用于流體噴射裝置的改進(jìn)的制造方法以及流體噴射裝置制造方法及圖紙

一種用于制造用于噴射流體(6)的裝置(1)的方法，包括產(chǎn)生噴嘴板(8)的步驟，產(chǎn)生噴嘴板(8)的步驟包括以下步驟：在第一半導(dǎo)體本體(31,35)中形成具有第一直徑(d1)的第一噴嘴空腔(35’；35”)；至少部分地在第一噴嘴空腔(35’；35”)中形成親水層(42)；在親水層上形成結(jié)構(gòu)層(45)；蝕刻結(jié)構(gòu)層以形成在流體噴射方向(Z)上與第一噴嘴空腔對(duì)準(zhǔn)并且具有大于第一直徑(d1)的第二直徑(d4)的第二噴嘴空腔(48)；繼續(xù)進(jìn)行對(duì)結(jié)構(gòu)層的蝕刻，以用于去除結(jié)構(gòu)層的在第一噴嘴空腔中的部分，以到達(dá)親水層(42)并且被布置成與第一和第二噴嘴空腔流體連通；以及將噴嘴板(8)與用于容納流體(6)的腔室(10)耦合。

Improved manufacturing method for fluid jet device and fluid jet device

A method for manufacturing for spraying fluid (6) device (1) method, including a nozzle plate (8) steps to produce a nozzle plate (8) includes the following steps: in the first (31,35) formed in the semiconductor body having a first diameter (D1) of the first nozzle cavity (35 '; 35 \); at least in part in the first nozzle cavity (35'; 35\) formed in the hydrophilic layer (42); the formation of structure layer in the hydrophilic layer (45); etching structure layer to form a jet in the direction of fluid (Z) and the first nozzle cavity and has a diameter larger than the first alignment (D1) second the diameter of the nozzle cavity (D4) second (48); continue to etch the structure layer, to be used in the first part of the nozzle cavity to remove the structural layer, in order to reach the hydrophilic layer (42) is arranged and connected with the first and second fluid nozzle cavity; and the nozzle plate (8) and for receiving the fluid (6) The chamber (10) is coupled.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
用于流體噴射裝置的改進(jìn)的制造方法以及流體噴射裝置
本專利技術(shù)涉及用于流體噴射裝置的制造方法以及流體噴射裝置。特別地，本專利技術(shù)涉及用于制造基于壓電技術(shù)的流體噴射頭的工藝，并且涉及使用壓電技術(shù)操作的流體噴射頭。
技術(shù)介紹
現(xiàn)有技術(shù)已知多種類型的流體噴射裝置，特別是用于打印應(yīng)用的噴墨頭。通過適當(dāng)?shù)男薷模愃频念^同樣可以用于噴射除了墨水之外的流體，例如用于生物或生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用、用于在制造用于生物分析的傳感器時(shí)的生物材料(例如DNA)的局部應(yīng)用、用于織物或陶瓷的裝飾、以及用在3D打印和添加劑制造的應(yīng)用中。已知的制造方法構(gòu)思經(jīng)由膠合或接合對(duì)大量預(yù)處理部分進(jìn)行耦合。這一工藝證明是昂貴的并且要求高精度，并且所得到的裝置具有大的厚度。為了克服這些缺點(diǎn)，文獻(xiàn)No.2014/0313264公開了用于流體噴射裝置的制造方法，該流體噴射裝置利用半導(dǎo)體器件的典型制造技術(shù)完全在硅襯底上獲得并且通過將僅三個(gè)晶片耦合在一起而形成。然而，根據(jù)該工藝，噴嘴的制造是在將支撐噴嘴的晶片耦合至已經(jīng)耦合在一起的其它晶片之后獲得的。其結(jié)果是在所形成的堆疊上的受限的動(dòng)作自由度，部分因?yàn)橛糜谔幚眈詈系木亩询B的機(jī)器，并且部分因?yàn)榧夹g(shù)流程，該技術(shù)流程與用于耦合三個(gè)晶片的粘接材料不兼容(例如高溫工藝或涉及使用一些類型的溶劑的工藝)。此外，在噴嘴周圍形成防濕涂層證明是不方便的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供將會(huì)克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的用于流體噴射裝置的制造方法以及流體噴射裝置。根據(jù)本專利技術(shù)，提供了如在所附權(quán)利要求中限定的用于流體噴射裝置的制造方法以及流體噴射裝置。附圖說明為了更好地理解本專利技術(shù)，現(xiàn)在將參考附圖僅借由非限制性示例來描述本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例，其中：圖1在橫截面中示出了根據(jù)形成本公開的流體噴射裝置的方法提供的流體噴射裝置；圖2-12示出了根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例的用于制造圖1中的流體噴射裝置的步驟；以及圖13-15示出了在相應(yīng)操作步驟期間根據(jù)圖2-12的步驟制造的流體噴射裝置。具體實(shí)施方式基于壓電技術(shù)的流體噴射裝置可以通過將采用微加工技術(shù)先前處理的多個(gè)晶片接合或膠合在一起進(jìn)行制造，微加工技術(shù)典型地用于生產(chǎn)MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))器件。特別地，參考圖1，圖示出根據(jù)本公開的一個(gè)方面的液體噴射裝置1。參考圖1，包括襯底11的第一晶片2被處理以用于在其上形成一個(gè)或多個(gè)壓電致動(dòng)器3，壓電致動(dòng)器3被設(shè)計(jì)為被驅(qū)動(dòng)以用于產(chǎn)生薄膜7的偏轉(zhuǎn)，薄膜7部分地懸置在一個(gè)或多個(gè)腔室10之上延伸，腔室10被設(shè)計(jì)為限定用于容納在使用期間將要被排出的流體6的相應(yīng)的儲(chǔ)存器。第二晶片4被處理以用于形成用于容納壓電致動(dòng)器3的一個(gè)或多個(gè)腔室5，以便在使用時(shí)將壓電致動(dòng)器3與將要被排出的流體6隔離，以及用于形成與腔室10流體連接的用于流體6的一個(gè)或多個(gè)入口孔9。第三晶片8被處理以在例如由多晶硅(由附圖標(biāo)記35和45指定)制成的本體中形成用于流體6的噴射的孔13(噴嘴)，本體設(shè)置有親水區(qū)域42(例如SiO2的)。隨后，經(jīng)由在圖1中作為整體由附圖標(biāo)記15指定的焊接界面區(qū)域、和/或接合區(qū)域、和/或膠合區(qū)域、和/或例如聚合物材料的粘接區(qū)域?qū)⑶笆鼍?、4、8組裝在一起。壓電致動(dòng)器3包括被布置在頂電極18與底電極19之間的壓電區(qū)域16，頂電極18與底電極19被設(shè)計(jì)為向壓電區(qū)域16供應(yīng)電信號(hào)，以用于在使用時(shí)產(chǎn)生壓電區(qū)域16的偏轉(zhuǎn)，該偏轉(zhuǎn)因此以本身已知的方式引起薄膜7的偏轉(zhuǎn)。金屬路徑(作為整體由附圖標(biāo)記20指定)從頂電極18與底電極19朝向電接觸區(qū)域延伸，電接觸區(qū)域設(shè)置有被設(shè)計(jì)為通過接合線(未示出)被偏置的接觸焊盤21。參考圖2-12，接下來描述用于制造根據(jù)本公開的實(shí)施例的流體噴射裝置1的工藝。特別地，圖2-4描述了用于微加工第一和第二晶片2、4的步驟；圖5-12描述了用于微加工第三晶片8的步驟。特別地，參考圖2，簡(jiǎn)言之，用于制造第一晶片2的步驟構(gòu)思首先提供半導(dǎo)體材料(例如硅)的襯底11。隨后，薄膜層7被形成在該襯底上，例如包括SiO2-多晶硅-SiO2堆疊，其中SiO2層具有例如被包括在0.1與0.2μm之間的厚度。并且多晶硅層(外延生長(zhǎng)的)具有被包括在1和20μm之間的厚度。在不同的實(shí)施例中，薄膜可以是典型地用于MEMS器件的其它材料，例如SiO2或者SiN，具有被包括在0.5和10μm之間的厚度，或者通過在SiO2-Si-SiN的各種組合中的堆疊。下一步驟是在薄膜層7上形成壓電致動(dòng)器3的底電極19(例如，由具有被包括在5和50nm之間的厚度的TiO2層形成，在其上沉積有具有被包括在30和300nm之間的厚度的Pt層)。隨后將壓電層沉積在底電極19上、沉積具有被包括在0.5與3μm之間(更典型地1或2μm)的厚度PZT層(Pb、Zr、TiO3)(其在后續(xù)定義步驟之后將形成壓電區(qū)域16)。接下來，在壓電層上沉積具有被包括在30和300nm之間的厚度的第二傳導(dǎo)材料層(例如Pt或Ir或IrO2或TiW或Ru)，以用于形成頂電極18。電極和壓電層經(jīng)受光刻和蝕刻步驟，以便根據(jù)期望的圖案對(duì)電極和壓電層進(jìn)行圖案化，因而形成底電極19、壓電區(qū)域16和頂電極18。一個(gè)或多個(gè)鈍化層17隨后被沉積在底電極19、壓電區(qū)域16和頂電極18上。鈍化層包括用于電極的電隔離的電介質(zhì)材料，例如SiO2或SiN或Al2O3層，不管是單個(gè)層或彼此堆疊，具有被包括在10和1000nm之間的厚度。隨后在選擇性區(qū)域中蝕刻鈍化層，以創(chuàng)建朝向底電極19和頂電極18的接入溝槽。隨后是在所創(chuàng)建的溝槽內(nèi)以及在鈍化層17上沉積傳導(dǎo)材料的步驟，諸如金屬(例如鋁或者金，可能與阻擋層和諸如Ti、TiN、TiW或者Ta、TaN的接合層一起)。后續(xù)的圖案化步驟使得能夠形成傳導(dǎo)路徑23、25，其使得能夠?qū)旊姌O18和底電極19的選擇性接入，以使得能夠在使用時(shí)對(duì)其進(jìn)行電偏置。還有可能形成另外的鈍化層(例如SiO2或SiN層，未示出)以用于保護(hù)傳導(dǎo)路徑23、25。傳導(dǎo)焊盤21同樣與壓電致動(dòng)器并排形成，電耦合至傳導(dǎo)路徑23、25。最后，在薄膜層7的與壓電致動(dòng)器3并排并且相距一定距離延伸的區(qū)域中選擇性地蝕刻薄膜層7，以用于暴露下面的襯底11的表面區(qū)域11’。因此，穿過薄膜層7形成了通孔14，其在后續(xù)制造步驟中使得能夠形成在流體噴射裝置1外部通過入口孔9朝向儲(chǔ)存器10的流體路徑，如圖1中所示。參考圖3中示出的第二晶片4，制造步驟構(gòu)思提供半導(dǎo)體材料(例如硅)的襯底22，其具有例如400μm的厚度并且在兩側(cè)上設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層29a、29b(例如SiO2或SiN層或它們的組合)。在電介質(zhì)層29a上沉積在第二晶片4的頂面上的是結(jié)構(gòu)化多晶硅層26，具有被包括在1和20μm之間的厚度，例如4μm。隨后，在與第二晶片4的頂面相對(duì)的底面上執(zhí)行處理步驟。特別地，在其中將要通過貫穿電介質(zhì)層29b和襯底22的厚度去除電介質(zhì)層29b和襯底22的選擇性部分并且挖出深溝槽來形成入口孔9的區(qū)域中蝕刻第二晶片4(其中蝕刻停止在電介質(zhì)層29a上)。通過對(duì)第二晶片4的底面的進(jìn)一步的蝕刻步驟，形成了凹陷27a和凹陷27b，凹陷27a在后續(xù)步驟中將形成容納腔室5，凹陷27b在后續(xù)步驟中將被布置為面向第一晶片2的容納傳導(dǎo)焊盤21的區(qū)域。根據(jù)本公開的一個(gè)方面，所形成的凹陷27a、27b具有沿著Z被包括在50和300μ本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于制造用于噴射流體(6)的裝置(1)的方法，包括產(chǎn)生噴嘴板(8)的步驟，產(chǎn)生所述噴嘴板(8)的步驟包括以下步驟：在第一半導(dǎo)體本體(31,35)中形成具有第一直徑(d

【技術(shù)特征摘要】
2015.12.29 IT 1020150000885671.一種用于制造用于噴射流體(6)的裝置(1)的方法，包括產(chǎn)生噴嘴板(8)的步驟，產(chǎn)生所述噴嘴板(8)的步驟包括以下步驟：在第一半導(dǎo)體本體(31,35)中形成具有第一直徑(d1)的第一噴嘴空腔(35’；35”)；在所述第一半導(dǎo)體本體(31,35)上以及在所述第一噴嘴空腔(35’；35”)的內(nèi)壁上形成第一蝕刻停止層(42)；在所述第一蝕刻停止層(42)上形成位于所述第一半導(dǎo)體本體(31,35)上的結(jié)構(gòu)層(45)；蝕刻所述結(jié)構(gòu)層(45)直至到達(dá)所述第一蝕刻停止層(42)，以形成在流體噴射方向(Z)上與所述第一噴嘴空腔(35’；35”)對(duì)準(zhǔn)并且具有大于所述第一直徑(d1)的第二直徑(d4)的第二噴嘴空腔(48)；繼續(xù)進(jìn)行對(duì)所述結(jié)構(gòu)層(45)的蝕刻，以完全去除所述結(jié)構(gòu)層(45)的在所述第一噴嘴空腔(35’；35”)中的部分，因此將所述第一噴嘴空腔和所述第二噴嘴空腔設(shè)置為相互流體連通；以及將所述噴嘴板(8)與被適配成容納所述流體(6)的容納腔室(10)耦合，使得所述第一噴嘴空腔和所述第二噴嘴空腔與所述容納腔室流體連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述第一蝕刻停止層(42)的步驟包括以使得所述第一蝕刻停止層(42)完全涂覆所述第一噴嘴空腔(35’；35”)的所述壁的方式形成所述第一蝕刻停止層(42)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一蝕刻停止層(42)是親水材料。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述親水材料具有等于或小于40°的接觸角。5.根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的方法，其中形成所述第一蝕刻停止層(42)的步驟包括熱生長(zhǎng)第一硅氧化物層并且隨后在熱生長(zhǎng)的所述第一硅氧化物層上沉積第二硅氧化物層。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一半導(dǎo)體本體(31,35)包括半導(dǎo)體材料的襯底(31)、在所述襯底(31)上的第二蝕刻停止層(33)以及在所述第二蝕刻停止層(33)上的噴嘴層(35)，其中形成所述第一噴嘴空腔(35’；35”)的步驟包括去除所述噴嘴層(35)的選擇性部分，直至到達(dá)所述第二蝕刻停止層(33)以形成具有側(cè)壁的孔，所述孔在所述流體噴射方...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：M·卡塔內(nèi)奧，L·科羅姆伯，C·L·佩瑞里尼，D·法拉利，A·斯休蒂，L·滕托里，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：意法半導(dǎo)體股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：意大利,IT