CN114368222A - 一种微流体器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微流体器件及其制作方法，包括器件晶圆和喷嘴晶圆，所述器件晶圆包括衬底、绝缘层和加热器，所述绝缘层设置在衬底的顶部，所述加热器设置在绝缘层的顶部，所述绝缘层的顶部处于加热器两侧的位置处设置有金属导线，所述绝缘层、金属导线和加热器的顶部设置有钝化层，所述喷嘴晶圆包括硅片，所述硅片的底部开设有空腔，所述空腔顶部内侧壁的中心位置处开设有喷嘴，所述喷嘴和空腔的位置与加热器相对应，该微流体器件的制作方法设计合理，进一步改善打印头的制造工艺，提升打印头的可靠性，降低打印头的制造成本。
Description
技术领域
本发明属于打印机制造技术领域，特别涉及一种微流体器件及其制作方法。
背景技术
热喷墨打印技术越来越广泛地应用于工业、商业和消费打印应用之中，在热喷墨工艺中，打印墨盒由一系列微小的腔室组成，每个腔室都包含一个加热器。为了从每个腔室喷射墨滴，电流脉冲通过加热元件，导致腔室中的墨水快速汽化并形成气泡，导致腔室内压力增加，将墨滴从喷嘴向打印纸喷出，完成打印。
热喷墨打印头技术不断演进，使每个腔室的发射速度从原来的5-8khz增加到20khz以上，墨滴量达到5皮升。喷墨的形成与性能受到很多因素的影响，如加热器材料、腔体大小、墨水通道的设计、喷嘴的大小、墨水的性质、蒸汽泡的冷凝等，但是，现有的打印头的制造工艺还能够进一步改善，以提升打印头的可靠性，降低打印头的制造成本。为此，本发明提出一种微流体器件及其制作方法。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种微流体器件及其制作方法，该微流体器件及其制作方法设计合理，进一步改善打印头的制造工艺，提升打印头的可靠性，降低打印头的制造成本。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种微流体器件，包括器件晶圆和喷嘴晶圆，所述器件晶圆包括衬底、绝缘层和加热器，所述绝缘层设置在衬底的顶部，所述加热器设置在绝缘层的顶部，所述绝缘层的顶部处于加热器两侧的位置处设置有金属导线，所述绝缘层、金属导线和加热器的顶部设置有钝化层，所述喷嘴晶圆包括硅片，所述硅片的底部开设有空腔，所述空腔顶部内侧壁的中心位置处开设有喷嘴，所述喷嘴和空腔的位置与加热器相对应。
一种微流体器件的制作方法，具体步骤如下：
步骤一：器件晶圆的制作；具体步骤如下：
①绝缘层的制作：在衬底上制作一层绝缘层薄膜，表面清洗，光刻工艺加工，光刻工艺包括涂胶、对准、曝光和显影，衬底是硅、蓝宝石或玻璃，首选衬底材料为硅，尺寸是3-12寸，厚度介于500-1000um之间，绝缘层薄膜是氧化硅或氮化硅，厚度介于1-5um之间；
②加热器的制作：表面清洗，通过溅射的方法在晶圆和光刻胶表面制作一层薄膜电阻层，然后剥离光刻胶表面的薄膜电阻，去除光刻胶，在绝缘层上形成加热器，表面清洗；
③金属导线的制作：采用蒸发和溅射的方法在绝缘层和加热器上制作一层金属层，厚度为0.1-2um，光刻工艺加工，金属刻蚀、去胶和表面清洗后形成金属导线；
④钝化层的制作：表面清洗，在最顶制作一层钝化层，钝化层的材质为氧化硅、氮化硅或碳化硅，厚度为1-3um；
步骤二：喷嘴晶圆的制作；具体步骤如下：
①晶圆键合和减薄：首先进行晶圆键合，将一片硅晶圆键合到一个载片上，然后将晶圆减薄至所需的厚度；
②空腔的制作：光刻工艺加工，空腔刻蚀，去胶与清洗，空腔刻蚀采用干法或湿法工艺；
③喷嘴的制作：光刻工艺加工，喷嘴刻蚀，去胶与清洗；
步骤三：晶圆集成；将器件晶圆和喷嘴晶圆键合，键合方法为低温金属合金键合、金-金热压键合或熔融键合，然后将晶圆与载片分离，清洗。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤一的①中，绝缘层薄膜的制作采用化学气相沉积、热氧化法、磁控溅射或离子束溅射。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤一的②中，薄膜电阻是TaAl、TaN、NiCr或TaSiO2等，薄膜电阻的厚度在10-300nm之间。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤二中的载片是蓝宝石、玻璃或另一片硅片。
作为本发明的一种优选实施方式，步骤二的③中，喷嘴刻蚀采用干法工艺。
本发明的有益效果：本发明的一种微流体器件，包括器件晶圆、喷嘴晶圆、绝缘层、加热器、金属导线、钝化层、硅片、空腔、喷嘴和衬底。
1、此微流体器件的制作方法设计合理，进一步改善打印头的制造工艺，提升打印头的可靠性，降低打印头的制造成本。
附图说明
图1为本发明一种微流体器件的剖面示意图；
图2为本发明一种微流体器件的器件晶圆剖面示意图；
图3为本发明一种微流体器件的喷嘴晶圆剖面示意图；
图4为本发明一种微流体器件的制作方法的流程示意图；
图中：1、器件晶圆；2、喷嘴晶圆；3、绝缘层；4、加热器；5、金属导线；6、钝化层；7、硅片；8、空腔；9、喷嘴；10、衬底。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1至图4，本发明提供一种技术方案：一种微流体器件，包括器件晶圆1和喷嘴晶圆2，所述器件晶圆1包括衬底10、绝缘层3和加热器4，所述绝缘层3设置在衬底10的顶部，所述加热器4设置在绝缘层3的顶部，所述绝缘层3的顶部处于加热器4两侧的位置处设置有金属导线5，所述绝缘层3、金属导线5和加热器4的顶部设置有钝化层6，所述喷嘴晶圆2包括硅片7，所述硅片7的底部开设有空腔8，所述空腔8顶部内侧壁的中心位置处开设有喷嘴9，所述喷嘴9和空腔8的位置与加热器4相对应。
一种微流体器件的制作方法，具体步骤如下：
步骤一：器件晶圆的制作；具体步骤如下：
①绝缘层的制作：在衬底上制作一层绝缘层薄膜，表面清洗，光刻工艺加工，光刻工艺包括涂胶、对准、曝光和显影，衬底是硅、蓝宝石或玻璃，首选衬底材料为硅，尺寸是3-12寸，厚度介于500-1000um之间，绝缘层薄膜是氧化硅或氮化硅，厚度介于1-5um之间；
②加热器的制作：表面清洗，通过溅射的方法在晶圆和光刻胶表面制作一层薄膜电阻层，然后剥离光刻胶表面的薄膜电阻，去除光刻胶，在绝缘层上形成加热器，表面清洗；
③金属导线的制作：采用蒸发和溅射的方法在绝缘层和加热器上制作一层金属层，厚度为0.1-2um，光刻工艺加工，金属刻蚀、去胶和表面清洗后形成金属导线；
④钝化层的制作：表面清洗，在最顶制作一层钝化层，钝化层的材质为氧化硅、氮化硅或碳化硅，厚度为0.1-0.8um；
步骤二：喷嘴晶圆的制作；具体步骤如下：
①晶圆键合和减薄：首先进行晶圆键合，将一片硅晶圆键合到一个载片上，然后将晶圆减薄至所需的厚度；
②空腔的制作：光刻工艺加工，空腔刻蚀，去胶与清洗，空腔刻蚀采用干法或湿法工艺；
③喷嘴的制作：光刻工艺加工，喷嘴刻蚀，去胶与清洗；
步骤三：晶圆集成；将器件晶圆和喷嘴晶圆键合，键合方法为低温金属合金键合、金-金热压键合或熔融键合，然后将晶圆与载片分离，清洗。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤一的①中，绝缘层薄膜的制作采用化学气相沉积、热氧化法、磁控溅射或离子束溅射。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤一的②中，薄膜电阻是TaAl、TaN、NiCr或TaSiO2，薄膜电阻的厚度在10-300nm之间。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤二中的载片是蓝宝石、玻璃或另一片硅片。
作为本发明的一种优选实施方式，步骤二的③中，喷嘴刻蚀采用干法工艺。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种微流体器件，包括器件晶圆(1)和喷嘴晶圆(2)，其特征在于，所述器件晶圆(1)包括衬底(10)、绝缘层(3)和加热器(4)，所述绝缘层(3)设置在衬底(10)的顶部，所述加热器(4)设置在绝缘层(3)的顶部，所述绝缘层(3)的顶部处于加热器(4)两侧的位置处设置有金属导线(5)，所述绝缘层(3)、金属导线(5)和加热器(4)的顶部设置有钝化层(6)，所述喷嘴晶圆(2)包括硅片(7)，所述硅片(7)的底部开设有空腔(8)，所述空腔(8)顶部内侧壁的中心位置处开设有喷嘴(9)，所述喷嘴(9)和空腔(8)的位置与加热器(4)相对应。
2.一种微流体器件的制作方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：器件晶圆的制作；具体步骤如下：
①绝缘层的制作：在衬底上制作一层绝缘层薄膜，表面清洗，光刻工艺加工，光刻工艺包括涂胶、对准、曝光和显影，衬底是硅、蓝宝石或玻璃，首选衬底材料为硅，尺寸是3-12寸(75-300mm)，厚度介于500-1000um之间，绝缘层薄膜是氧化硅或氮化硅，厚度介于1-5um之间；
②加热器的制作：表面清洗，通过溅射的方法在晶圆和光刻胶表面制作一层薄膜电阻层，然后剥离光刻胶表面的薄膜电阻，去除光刻胶，在绝缘层上形成加热器，表面清洗；
③金属导线的制作：采用蒸发和溅射的方法在绝缘层和加热器上制作一层金属层，厚度为0.1-2um，光刻工艺加工，金属刻蚀、去胶和表面清洗后形成金属导线；
④钝化层的制作：表面清洗，在最顶制作一层钝化层，钝化层的材质为氧化硅、氮化硅或碳化硅，厚度为0.1-0.8um；
步骤二：喷嘴晶圆的制作；具体步骤如下：
①晶圆键合和减薄：首先进行晶圆键合，将一片硅晶圆键合到一个载片上，然后将晶圆减薄至所需的厚度；
②空腔的制作：光刻工艺加工，空腔刻蚀，去胶与清洗，空腔刻蚀采用干法或湿法工艺；
③喷嘴的制作：光刻工艺加工，喷嘴刻蚀，去胶与清洗；
步骤三：晶圆集成；将器件晶圆和喷嘴晶圆键合，键合方法为低温金属合金键合、金-金热压键合或熔融键合，然后将晶圆与载片分离，清洗。
3.根据权利要求2所述的一种微流体器件的制作方法，其特征在于：所述步骤一的①中，绝缘层薄膜的制作采用化学气相沉积、热氧化法、磁控溅射或离子束溅射。
4.根据权利要求2所述的一种微流体器件的制作方法，其特征在于：所述步骤一的②中，薄膜电阻是TaAl、TaN、NiCr或TaSiO2，薄膜电阻的厚度在10-300nm之间。
5.根据权利要求2所述的一种微流体器件的制作方法，其特征在于：所述步骤二中的载片是蓝宝石、玻璃或另一片硅片。
6.根据权利要求2所述的一种微流体器件的制作方法，其特征在于：步骤二的③中，喷嘴刻蚀采用干法工艺。
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