TW536754B - Semiconductor substrate having increased fracture strength and method of forming the same - Google Patents

Description

536754 玖、發明說明 【發明所屬之技術領成】 發明領域 本發明係關於增加噴墨印表機列印頭及其相似物之半 5導體基材的抗斷強度，及不論所欲的目的^經鑽孔抑或$ “ 機械加工以形成-貫穿半導體基材或在其内部之一個孔或 其他的零件，而更廣泛地增加半導體基材之抗斷強度。 C先前技術：j 各種不同的噴墨印表機列印設備已為熟習此技藝者所知，且& · 10括熱致動列印頭及機械致動列印頭兩者。熱致動列印頭傾向用電阻 性兀件或其相似物以達到墨水噴射，然而機械致動列印頭傾向用壓 電式變換器或其相似物以達到墨水喷射。 一個具代表性的熱致動喷墨列印頭具有設於一半導體 基材上的數層薄膜電阻器。_喷嘴板及障蔽層係設於該基 15材上且在每一該電阻器周圍界定出發射室。一電流或一 “發射訊號”穿越-電阻H的傳送，使在相對應的發射腔 _ 中之墨水被加熱並通過適當的噴嘴被排出。 - 墨水基本上通過一給送槽被輸送至該發射腔，該給送 · 槽係在該半導體基材内部經機械加工。該基材通常具有一 20矩形，且縱向位於該基材内部之該槽。電阻器基本上成排 地位在該槽兩側，且與該槽之間空出一約等長距離為較隹 ，藉此每一電阻器之該墨水管道長度是近乎相等的。藉由 一列印頭單程達成之列印行的寬度是約等同於的該等電阻 ， 6 536754 玖、發明說明 器排之長度，而該電阻器排的長度是約等同於該槽的長度 0 給送槽基本上藉由砂鑽(即為習知㈣“ 。該形成方法是較佳的，因為其是—快速且相= 5按比例縮放的（可同時處理許多基材）方法。砂銑一方面可 提供這些顯而易見的益處，但是砂銑也有其缺點，即其會 引起半導體基材内部的微裂縫，該微裂縫會明顯降低基材 抗斷強度，而因有微縫晶粒造成明顯的產能損失。低抗斷 強度也限制基材長度，而該長度不利地影響列印行之高度 10 及整體的列印速度。 如同已開發之新型列印機系統，一重要功能參數就 是列印速度。可達到較高列印速度的一種方法，就是增加 列印頭列印行的寬度。一個加強列印行寬度之可能的方法 ，是增加基材之及基材内部的該給送槽之長度。但是由於 15砂銑時所引起之微裂縫及其他的結構上的缺點，會使基材 太易碎以致於不能更再延伸。 因此為要一經機械加工的半導體基材，該半導體基材 具有增加的抗斷強度而更加經得起該喷墨列印頭之製造及 使用中所產生的熱及機械加工之應力。同時需要一列印頭 20半導體基材，該基材具有加強的抗斷強度且因此可被延長 以得到較長的列印行之寬度。更需要一經機械加工的半導 體基材，其用於任何所欲加強抗斷強度之目的。 【發明内容】 7 536754 玖、發明說明 發明概要 本發明之一種態樣係一具有改良的抗斷強度之半導體 基材及其製造方法。-半導體基材係經機械加工以於其内 部界定出一零件。該機械加工方法在該基材内部形成一微 5裂縫，降低了該基材之抗斷強度。該半導體基材經加工移 除罪近该微裂縫之該基材的部份以改良該半導體基材之抗 斷強度。 在-較佳具體實施例中，用一姓刻方法移除靠近該微 裂縫之該半導體基材的部份以增加該裂縫部份之該曲線半 10

徑0 圖式簡單說明 第1圖係本發明之一喷 第2圖係本發明之一喷 圖0 墨印表機的透視圖。 墨墨水匣之具體實施例的透視 15 帛3圖係本發明之具有經加工的半導體基材之第2圖

之列印頭的橫截面圖。 第4圖係本發明半導體基材内之墨水給送槽之端部切 面透視圖。 圖係铋裂縫之在一典型列印頭基材内部藉由石 銑形成之墨水給送_-末端之平面圖。 第6A及6B圖係第5圖之微裂縫的大幅放大表示圖 顯示進行本發明方法之前（第6A圖）及後（第沾圖）。 EC 賀^ 8 20 玖、發明說明 較佳實施例之詳細說明 茶照第1圖，係本發明之噴墨印表機的透視圖。列印 機10較佳地包括-具有—可開啟的覆蓋物14及列印機狀 態指示燈16之㈣12。-列印頭（詳述於下方）係較佳地 位於覆蓋物14之下方。一印刷媒體輸入/輸出(1/〇)單元18 以提供列印頭適合的印刷媒體。該印刷媒體（1/0)單位較 佳地包括紙張輸人及輸出盤、導向件及適當的感應器及輸 送機械裝置等。列印機10亦包括一電力供應器、一墨水 供應器及控制器邏輯（未示出）。該電力供應器較佳地在適 當電壓下，經調整的DC。 該墨水供應器可以與列印頭10 一體成形或分開形成 。該墨水供應器可以係可從列印頭分離來替換或係替換列 印頭。墨水量的偵測邏輯（未示出）係較佳地以設有顯示墨 水體積量之墨水供應器。適合的墨水供應器配置係為習知 技藝。印表機10係較佳地接收來自一主機之列印資料， 該主機可以是電腦、傳真機、網際網路終端機、照相機、 繪圖機或其他可以傳達列印資料到印表機10之裝置。 該列印頭係較佳地設在一可移動之托架（亦位於覆蓋 物14之下），該托架可如習知沿著導向桿橫向移動。但須 認知到列印頭可為固定的，且舉例來說是能夠經形成如一 張（或一張的部份）紙之類的印刷媒體一樣寬。 參照第2圖，其為本發明之一個喷墨墨水匣的具體實 施例。墨水匣20包括一經構型以設置一具有列印頭區22 536754 玖、發明說明 及一貯存區26之外殼21。在—第2圖之具體實施例，墨 K匣卜自_色墨水匣，其具有三個給送槽及相對應之喷 _陣歹J車又佳地為青綠色、紫紅色及黃色。在一彩色墨水 匣的例子中之該貯存區26，較佳地包括用於每一不同顏 色土水之個別墨水貯存器。應認知到該墨水匣可任擇 一 地構型為具有“離軸”墨水供應器以供使用，該“離軸，，墨 一 水供應器實際上係與列印頭分開的，且與列印頭係流體連 通的。 每一列印頭40係較佳地包括一基材5〇,在該列印頭 10上以機械加工出一或多個墨水給送槽60(見第3乃圖）。墨 水（從一同軸或離軸來源）係經由該給送槽6()傳送到形成在 近該槽之墨水喷射元件52。該墨水喷射元件52(例如，電 阻器、壓電變換器等）以兩排設置，係較佳地位於該給送 槽對側（見第3及4圖）。喷嘴44係與相對應之墨水喷射元 15件52對齊，並且在一喷嘴板46中形成。數個電氣互連器 28藉由傳導性驅動線（未示出）偶合至該基材5〇。該電氣互 鲁 連器28嚙合一相對應之電氣互連器，該電氣互連器係位 於該列印機托架（如前所述），藉此當一匣橫越過該印刷媒 體，該電氣互連器可使列印機10任擇地控制該墨水小滴 · 20 之喷射。 參照第3圖，本發明之加工的一半導體基材之第2 圖的該列印頭40之橫截面圖。墨水從一貯存區26中之貯 存器進入腔室62或如上所討論的從一離軸來源進入給送 10 536754 玖、發明說明 導管。零件64代表部份墨水匣20(或一適合的導管）之外 殼21，該部份以藉由熱固性結構黏著劑66連接至基材5〇 為較佳。腔室62中之墨水經由給送槽流至在墨水喷射元 件52附近形成之發射腔室54。 5 接觸墊56從互連器28經由訊號跡線58傳送發射或 驅動訊號至該墨水喷射元件52。在一較佳的具體實施例 中，該墨水喷射元件是習知技藝中所熟知類型的薄膜電祖 器’雖然應認知到該墨水喷射元件可任擇地為壓電式感測 器等。 10 該基材50係較佳地以矽之類的半導體材料所形成。 障蔽層42係以此類的方法於該基材上形成，以界定出發 射腔室54 (見第4圖），以及一喷嘴板46係安置在該障蔽 層上’藉此喷嘴44及其相關的墨水喷射電阻器52可適當 地對齊。 15 參照第4圖係一該墨水給送槽60 —末端之切面透視 圖，該墨水給送槽60係用所示之砂鑽的機械加工技術形 成。該圖形詳細描繪該墨水給送槽6〇、發射腔室54、電 阻器52、障蔽結構42及孔板46。 在基材50内之該給送槽60的形成已描述於許多出 20版物中，包括讓渡給現任代理人的j〇hnson之美國第 4,680,859號專利“熱感應噴墨印表機列印頭之製造方法 ’’。在該槽60形成過程中，將該銑工具之該噴嘴係帶入 緊密靠近該該基材50之背面，以及高壓磨粒撞擊該基材 11 536754 玖、發明說明 心由於該磨粒撞擊該基材50係隨機性質，該槽6〇之兮 尺寸及形狀係難以控制的。此外，該#6〇 “穿透，，料 材50前方之點也不同，且視該«縫可在該基材50内部 形成的位置而定。數_試已顯示，若料⑼穿透該基 材50中〜’則應力裂縫在該墨水給送槽之末端形成。 當槽⑼在置於該製造過程中之該機械加工及熱應力下時 ’這些微裂縫扮演斷裂初始位置並可使該晶粒斷裂。 ίο 15 第5圖描緣一具有一典型微裂縫％之一代表性列印 頭基材50的平面圖，該列印頭基材5〇已如該槽⑼處理 之結果在該砂基材内部形成。如所能見者，微裂縫74及 相似的裂縫在該伸長的給送槽6〇之一末端形成及傾向跟 隨該晶粒邊界之後’該晶粒邊界平行—該墨水給送槽6〇 之伸長的軸。因為該基材50係以熱處理方式或以機械加 工的方式壓迫’所以該裂縫74易於增加直到基材5〇斷裂 。-旦該基材50發生斷裂，則該基材5〇上之電氣跡線 58及活動的元件就會破裂導致列印頭4〇故障。 已有許多努力致力於使該銑方法更具可重複性以及 可控制性，及消除這些微裂縫74。然而，直到本發明之 前，對該晶粒斷裂問題不曾有過一完整的解決方式。因此 ，改良抗斷強度，即基材50係較佳地在機械加工移除該 半導體材料之該微裂縫形成的部份後再蝕刻。該蝕刻方法 變化該半導體材料之性質，藉此改變該微裂縫之該線。一 個藉由該蝕刻方法所實施對該微裂縫之改變係可改變該裂 12 20 536754 gX、發明說明 缝之5亥不端處的終點。 參照第6A及6B圖，係為第5圖中所示之該微裂縫 74之大幅放大表示圖。第6A圖係_用本發明之該颠刻方 法處理刖之该微裂縫74的代表圖。該微裂縫74具有一終 5點75，該終點75傾向成為該基材5〇内部的一點，於該 點被施加至该基材50之機械加工的應力變得聚集或集中 。相反的，第6B圖係一用本發明之該蝕刻方法加工後之 第6A圖的該微裂縫74之表示圖。該微裂縫74之該終點 76藉由該蝕刻方法改變成具有一半徑增加之曲線。該基 10材内部之該應力集中度係與1/(曲線半徑）呈比例。因 此用本發明之該蝕刻方法增加該曲線之半徑可降低該應力 的集中度及更進一步裂開的可能性。本發明之該蝕刻方法 不只增加該終點76之該曲線半徑，同時也貫穿該微裂縫 74。本發明之δ亥#刻方法傾向於增加該微裂縫之臨界 15半徑或曲線半控，且此種情形反而降低該基材50内部該 應力之集中度。 基材50及使用該基材之列印頭4〇係以下列者製成為 較佳。用於數個列印頭基材之列印頭線路係形成在一晶圓 上。標準薄膜技術係較佳地形成該列印頭基材傳導性形態 20 。於此製造過程之後，該晶圓經清理及準備用於障蔽層之 文置。该卩早壁層基本上藉由一聚合物板層方法形成的。 障蔽層42形成後，該墨水給送槽係如上所述經砂鑽 以用於在該晶圓上每一個該數個列印頭基材5〇。該砂鑽 13 536754 玫、發明說明 方法易於形成易於降低該基材5〇之該抗斷強度的小裂縫 74。 ό亥較佳的姓刻方法係接著實施以改良該基材之該 抗斷強度。此方法係較佳的在2〇·9^下以一 Β〇ε清洗該 5晶圓約3·5分鐘，以移除自然生成的Si02 (第4圖之72)。 在以一去離子水清洗後，該晶圓係於84.9。(：下以5% wt 之TMAH蝕刻約7分鐘。該蝕刻後，再一次以去離子水 清洗及在該障蔽層42材料上安置個別的孔板（第2_3圖之 46)。然後分離該晶圓以產生數個列印頭基材，該基材 10 50之每一個具有增加的抗斷強度。一具有互連器28之撓 曲線路可連接至每一基材以產生一列印頭之次總成。然後 將该列印頭總成以一熱固性黏著劑66附著於該列印頭外 殼或零件64上，以完成該列印頭總成方法之“乾燥部份 15 藉由如上所述地或相關方法之加工基材50，生成一 具有增加的抗斷強度之列印頭40。該增加的抗斷強度反 而使得製造過程中較少基材裂開，藉以增加產能及產品壽 命。此外，增加的抗斷強度可使具有較長之墨水給送槽 60的列印頭40加大，以使較大之列印行可被列印出來。 20該列印較大列印行之能力，可使列印速度較快且使該列印 系統10的傳輸更快。 在另一具體實施例中，以一鑽石切割機分離該晶圓後 ’貫施該餃刻。該晶粒的邊緣一般係有缺口及破碎的，係 14 536754 玖、發明說明 由於藉由該旋轉翼所產生之剪切負載造成。這些缺口的區 域般包括裂縫，該裂缝在熱處理及機械加工的負荷下能 延伸至該晶粒内部。在該等晶粒實施一姓刻以移除這些局 部的裂縫可造成—更抗斷及可大量製造之基材。 5 另—個關於使用TMAH及其相似物質之益處係 TMAH為-各向異性的_ (例如，在特定結晶定位中比 在其他物質更快速地钮刻）及易於在該單結晶石夕材料外内 部=成角錐型的凹槽。此特徵形態提供一種易於測定一晶 粒疋否已經被钱刻之方法。 關於™AH之選擇，應認知到砍材料亦可用KOH或 其他的相似作用的化學蝕刻劑移除。 一 雖然韻刻係-用於移除含有裂縫之材料的較佳方法， 包括再加熱或再熔化技術及雷射退火在内的其他技術也落 於本發明之精神及範圍。 15 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之-嘴墨印表機的透視圖。 第2圖係本發明之一喷墨墨水g之具體實施例的透視 圖。 第3圖係本發明之具有經加工的半導體基材之第2圖 20之列印頭的橫截面圖。 第4圖係本發明半導體基材内之墨水給送槽之-端的 部份切面透視圖。 第5圖係—擻裂縫之在一典型列印頭基材内部藉由砂 15 536754 玖、發明說明 銑形成之墨水給送槽的一末端之平面圖。 第6A及6B圖係第5圖之微裂缝的大幅放大表示圖， 顯示進行本發明方法之前（第6A圖）及後（第6B圖）。 【圖式之主要元件代表符號表】 10·. …列印機 60" …零件 12·· ...外殼 62·· ...腔室 14·· …覆蓋物 64.. …零件 16·. ...指示燈 66" ...熱固性黏著劑 18·· ...輸入/輸出單元 71.. …墨水給送槽之端部 20.. ...墨水匣 72·· ...Si02 21·. ...外殼 74·. ...裂縫 22·· ...列印頭區 75·· …終點 26·· …貯存區 76·· …矣务黑占 28·. …互連器 40·· …列印頭 42·· …障壁層 44.. …噴嘴 46·· …喷嘴板，孔層 48·· …喷嘴 50·· …基材 52·· ...墨水喷射元件，電阻器 54·· ...發射腔室 56·· …接觸墊 58·· ...跡線 16

Claims (1)

1. 536754 拾、申請專利範圍 1 .一種加工一半導體基材之方法，其包括下列步驟： 機械加工一半導體基材（50)以在該基材内部界定出 一零件（60)，該機械加工方法形成降低該基材（5〇)之抗 斷強度的裂縫（74);以及 移除該半導體基材（50)靠近該裂縫（74)之部份，以 改良該基材（50)之抗斷強度。 2. 如申請專利範圍帛丨項之方法，其中該移除步驟包含增 加該裂縫（74)之半徑。 3. 如申請專利範圍帛！項之方法，其中該移除步驟包含移 除該裂縫（74)。 (如申請專利範圍帛W之方法，其中該移除步驟包含該 蝕刻靠近該零件(60)之該半導體基材（5〇)之步驟。 5·如申請專利範圍第4項之方法，其中職刻步驟包括該 使用一含有TMAH或K〇H溶液來蝕刻之步驟。 6. ^申請專利範圍帛1項之方法，其中該移除步驟包括至 少一擇自下列步驟組成之群組中的一步驟： 名虫刻； 再熔化；以及 雷射退火 20 該半導體基材（50)。 以 如申請專利範圍第5項之方法，其中㈣刻步驟包括 該TMAH溶液蝕刻約2_2〇分鐘之步驟。 如申請專利範圍第W之方法，更包含下述步驟： 安置一障壁層（42)在該基材上；及 17 536754 拾、申請專利範圍 附著一喷嘴板（46)在該障壁層（42)上。 9.如申請專利額第i項之方法，其中藉由該方法形成之 半導體基材’包括電子線路（52、56、58)及經機械加工 形成於該半導體基材中之零件（6〇)。 H).如申請專利範圍第9項之方法，其更包含—沉積於一孔 層（46)及該半導體基材（50)間之障壁層（42)。

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