TWI663121B - 微流道結構之製造方法 - Google Patents

Abstract

一種微流道結構之製造方法，包含：1.提供一基板；2.沉積及蝕刻一第一絕緣層；3.沉積及蝕刻一支撐層；4.沉積及蝕刻一閥層；5.沉積及蝕刻一第二絕緣層；6.沉積及蝕刻一振動層、一下電極層以及一壓電致動層；7.提供一光阻層沉積蝕刻複數個焊墊；8.沉積及蝕刻一遮罩層；9.蝕刻一第一腔室；以及10.蝕刻一第二腔室。

Description

微流道結構之製造方法

本案關於一種微流道結構之製造方法，尤指一種使用不同相位電荷之電源驅動之微流道結構之製造方法。

目前於各領域中無論是醫藥、電腦科技、列印、能源等工業，產品均朝精緻化及微小化方向發展，其中微幫浦、噴霧器、噴墨頭、工業列印裝置等產品所包含之流體輸送結構為其關鍵技術。

隨著科技的日新月異，流體輸送結構的應用上亦愈來愈多元化，舉凡工業應用、生醫應用、醫療保健、電子散熱等等，甚至近來熱門的穿戴式裝置皆可見它的踨影，可見傳統的流體輸送結構已漸漸有朝向裝置微小化、流量極大化的趨勢。

於現有技術中，雖已有利用微機電製程製出一體成型之微型化流體輸送結構，但在使用時因作動方式的不同致使現有利用微機電製程製出的微型化結構無法用來輸送氣體，是以，如何藉創新微型化結構突破其技術瓶頸，為發展之重要內容。

本案之主要目的係提供一種微流道結構的製造方法，以標準化微機電製程製造，微流道結構可藉由不同相位電荷的電源驅動，用以傳輸流體。因此，有著開發及量產成本低、穩定的結構尺寸以及平整度、增加作動的可靠性及使用壽命等優點。

本案之一廣義實施態樣為一種微流道結構之製造方法，包含以下步驟：1.提供一基板，該基板具有相對之一第一表面及一第二表面；2.沉積及蝕刻一第一絕緣層，係先透過沉積一絕緣材料於該基板之該第一表面上以形成該第一絕緣層，再透過蝕刻形成至少一第一孔洞以及至少一第二孔洞，該至少一第二孔洞圍繞該至少一第一孔洞而設置；3.沉積及蝕刻一支撐層，係透過沉積一導電材料於該第一絕緣層上以形成該支撐層，並透過蝕刻定義出一凸部及一導電部；4.沉積及蝕刻一閥層，係透過沉積一氧化材料於該支撐層上以形成一第一氧化層，並透過蝕刻定義出一第一錨定區，再透過沉積一導電材料於該第一氧化層上以及該第一錨定區內以形成該閥層，該閥層並透過蝕刻定義出一具有高度之基部、一可動部、一固定部以及一中空孔洞；5.沉積及蝕刻一第二絕緣層，係透過沉積一氧化材料於該閥層上以形成一第二氧化層，並透過蝕刻定義出一第二錨定區，再透過沉積一絕緣材料於該第二氧化層上以及該第二錨定區內以形成該第二絕緣層，該第二絕緣層並透過蝕刻定義出一具有一高度之支撐部；6.沉積及蝕刻一振動層、一下電極層以及一壓電致動層，係透過沉積一導電材料於該第二絕緣層上以形成該振動層，再透過沉積一金屬材料於該振動層上以形成該下電極層，以及再透過沉積一壓電材料於該下電極層上以形成該壓電致動層，再透過蝕刻該下電極層、該壓電致動層以定義出所需求該下電極層、該壓電致動層之外型尺寸，且蝕刻定義出該振動層之一懸浮部、一外框部、至少一連接部以及一焊墊部，該懸浮部、該外框部以及該 至少一連接部之間形成至少一間隙；7.提供一光阻層沉積蝕刻複數個焊墊，係透過一光阻材料形成於該壓電致動層以及該振動層上以形成該光阻層，再透過蝕刻該光阻層以定義出複數個凹陷區，該複數個凹陷區分別對應設置在該閥層之該固定部位置、該振動層之該外框部位置、該壓電致動層位置以及該焊墊部位置，並透過沉積一金屬材料於該複數個凹陷區上以形成一焊墊層，且透過蝕刻該焊墊層以形成該複數個焊墊，該複數個焊墊分別定義為一於該振動層之該焊墊部上之一參考電極焊墊、一於該壓電致動層上之一上電極焊墊、一於該振動層之該外框部一側之一下電極焊墊以及一於該閥層之該固定部上之一閥層電極焊墊；8.沉積及蝕刻一遮罩層，係透過沉積一氧化矽材料於該基板之該第二表面上以形成該遮罩層，並透過蝕刻以於該基板定義出至少一流道以及一容置槽，該至少一流道與該第一絕緣層之該至少一第二孔洞位置相對應，且該容置槽與該支撐層之該導電部電性相連通，再填入高分子導電材至該容置槽內形成一基台電極焊墊，使該基台電極焊墊與該支撐層之該導電部電性連接；9.蝕刻一第一腔室，係自該基板之該至少一流道透過蝕刻以將該閥層之該基部內側區域之該第一氧化層釋放移除，以於該基部內側形成該第一腔室，並使該閥層之該中空孔洞與該第一腔室相連通；以及10.蝕刻一第二腔室，係自該振動層之該至少一間隙透過蝕刻以將該第二絕緣層之該支撐部內側區域之該第二氧化層釋放移除，以於該支撐部內側形成該第二腔室，並使該第二腔室透過該中空孔洞與該第一腔室相連通。

1‧‧‧微流道結構

1a‧‧‧基板

11a‧‧‧第一表面

12a‧‧‧第二表面

13a‧‧‧流道

14a‧‧‧容置槽

1b‧‧‧第一絕緣層

11b‧‧‧第一孔洞

12b‧‧‧第二孔洞

1c‧‧‧支撐層

11c‧‧‧凸部

12c‧‧‧導電部

1d‧‧‧閥層

11d‧‧‧第一氧化層

12d‧‧‧第一錨定區

13d‧‧‧基部

14d‧‧‧中空孔洞

15d‧‧‧可動部

16d‧‧‧固定部

1e‧‧‧第二絕緣層

11e‧‧‧第二氧化層

12e‧‧‧第二錨定區

13e‧‧‧支撐部

14e‧‧‧振動區

15e‧‧‧焊墊區

1f‧‧‧振動層

11f‧‧‧懸浮部

12f‧‧‧外框部

13f‧‧‧連接部

14f‧‧‧間隙

15f‧‧‧第三錨定區

16f‧‧‧焊墊部

1g‧‧‧下電極層

1h‧‧‧壓電致動層

1i‧‧‧焊墊層

11i‧‧‧參考電極焊墊

12i‧‧‧上電極焊墊

13i‧‧‧下電極焊墊

14i‧‧‧閥層電極焊墊

1j‧‧‧遮罩層

11j‧‧‧導電區

12j‧‧‧流道區

1k‧‧‧基台電極焊墊

R1‧‧‧第一腔室

R2‧‧‧第二腔室

L1‧‧‧第一迴路

L2‧‧‧第二迴路

L3‧‧‧第三迴路

L4‧‧‧第四迴路

M‧‧‧光阻層

M1、M2、M3、M4‧‧‧凹陷區

S1~S10‧‧‧微流道結構之製造方法之步驟

第1圖為本案微流道結構之剖面示意圖。

第2圖為本案微流道結構之製造方法之流程示意圖。

第3A圖至第3Z圖為本案微流道結構之製造步驟分解示意圖。

第4A圖為本案微流道結構之振動板之俯視示意圖。

第4B圖為本案微流道結構之振動板之其他態樣。

第4C圖為本案微流道結構之基板之俯視示意圖。

第5A圖為本案微流道結構之驅動電荷示意圖。

第5B圖至第5D圖為本案微流道結構之作動示意圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非用以限制本案。

本案之微流道結構用於輸送流體，並且增加或是控制流體的流速。請參閱第1圖，於本案實施例中，微流道結構1包含有：一基板1a、一第一絕緣層1b、一支撐層1c、一閥層1d、一第二絕緣層1e、一振動層1f、一下電極層1g、一壓電致動層1h、一焊墊層1i以及一遮罩層1j，其製造方法如下說明。

請參閱第2圖以及第3A圖，於本案實施例中，如步驟S1所示，提供基板1a，基板1a為一種多晶矽材料，且具有一第一表面11a以及一相對於第一表面11a之第二表面12a。

請參閱第2圖、第3A圖以及3B圖，於本案實施例中，如步驟S2所示，沉積及蝕刻第一絕緣層1b，係透過一氮化矽材料沉積製程形成第一絕緣層1b於基板1a之第一表面11a之上，沉積製程可為一物理氣相沉積製程(PVD)、一化學氣相沉積製程(CVD)或兩者之組合，但不以此為限。 於本案實施例中，第一絕緣層1b透過一微影蝕刻製程形成至少一第一孔洞11b以及至少一第二孔洞12b。至少一第二孔洞12b圍繞至少一第一孔洞11b而設置。值得注意的是，於本案實施例中，蝕刻製程可為一濕式蝕刻製程、一乾式蝕刻製程或兩者之組合，但不以此為限。

請參閱第2圖、第3C圖以及第3D圖，於本案實施例中，如步驟S3所示，沉積及蝕刻支撐層1c，係透過一多晶矽材料沉積製程形成支撐層1c於第一絕緣層1b之上(如第3C圖所示)，並透過微影蝕刻製程形成一凸部11c及一導電部12c。導電部12c圍繞於凸部11c外側。支撐層1c透過微影蝕刻製程蝕刻至少一第二孔洞12b之部分，以定義出完整露出之至少一第二孔洞12b(如第3D圖所示)。

請參閱第2圖、第3E圖至第3I圖，於本案實施例中，如步驟S4所示，沉積及蝕刻閥層1d，係先透過沉積一氧化材料於支撐層1c上以形成一第一氧化層11d，再經平坦化處理(如第3F圖所示)及蝕刻一第一錨定區12d(如第3G圖所示)後，於第一氧化層11d上沉積一多晶矽材料以構成閥層1d。多晶矽材料經過重摻雜後可導電，常用來作為金屬氧化物半導體之閘極，因此足以傳遞適當頻率之訊號。其中平坦化處理可使用化學機械研磨(CMP)、旋塗式玻璃(SOG)或回流(REFLOW)法，以減少第一氧化層11d上產生階梯覆蓋，而有助於第一氧化層11d上進行光阻塗佈及曝光，以及在第一氧化層11d上所沉積材料能夠較為平整地形成。第一錨定區12d之蝕刻深度係至與支撐層1c表面接觸為止，如此在第一錨定區12d生成一基部13d，使閥層1d能夠藉由基部13d與支撐層1c相結合並連接定位。於本案實施例中，第一氧化層11d為氧化矽材質，其厚度為1~5微米(μm)。於其他實施例中，第一氧化層11d也可為磷矽玻璃(PSG)或硼磷矽玻璃(BPSG)材質，但不以此為限。再請參閱第3I 圖，於本案實施例中，再透過微影蝕刻製程於閥層1d對應支撐層1c之凸部11c的位置蝕刻形成一中空孔洞14d，藉此閥層1d於中空孔洞14d周圍附近延伸到基部13d之部分定義為一可動部15d，以及閥層1d自基部13d向外延伸部分定義為一固定部16d。

請參閱第2圖、第3J圖至第3N圖，於本案實施例中，如步驟S5所示，沉積及蝕刻第二絕緣層1e，係先透過沉積一氧化材料於閥層1d上以形成一第二氧化層11e，再經平坦化處理(如第3K圖所示)及蝕刻出一第二錨定區12e(如第3L圖所示)後，於第二氧化層11e上沉積一氮化矽材料以形成第二絕緣層1e。其中平坦化處理可使用化學機械研磨(CMP)、旋塗式玻璃(SOG)或回流(REFLOW)法，以減少第二氧化層11e上產生階梯覆蓋，而有助於第二氧化層11e上進行光阻塗佈及曝光，以及在第二氧化層11e上所沉積材料能夠較為平整地形成。第二錨定區12e之蝕刻深度係至與閥層1d表面接觸為止，如此在第二錨定區12e生成一支撐部13e，使第二絕緣層1e能夠藉由支撐部13e與閥層1d相結合並連接定位。於本案實施例中，第二氧化層11e為氧化矽材質，其厚度為1~5微米(μm)。於其他實施例中，第二氧化層11e也可為磷矽玻璃(PSG)或硼磷矽玻璃(BPSG)材質，但不以此為限。再參閱第3N圖，於本案實施例中，再透過微影蝕刻製程於第二絕緣層1e形成貫穿至第二氧化層11e的振動區14e及焊墊區15e。

請參閱第2圖、第3O圖至第3P圖，於本案實施例中，如步驟S6所示，沉積及蝕刻振動層1f、下電極層1g以及壓電致動層1h，係透過沉積一多晶矽材料在第二絕緣層1e上以形成振動層1f、透過沉積一金屬材料在振動層1f上以形成下電極層1g、以及透過沉積一壓電材料在下電極層1g上以形成壓電致動層1h(如第3O圖所示)。多晶矽材料經過重摻雜後可導 電，常用來作為金屬氧化物半導體之閘極，因此足以傳遞適當頻率之訊號。於本案實施例中，振動層1f厚度為1~5微米(μm)。於其他實施例中，壓電致動層1h亦可透過溶膠-凝膠法(sol-gel)製程製出，但不以此為限。再參閱第3P圖，於本案實施例中，透過微影蝕刻製程蝕刻下電極層1g以及壓電致動層1h之外側部分，藉以定義出壓電致動層1h作為一驅動體以及下電極層1g作為一下電極，以及定義出所需求下電極層1g以及壓電致動層1h之外型尺寸。

請參閱第3Q圖、第4A圖以及第4B圖，於本案實施例中，透過微影蝕刻製程蝕刻振動層1f以形成一懸浮部11f、一外框部12f以及至少一連接部13f。懸浮部11f、外框部12f及至少一連接部13f之間形成至少一間隙14f。於本案實施例中，振動層1f在至少一間隙14f之蝕刻深度為蝕刻至與第二氧化層11e表面接觸為止。於本案實施例中，至少一連接部13f形成於懸浮部11f及外框部12f之間，連接部13f的數量為8個，用以提供彈性支撐懸浮部11f的支撐力，但不以此為限。值得注意的是，於本案實施例中，懸浮部11f為一正方形形態(如圖4A所示)，但不以此為限。於其他實施例中，懸浮部11f的形態可依實際需求而變化，如：圓形(如圖4B所示)。值得注意的是，於本案實施例中，還透過微影蝕刻製程在振動層1f之一側蝕刻，以定義出一第三錨定區15f及一焊墊部16f，並且第三錨定區15f之蝕刻深度為蝕刻至與第二絕緣層1e表面接觸為止，使得焊墊部16f不與振動層1f之懸浮部11f、外框部12f及至少一連接部13f導電連接。

請參閱第3R圖及第3S圖，於本案實施例中，如步驟S7所示，提供一光阻層M沉積蝕刻複數個焊墊，光阻層M形成於壓電致動層1h以及振動層1f上，再透過微影蝕刻製程蝕刻光阻層M，以形成複數個凹陷區M1、 M2、M3、M4。凹陷區M1之蝕刻深度為蝕刻至與閥層1d之固定部16d之表面接觸為止，凹陷區M2之蝕刻深度為蝕刻至與振動層1f之外框部12f表面接觸為止，凹陷區M3之蝕刻深度為蝕刻至與壓電致動層1h表面接觸為止，凹陷區M4之蝕刻深度為蝕刻至與焊墊部16f表面接觸為止。於本案實施例中，光阻層M係為一負光阻材料，但不以此為限。

請參閱第2圖、第3T圖至第3U圖，於本案實施例中，透過沉積一金屬材料於閥層1d之固定部16d、振動層1f之外框部12f、壓電致動層1h、焊墊部16f以及剩餘之光阻層M上以形成一焊墊層1i。請再參閱第3U圖，於本案實施例中，透過一剝離(Lift-Off)製程將光阻層M移除，藉以定義出焊墊層1i之一參考電極焊墊11i、一上電極焊墊12i、一下電極焊墊13i以及一閥層電極焊墊14i。閥層電極焊墊14i位於閥層1d之固定部16d上；下電極焊墊13i位於靠近閥層電極焊墊14i之振動層1f之外框部12f之一側；上電極焊墊12i位於壓電致動層1h上；以及參考電極焊墊11i位於振動層1f之焊墊部16f上，如此，壓電致動層1h形成於上電極焊墊12i以及下電極層1g之間，下電極焊墊13i透過振動層1f與下電極層1g電性相連通。值得注意的是，第三錨定區15f的設置使得參考電極焊墊11i透過第二絕緣層1e的隔離而與下電極層1g以及下電極焊墊13i不電性連通。上述焊墊層1i之參考電極焊墊11i、上電極焊墊12i、下電極焊墊13i以及閥層電極焊墊14i之位置及相對層別結構可依照需求配置，在此僅出示打線之可行性。

請參閱第2圖、第3V圖以及第3W圖，於本案實施例中，如步驟S8所示，沉積及蝕刻遮罩層1j，係透過沉積一氧化矽材料於基板1a之第二表面12a上以形成遮罩層1j，再透過微影蝕刻製程對遮罩層1j蝕刻以定義出一導電區11j以及至少一流道區12j。遮罩層1j之至少一流道區12j與第一 絕緣層1b之至少一第二孔洞12b的位置相對應，且導電區11j及至少一流道區12j之深度為蝕刻至基板1a之第二表面12a接觸為止。

請參閱第3X圖以及第4C圖，於本案實施例中，再透過微影蝕刻製程在遮罩層1j之導電區11j以及至少一流道區12j之區域蝕刻，蝕刻深度為自基板1a的第二表面12a至第一絕緣層1b接觸為止，使基板1a蝕刻定義出至少一流道13a以及一容置槽14a。如此，至少一流道13a與第一絕緣層1b之至少一第二孔洞12b位置相對應。於本案實施例中，流道13a的數量為4個，但不以此為限。於本案實施例中，4個流道13a以等角距環繞容置槽14a而設置(如第4C圖所示)，但不以此為限。於本案實施例中，容置槽14a具有一環狀形態，但不以此為限。請參閱第3Y圖，於本案實施例中，透過將一高分子導電材填入基板1a之容置槽14a內以形成一基台電極焊墊1k，如此基台電極焊墊1k可與支撐層1c之導電部12c電性連接。值得注意的是，於其他實施例中，基台電極焊墊1k可使用任何導電材製出，或以微電鑄的方式製出，但不以此為限，而基台電極焊墊1k之位置亦可依不同需求而變化。

請參閱第2圖以及第3Z圖，於本案實施例中，如步驟S9所示，蝕刻一第一腔室R1，係再經蝕刻製程，將閥層1d之基部13d內側區域之第一氧化層11d釋放移除以定義出第一腔室R1。亦即，透過蝕刻液由基板1a之至少一流道13a流入閥層1d之基部13d內側區域之第一氧化層11d，進而蝕刻並釋放移除第一氧化層11d以定義出第一腔室R1。

於本案實施例中，如步驟S10所示，蝕刻一第二腔室R2，係再經蝕刻製程，將第二絕緣層1e之支撐部13e內側區域之第二氧化層11e釋放移除以定義出第二腔室R2。亦即，透過蝕刻液由至少一間隙14f流入第二絕緣層1e之支撐部13e內側區域之第二氧化層11e，進而蝕刻並釋放移除第二 氧化層11e以定義出第二腔室R2，並使位於中空孔洞14d處之第二氧化層11e也被釋放移除，讓中空孔洞14d得與第二腔室R2以及第一腔室R1相連通，也使第一腔室R1連通基板1a之至少一流道13a。

於本案實施例中，第一腔室R1於閥層1d之可動部15d與支撐層1c之間具有一深度，第一腔室R1深度為1~5微米(μm)，但不以此為限，以及第二腔室R2於閥層1d之可動部15d與振動層1f之懸浮部11f之間具一深度，第二腔室R2深度為1~5微米(μm)，但不以此為限。又，值得注意的是，本案微流道結構1在閥層1d設置基部13d以及於第二絕緣層1e設置支撐部13e，係用以限制第一氧化層11d及第二氧化層11e之氧化蝕刻的範圍。在將光阻層M移除的剝離(Lift-Off)製程中，因微流道結構1為微型化結構，在開孔較少及較小的情況下，蝕刻時間被迫拉長，如此，藉由閥層1d之基部13d以及第二絕緣層1e之支撐部13e之阻隔，可避免第一腔室R1及第二腔室R2發生側蝕之情況，以形成尺寸穩定之第一腔室R1及第二腔室R2，極具進步效益。

由上述說明可知，微流道結構1係由遮罩層1j、基板1a、第一絕緣層1b、支撐層1c、閥層1d、第二絕緣層1e、振動層1f、下電極層1g、壓電致動層1h及焊墊層1i依序堆疊結合後形成為一體之微型化結構，接著就微流道結構1之作動方式做詳細說明如下。

請先參閱第1圖及第5A圖，於本案實施例中，於上電極焊墊12i連接一線路(未圖示，可為習知打線連接方式之線路)形成一第一迴路L1，而下電極焊墊13i連接一線路(未圖示，可為習知打線連接方式之線路)形成一第二迴路L2，於閥層電極焊墊14i與參考電極焊墊11i連接一線路(未圖示，可為習知打線連接方式之線路)形成一第三迴路L3，於基台電極焊墊1k與參考電極焊墊11i連接一線路(未圖示，可為習知打線連接方式 之線路)形成一第四迴路L4。施加具有不同相位之驅動電源於第一迴路L1、第二迴路L2、第三迴路L3以及第四迴路L4，利用電荷同性相斥、異性相吸原理，使得振動層1f之懸浮部11f、閥層1d之可動部15d以及基板1a之間作相對運動，進而達到流體傳輸。值得注意的是，由於第一腔室R1以及第二腔室R2的深度極小，因此使得基板1a、閥層1d及振動層1f之間的靜電力更大，藉此，微流道結構1不僅可靠控制閥層1d及振動層1f之共振頻率來傳輸流體，並可配合賦予基板1a以及閥層1d一電荷電性來操作作動，更容易實現微型化微流道結構1之實施可行性及傳輸效率。

請參閱第5A圖及第5B圖，於本案實施例中，微流道結構1的具體作動方式，係首先施加正電壓給第一迴路L1、負電壓給第二迴路L2，使得壓電致動層1h帶動振動層1f之懸浮部11f朝向遠離基板1a的方向位移，藉此，外部流體(例如氣體或液體)由至少一流道13a被吸入至微流道結構1內，而進入微流道結構1內的流體依序通過第一腔室R1及中空孔洞14d，再匯集於第二腔室R2內。再請參閱第5A圖以及第5C圖，此時再施加正電壓給第三迴路L3以及第四迴路L4，使得閥層1d之可動部15d與支撐層1c之導電部12c具有相同電荷，讓可動部15d與導電部12c構成電荷同性相斥之相對運動，亦即閥層1d之可動部15d朝向遠離基板1a的方向位移。如同第5C圖所示，振動層1f之懸浮部11f與閥層1d之可動部15d皆往上位移，如此外部流體持續由至少一流道13a被吸入微流道結構1內，並且匯集於第二腔室R2內的部分流體得以被擠壓往第二腔室R2的周圍部分移動。最後再請參閱第5A圖以及第5D圖，接著轉換第一迴路L1、第二迴路L2、第三迴路L3以及第四迴路L4之電性，施加負電壓給第一迴路L1以及施加正電壓給第二迴路L2，如此振動層1f之懸浮部 11f朝向靠近基板1a的方向位移，同時施加正電壓給第三迴路L3、施加負電壓給第四迴路L4，使得閥層1d之可動部15d與支撐層1c之導電部12c具有不相同電荷，讓可動部15d與導電部12c構成電荷異性相吸之相對運動，亦即閥層1d之可動部15d朝向靠近基板1a的方向位移。如同第5D圖所示，振動層1f之懸浮部11f與閥層1d之可動部15d皆往下位移，如此閥層1d之可動部15d與導電部12c相吸靠近，且抵靠支撐層1c之凸部11c，因此閥層1d之中空孔洞14d被凸部11c所封閉，使由至少一流道13a被吸入微流道結構1內流體無法進入第二腔室R2內，同時第二腔室R2內體積受振動層1f之懸浮部11f壓縮，致使匯集於第二腔室R2內的流體得以由至少一間隙14f排出於微流道結構1外，完成一微流道結構1之流體傳輸。由上述說明微流道結構1單一傳輸流體的操作方式，再透過不斷地重複上述第5B圖至第5D圖所示之作動步驟，即可使微流道結構1能夠連續使流體高速流動，達到微流道結構1持續傳輸流體的操作。

值得注意的是，由上述說明可知本案微流道結構1之製造方法及作動方式，於本案實施例中，支撐層1c之凸部11c的設置，在閥層1d之可動部15d朝向基板1a位移時，可貼抵於支撐層1c之凸部11c，藉此確保中空孔洞14d不與第一腔室R1及至少一流道13a相連通，以阻隔第一腔室R1及第二腔室R2之流體流通，如此更有利應用於傳輸低密度流體。在其他實施例中，支撐層1c也可不具有凸部11c來實施微流道結構1傳輸流體的操作。又，於本案實施例中，支撐層1c之導電部12c圍繞於凸部11c外側之設置，也可以使閥層1d之可動部15d與導電部12c構成電荷異性相吸之相對運動時，避免與可動部15d之前端接觸，以免造成短路，且讓可動部15d之前端容易貼抵於支撐層1c之凸部11c，以封閉閥層1d之中空孔洞14d。此外，於本案實施例中，閥層 1d平坦化後，可施加表面處理，藉施打電漿或塗抹高分子材料等方法降低表面的毛細力(Capillary Force)，改善懸浮結構之沾黏問題(Stiction)，使閥層1d容易在第一腔室R1及第二腔室R2之間位移。

本案提供一微流道結構之製造方法，主要以半導體製程來完成的，並且藉由施加不同相位電荷之驅動電源於壓電致動層之上下、閥層以及基板之基台電極焊墊，利用電荷同性相斥、異性相吸原理，使得振動層之懸浮部、閥層之可動部以及基板之間作相對運動，進而達到流體傳輸。如此，微型化流道結構能夠在極淺之腔室結構中克服靜電力，達到傳輸流體之實施可行性及在極微型化結構中產生極大的傳輸效率，極具產業之利用價值，爰依法提出申請。

本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

Claims (17)

1. 一種微流道結構之製造方法，包含以下步驟： 1.提供一基板，該基板具有相對之一第一表面及一第二表面； 2.沉積及蝕刻一第一絕緣層，係先透過沉積一絕緣材料於該基板之該第一表面上以形成該第一絕緣層，再透過蝕刻形成至少一第一孔洞以及至少一第二孔洞，該至少一第二孔洞圍繞該至少一第一孔洞而設置； 3.沉積及蝕刻一支撐層，係透過沉積一導電材料於該第一絕緣層上以形成該支撐層，並透過蝕刻定義出一凸部及一導電部； 4.沉積及蝕刻一閥層，係透過沉積一氧化材料於該支撐層上以形成一第一氧化層，並透過蝕刻定義出一第一錨定區，再透過沉積一導電材料於該第一氧化層上以及該第一錨定區內以形成該閥層，該閥層並透過蝕刻定義出一具有高度之基部、一可動部、一固定部以及一中空孔洞； 5.沉積及蝕刻一第二絕緣層，係透過沉積一氧化材料於該閥層上以形成一第二氧化層，並透過蝕刻定義出一第二錨定區，再透過沉積一絕緣材料於該第二氧化層上以及該第二錨定區內以形成該第二絕緣層，該第二絕緣層並透過蝕刻定義出一具有一高度之支撐部； 6.沉積及蝕刻一振動層、一下電極層以及一壓電致動層，係透過沉積一導電材料於該第二絕緣層上以形成該振動層，再透過沉積一金屬材料於該振動層上以形成該下電極層，以及再透過沉積一壓電材料於該下電極層上以形成該壓電致動層，再透過蝕刻該下電極層、該壓電致動層以定義出所需求該下電極層、該壓電致動層之外型尺寸，且蝕刻定義出該振動層之一懸浮部、一外框部、至少一連接部以及一焊墊部，該懸浮部、該外框部以及該至少一連接部之間形成至少一間隙； 7.提供一光阻層沉積蝕刻複數個焊墊，係透過一光阻材料形成於該壓電致動層以及該振動層上以形成該光阻層，再透過蝕刻該光阻層以定義出複數個凹陷區，該複數個凹陷區分別對應設置在該閥層之該固定部位置、該振動層之該外框部位置、該壓電致動層位置以及該焊墊部位置，並透過沉積一金屬材料於該複數個凹陷區上以形成一焊墊層，且透過蝕刻該焊墊層以形成該複數個焊墊，該複數個焊墊分別定義為一於該振動層之該焊墊部上之一參考電極焊墊、一於該壓電致動層上之一上電極焊墊、一於該振動層之該外框部一側之一下電極焊墊以及一於該閥層之該固定部上之一閥層電極焊墊； 8.沉積及蝕刻一遮罩層，係透過沉積一氧化矽材料於該基板之該第二表面上以形成該遮罩層，並透過蝕刻以於該基板定義出至少一流道以及一容置槽，該至少一流道與該第一絕緣層之該至少一第二孔洞位置相對應，且該容置槽與該支撐層之該導電部電性相連通，再填入高分子導電材至該容置槽內形成一基台電極焊墊，使該基台電極焊墊與該支撐層之該導電部電性連接； 9.蝕刻一第一腔室，係自該基板之該至少一流道透過蝕刻以將該閥層之該基部內側區域之該第一氧化層釋放移除，以於該基部內側形成該第一腔室，並使該閥層之該中空孔洞與該第一腔室相連通；以及 10.蝕刻一第二腔室，係自該振動層之該至少一間隙透過蝕刻以將該第二絕緣層之該支撐部內側區域之該第二氧化層釋放移除，以於該支撐部內側形成該第二腔室，並使該第二腔室透過該中空孔洞與該第一腔室相連通。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微流道結構之製造方法，其中該氧化材料為一氧化矽、一磷矽玻璃或一硼磷矽玻璃材質。
3. 如申請專利範圍第1項所述之微流道結構之製造方法，其中該導電材料為一多晶矽材料。
4. 如申請專利範圍第1項所述之微流道結構之製造方法，其中該絕緣材料為一氮化矽材料。
5. 如申請專利範圍第1項所述之微流道結構之製造方法，其中該光阻層為一負光阻材料。
6. 如申請專利範圍第1項所述之微流道結構之製造方法，其中閥層之該中空孔洞形成於該支撐層之該凸部相對應位置處，該可動部定義為由該中空孔洞周圍延伸到該基部之範圍，該固定部定義為該基部向外延伸部分之範圍。
7. 如申請專利範圍第1項所述之微流道結構之製造方法，其中該振動層之該至少一連接部形成於該懸浮部及該外框部之間，用以提供彈性支撐該懸浮部之支撐力，以及該焊墊部被蝕刻分隔而不與該懸浮部、該外框部及該至少一連接部電性連接。
8. 如申請專利範圍第1項所述之微流道結構之製造方法，其中該複數個凹陷區之蝕刻深度分別為蝕刻至與該閥層之該固定部之表面接觸為止、至與該振動層之該外框部表面接觸為止、至與該壓電致動層表面接觸為止以及至與該焊墊部表面接觸為止。
9. 如申請專利範圍第7項所述之微流道結構之製造方法，其中： 該上電極焊墊所連接線路形成為一第一迴路； 該下電極焊墊所連接線路形成為一第二迴路，提供不同相位之電荷予該第一迴路與該第二迴路，使該壓電致動層驅動控制該振動層之該懸浮部產生上下位移； 該閥層電極焊墊與該參考電極焊墊所連接線路形成一第三迴路； 該基台電極焊墊與該參考電極焊墊所連接線路形成一第四迴路，提供相同相位之電荷予該第三迴路與該第四迴路形成該閥層之該可動部與該支撐層之該導電部相斥之相對位移，提供不同相位之電荷則形成該閥層之該可動部與該支撐層之該導電部相吸之相對位移。
10. 如申請專利範圍第9項所述之微流道結構之製造方法，其中施加正電壓給該第一迴路、負電壓給該第二迴路，使得該壓電致動層帶動該振動層之該懸浮部朝向遠離該基板的方向位移。
11. 如申請專利範圍第9項所述之微流道結構之製造方法，其中施加負電壓給該第一迴路、正電壓給該第二迴路，使得該壓電致動層帶動該振動層之該懸浮部朝向該基板的方向位移。
12. 如申請專利範圍第9項所述之微流道結構之製造方法，其中施加正電壓給該第三迴路以及該第四迴路，使得該閥層之該可動部與該支撐層之該導電部具有相同電荷，讓該可動部與該導電部構成電荷同性相斥之相對運動，因此該閥層之該可動部朝向遠離該基板的方向位移。
13. 如申請專利範圍第9項所述之微流道結構之製造方法，其中施加正電壓給該第三迴路、負電壓給該第四迴路，使得該閥層之該可動部與該支撐層之該導電部具有不相同電荷，讓該可動部與該導電部構成電荷異性相吸之相對運動，因此該閥層之該可動部朝向該基板的方向位移。
14. 如申請專利範圍第9項所述之微流道結構之製造方法，其中： 施加正電壓給該第一迴路、負電壓給該第二迴路，使得該壓電致動層帶動該振動層之該懸浮部朝向遠離該基板的方向位移，藉此，外部流體自該至少一流道被吸入至該微流道結構內，而進入該微流道結構內的流體依序通過該第一腔室及該中空孔洞，再匯集於該第二腔室內； 再施加正電壓給該第三迴路以及該第四迴路，使得該閥層之該可動部與該支撐層之該導電部具有相同電荷，讓該可動部與該導電部構成電荷同性相斥之相對運動，因此該閥層之該可動部朝向遠離基板的方向位移，如此外部流體持續自該至少一流道被吸入該微流道結構內，並且匯集於該第二腔室內的部分流體得以被擠壓往該第二腔室的周圍部分移動；以及 轉換該第一迴路、該第二迴路、該第三迴路以及該第四迴路之電性，施加負電壓給該第一迴路以及施加正電壓給該第二迴路，如此該振動層之該懸浮部朝向靠近該基板的方向位移，同時施加正電壓給該第三迴路、施加負電壓給該第四迴路，使得該閥層之該可動部與該支撐層之該導電部具有不相同電荷，讓該可動部與該導電部構成電荷異性相吸之相對運動，因此該閥層之該可動部朝向靠近該基板的方向位移，如此該閥層之該可動部與該導電部相吸靠近，且抵靠該支撐層之該凸部，藉以封閉該閥層之該中空孔洞，使自該至少一流道被吸入該微流道結構內流體無法進入該第二腔室內，同時該第二腔室內體積受該振動層之該懸浮部壓縮，致使匯集於該第二腔室內的流體得以自該至少一間隙排出於該微流道結構外，完成流體之傳輸。
15. 如申請專利範圍第1項所述之微流道結構之製造方法，其中該振動層具有一介於1微米~5微米之厚度。
16. 如申請專利範圍第1項所述之微流道結構之製造方法，其中該第一腔室具有一介於1微米~5微米之高度。
17. 如申請專利範圍第1項所述之微流道結構之製造方法，其中該第二腔室具有一介於1微米~5微米之高度。