接在其上方沉积一金属层308。因为直接沉积金属层，所以绝缘层与金属层之间没有污染物存在，附着力也因而提高，增加印头晶片的寿命。同理，此金属层308不限定只有单层，也可以是如图2A与图2B所示的两层结构，如以溅射(sputtering)或热蒸发(thennal evaporation)的方法分别沉积一钽(Ta)层与一金(Au)层。

之后，如图3E所示，对金属层308进行光刻工艺并且构图，形成金属层308a。接着，如图3F所示，对暴露的绝缘层306进行光刻工艺并且构图，形成绝缘层306a。此时，在金属层308a与绝缘层306a形成一接触窗310，其贯穿金属层308a与绝缘层306a，并且使导电层304a暴露出来。

接着形成一金属插销312与接触窗310之中，用以电连接金属层308a与导电层304a。此金属插销312可以运用溅射、热蒸发或化学气相沉积等方式来形成。因为利用金属插销312来连接金属层308a与导电层304a，因此其金属层308可以不必沉积如同现有技术的厚度，本发明的金属层厚度约为现有技术的一半左右。此外，金属插销312也可以利用剥离(lift-off)工艺配合热蒸发来形成。

因此，本发明的特征是在沉积绝缘层后，不对绝缘层施加任何工艺即直接沉积金属层。因此，可以避免现有技术的金属层与绝缘层之间的界面污染而减低附着力。故本发明可以增加金属层与绝缘层之间的附着力，增加工艺成品率，同时也增加喷墨印头使用寿命。

本发明的另一特征是在金属层与导电层之间的连接是利用金属插销，故其金属层厚度不必象现有技术中一样需要镀上一相当厚度的金属层。因为降低金属层厚度，故能增加生产率与工艺的稳定性，更能提高传热效率。

综上所述，虽然本发明已结合一优选实施例揭露如上，但是其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作出各种更动与润饰，因此本发明的保护范围应当由后附的权利要求来限定。

Claims

1.一种喷墨印头晶片的制造方法，用以在一基板上形成该喷墨印头晶片，该基板上方具有构图的一热阻层及一导电层，该方法包括以下步骤：

在该导电层与该热阻层上方形成一绝缘层；

在该绝缘层上方形成一金属层，并对该金属层及该绝缘层构图，用以限定一接触窗，该接触窗挖穿该金属层与该绝缘层到达该导电层上方；

在该接触窗之中形成一金属插销；以及

形成该喷墨印头晶片。

2.如权利要求1所述的方法，其中该绝缘层为单层结构。

3.如权利要求1所述的方法，其中该绝缘层为多层结构。

4.如权利要求1所述的方法，其中该绝缘层的材料为氮硅化物(SiN_x)。

5.如权利要求1所述的方法，其中该绝缘层的材料为碳硅化物(SiC_x)。

6.如权利要求1所述的方法，其中该绝缘层以化学气相沉积法形成。

7.如权利要求1所述的方法，其中该金属层的单层结构。

8.如权利要求1所述的方法，其中该金属层多为层结构。

9.如权利要求1所述的方法，其中该金属层以溅射法沉积形成。

10.如权利要求1所述的方法，其中该金属层以热蒸发法沉积形成。

11.如权利要求1所述的方法，其中该金属层的材料为钽(Ta)。

12.如权利要求1所述的方法，其中该金属层的材料为金(Au)。

13.如权利要求1所述的方法，其中该金属插销完全填满该接触窗。

14.如权利要求1所述的方法，其中该金属插销部分填满该接触窗。

15.如权利要求1所述的方法，其中该金属插销以化学气相沉积法形成。

16.如权利要求1所述的方法，其中该金属插销以热蒸发法形成。

17.如权利要求1所述的方法，其中该金属插销以溅射法形成。

18.如权利要求1所述的方法，其中该金属插销以剥离法形成。

19.如权利要求1所述的方法，其中该金属插销为单层结构。

20.如权利要求1所述的方法，其中该金属插销为多层结构。

21.如权利要求1所述的方法，其中该金属插销的材料为选自下列由金、钽、铝、铂、铬、铜、铟、锡、钽铝合金、钽硅合金、钽钨合金、铝铜合金、铝硅铜合金、铟锡合金、金锡合金以及铅锡合金所组成的集合的一导电材料。

22.一种喷墨印头晶片，该晶片形成于一基板上，该喷墨印头晶片的结构包括：

一热阻层与一导电层，位于该基板上方，该导电层位于该热阻层上方；

一绝缘层，位于该导电层上方；

一金属层，位于该绝缘层上方；

一接触窗，贯穿该金属层与该绝缘层，并使该导电层暴露出来；以及

一金属插销，该金属插销位于该接触窗中，连接该金属层与该导电层。

23.如权利要求22所述的晶片，还包括一厚膜，作为墨水通道。

24.如权利要求22所述的晶片，其中该绝缘层为单层结构。

25.如权利要求22所述的晶片，其中该绝缘层为多层结构。

26.如权利要求22所述的晶片，其中该金属层为单层结构。

27.如权利要求22所述的晶片，其中该金属层为多层结构。

28.如权利要求22所述的晶片，其中该金属插销为单层结构。

29.如权利要求22所述的晶片，其中该金属插销为多层结构。

30.如权利要求22所述的晶片，其中该金属插销完全填满该接触窗。

31.如权利要求22所述的晶片，其中该金属插销部分填满该接触窗。