熱噴墨打印頭的制作方法
【專利摘要】本公開(kāi)包括一種用于制造熱噴墨打印頭的方法，所述方法包括：沉積具有用于形成功率總線的厚度的第一金屬層；沉積第一電介質(zhì)層；在第一電介質(zhì)層中形成用于將第一金屬層連接到第二金屬層的通孔；沉積第二金屬層；沉積電阻層；在電阻層中形成熱電阻器；沉積第二電介質(zhì)層；以及移除第二電介質(zhì)層的一部分。
【專利說(shuō)明】熱噴墨打印頭
【背景技術(shù)】
[0001] 可W使用由稱為噴墨打印頭的墨滴生成設(shè)備所發(fā)出的墨滴在打印介質(zhì)上的精確 放置來(lái)形成噴墨圖像。典型地，噴墨打印頭被支撐在可移動(dòng)打印滑架上，所述可移動(dòng)打印滑 架在打印介質(zhì)的表面上橫穿并被控制為依據(jù)微計(jì)算機(jī)或其他控制器的命令在合適的時(shí)間 噴射墨滴。墨滴的施加的時(shí)機(jī)可W對(duì)應(yīng)于正被打印的圖像的像素圖案。
[0002] -種類型的噴墨打印頭包括在孔板中精確形成的噴嘴的陣列?？装蹇蒞被附著到 墨水屏障層，所述墨水屏障層可W被附著到膜子結(jié)構(gòu)(film substruc化re),所述膜子結(jié)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)墨水發(fā)射加熱器電阻器和用于啟用該電阻器的電路。墨水屏障層可W限定包括設(shè)置在 相關(guān)聯(lián)的墨水發(fā)射電阻器上的墨水腔室的墨水通道，并且孔板中的噴嘴可W與相關(guān)聯(lián)的墨 水腔室對(duì)準(zhǔn)。
【附圖說(shuō)明】
[0003] 圖1-2圖示了根據(jù)本公開(kāi)的噴墨打印頭基板的示例的示圖。
[0004] 圖3圖示了根據(jù)本公開(kāi)的用于制造熱噴墨打印頭的方法的示例的流程圖。
[0005] 圖4圖示了根據(jù)本公開(kāi)的熱噴墨打印頭基板的示例的示圖。
[0006] 圖5圖示了根據(jù)本公開(kāi)的用于制造熱噴墨打印頭的方法的示例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0007] 噴墨打印頭可W使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝來(lái)制造，該互補(bǔ)金屬氧化 物半導(dǎo)體（CMOS)工藝在被用于創(chuàng)建噴墨打印頭管忍時(shí)可W稱為噴射金屬氧化物半導(dǎo)體 (JetMOS)工藝。在噴墨打印頭中使用的集成電路（1C)或管忍可W使用各種層和材料來(lái)制造 W制作電路部件并提供用于打印頭的特定功能。層可W包括：用于電容器和連接電路的金 屬層、用于電容器和晶體管W及導(dǎo)電層之間的電絕緣的電介質(zhì)層或絕緣層、用于形成晶體 管的擴(kuò)散層、用于保護(hù)電路免受環(huán)境影響的保護(hù)層或純化層，和/或用于熱生成的電阻層。 [000引具有諸如每列英寸1200個(gè)噴嘴的高噴嘴密度的熱噴墨打印頭可能不允許足夠的 空間用于要在相鄰電阻器之間路由的返回跡線。在運(yùn)樣的實(shí)例中，返回跡線和/或接地平面 被定位在它們自己的電阻器下方并且可W通過(guò)電介質(zhì)層與電阻器分離。電介質(zhì)層中的一個(gè) 或多個(gè)通孔可W被用于將電阻器跡線連接到返回路徑。然而，通孔被定位為靠近墨水饋送 槽并且可能需要被保護(hù)W免受墨水攻擊。另外，通孔形成可能導(dǎo)致重疊的電介質(zhì)層中的拓 撲結(jié)構(gòu)。因此，重疊的電介質(zhì)層可能易于破裂，當(dāng)使用脆性材料時(shí)尤其如此。在該區(qū)域上方 的典型膜可W是薄電介質(zhì)層和抗空化(anticavition)膜。
[0009]先前的熱噴墨打印頭基板設(shè)計(jì)可W包括在電介質(zhì)層中的單個(gè)大開(kāi)口，所述單個(gè)大 開(kāi)口跨越從墨水饋送槽的一側(cè)到另一側(cè)的整個(gè)區(qū)域。典型地，運(yùn)樣的電介質(zhì)層可W包括原 娃酸四乙醋(TOES)。開(kāi)口可W使用濕法蝕刻過(guò)程來(lái)形成。如本文所使用的，濕法蝕刻過(guò)程可 W包括使用濕化學(xué)法來(lái)蝕刻材料層。將電介質(zhì)層從電阻器之上的移除可W將用于電阻器的 導(dǎo)通能量限制為合理值并且防止對(duì)電阻器的過(guò)度加熱。另外，可W將電介質(zhì)層定向地從墨 水饋送槽移除w促進(jìn)對(duì)槽的頂側(cè)處理并允許在打印頭內(nèi)的墨水流。濕法蝕刻過(guò)程導(dǎo)致每側(cè) 大約4微米(μπι)的斜坡。為了容納該斜坡，熱電阻器與墨水饋送槽之間的距離被拉長(zhǎng)，從而 導(dǎo)致在液滴噴射之后墨水重填時(shí)間上的對(duì)應(yīng)減小（例如，較長(zhǎng)的閑置(shelf)和較慢的返 回）。
[0010] 根據(jù)本公開(kāi)的示例可W包括熱噴墨打印頭及其制造方法，所述熱噴墨打印頭通過(guò) 打印頭電路或管忍的設(shè)計(jì)來(lái)提供對(duì)通孔的保護(hù)W免受墨水影響并且處理化學(xué)制品。與單個(gè) 大開(kāi)口相對(duì)地，熱噴墨打印頭可W包括針對(duì)每個(gè)電阻器列的在電介質(zhì)層(例如，TE0S層）中 的分離的開(kāi)口。例如，根據(jù)本公開(kāi)的方法可W包括使用定向蝕刻過(guò)程(例如，干法蝕刻過(guò)程） 從墨水饋送槽之上移除電介質(zhì)層的第一部分，并且使用第二蝕刻過(guò)程(例如，濕法蝕刻過(guò) 程)從電阻器之上移除電介質(zhì)層的第二部分。如本文所使用的，"之上"可W指代比一層更遠(yuǎn) 離基板的另一層，并且"之下"可W指代比一層更靠近基板的另一層。運(yùn)樣的熱噴墨打印頭 可W允許增加的噴嘴密度，諸如每列英寸1200個(gè)噴嘴，因?yàn)槟佀筒劭蒞在熱電阻器附 近，所W與先前的設(shè)計(jì)相比，在減少重填時(shí)間的情況下增加了準(zhǔn)確性。另外，提供給通孔的 保護(hù)可W增加熱噴墨打印頭的穩(wěn)定性。
[0011] 在本公開(kāi)的W下詳細(xì)描述中，對(duì)附圖做出參考，該附圖形成詳細(xì)描述的一部分并 且在附圖中作為說(shuō)明示出了可W如何實(shí)踐本公開(kāi)的示例。足夠詳細(xì)地描述了運(yùn)些示例W使 得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本公開(kāi)的示例，并且要理解的是，可W使用其他示例，并且 可W在不偏離本公開(kāi)的范圍的情況下做出過(guò)程、電學(xué)和/或結(jié)構(gòu)的改變。
[0012] 本文中的各圖遵循編號(hào)慣例，其中第一（多個(gè))數(shù)位對(duì)應(yīng)于附圖圖號(hào)，并且剩余的 數(shù)位標(biāo)識(shí)附圖中的元件或部件?？蒞添加、交換和/或消除本文中各個(gè)示例中所示出的元 件，W便提供本公開(kāi)的多個(gè)附加的示例。
[0013] 另外，各圖中提供的元件的比例和相對(duì)標(biāo)度意在圖示本公開(kāi)的示例，并且不應(yīng)W 限制性意義來(lái)理解。如本文所使用的，"多個(gè)"元件和/或特征可W指代一個(gè)或多個(gè)運(yùn)樣的元 件和/或特征。
[0014] 如本文所使用的，集成電路(1C)處理中的金屬層可W在擴(kuò)散和其他高溫過(guò)程之后 形成，所W熱過(guò)程并未烙化金屬、使金屬擴(kuò)散到其他層中或者使金屬或跡線的性能降級(jí)。因 此，金屬層或?qū)щ妼涌蒞在打印頭電路的上層中找到或者在之后的處理步驟中執(zhí)行。金屬 或?qū)щ妼涌蒞具有低電阻值，從而允許電流在最小熱生成的情況下流動(dòng)，運(yùn)可W通過(guò)薄層 電阻(Rs)來(lái)測(cè)量。薄層電阻可W基于層的厚度和材料的電阻率來(lái)計(jì)算。導(dǎo)電層可W具有高 熱導(dǎo)電性。
[0015] 可W在由電阻材料形成的電阻層中制造熱電阻器。電阻材料可W具有相對(duì)于導(dǎo)體 的高電阻率和相對(duì)于絕緣體的更低電阻率。當(dāng)電流流過(guò)電阻器時(shí)，熱電阻器可W針對(duì)墨水 腔室生成熱。功率平面中的功率總線或跡線可W用于向熱電阻器提供電流。接地平面中的 接地總線或跡線可W用于從熱電阻器取走電流。功率總線可W指代用于向電路部件提供電 流的結(jié)構(gòu)，并且接地總線可W指代下述結(jié)構(gòu):該結(jié)構(gòu)用于從電路部件取走電流或者提供用 于耗盡或消除來(lái)自電路的過(guò)量電能的機(jī)制。
[0016] 噴墨打印頭管忍可W使用金屬層來(lái)將電線引線從忍片封裝連接到管忍。例如，管 忍上的金屬層可W用于提供與管忍上的電路W及與忍片封裝上的引線的電接觸或連接。基 板上形成的每個(gè)層可W用于在管忍的不同區(qū)段中提供各種功能和/或形成電路部件。通常， 層可w用于提供各種功能和不同類型的電路。
[0017]用于形成功率總線的導(dǎo)電層(通常是金屬層)可W具有比其他金屬層更大的電流 容量。金屬層的電流容量可W由導(dǎo)電材料的電阻率、金屬層厚度和在功率總線中使用的跡 線的面積來(lái)確定。功率總線金屬層可W比其他金屬層更厚。例如，如果標(biāo)準(zhǔn)非功率總線金屬 層具有帶有金屬或金屬合金的0.祉m的深度或總體厚度，則功率總線金屬層可W具有帶有 相同金屬或金屬合金的1.2皿的深度。
[001引圖1-2圖示了根據(jù)本公開(kāi)的噴墨打印頭基板的示例的示圖。例如，圖1圖示了可W 在具有在基板102與電阻層108之間的第一金屬層104的熱噴墨打印頭100中使用的層的示 例。第一金屬層104可W具有用于形成功率總線的厚度?；?02可W包括娃（Si)、神化嫁 (GaAs)或在半導(dǎo)體晶片和管忍中使用的其他元素和化合物。熱電阻器可W被形成在電阻層 108中。第一電介質(zhì)層106可W提供電阻層108與第一金屬層104之間的電絕緣和熱絕緣。第 二金屬層110可W在第一電介質(zhì)層106之上。對(duì)層的厚度的引用可W指代總體厚度、平均厚 度或目標(biāo)厚度，其中目標(biāo)厚度可W是用于實(shí)現(xiàn)層中材料的指定厚度的工藝。
[0019] 如本文所使用的，形成熱電阻器可W包括形成電路跡線W及移除沉積的第二金屬 層110的部分(例如，蝕刻），W創(chuàng)建用于一個(gè)或多個(gè)熱電阻器的空間（例如，開(kāi)口）?？蒞用電 阻層1〇8(例如，WSiN)覆蓋第二金屬層110,并且可W蝕刻所組合的堆疊 W產(chǎn)生具有熱電阻 器的電路。
[0020] 第二金屬層110可W與電阻層108相鄰或者與電阻層108接觸，并且向熱電阻器提 供電流，如圖1中所圖示的。除了第二金屬層110被移除W留下用于在電阻層108中形成電阻 器的空間的情況之外，電阻層108可W在第二金屬層110的頂部。如由圖1所圖示的，移除第 二金屬層now留下用于形成電阻器的空間例如可W導(dǎo)致第二金屬層110在電阻器端部處 的斜坡。在多個(gè)示例中，第二金屬層110可W用作功率總線和/或接地總線，并且第一金屬層 104可W用作功率總線和/或接地總線。第一金屬層104和/或第二金屬層110可W用于將熱 電阻器禪合或連接到熱噴墨打印頭100上的控制電路或其他電子電路。第一電介質(zhì)層106可 W在第一金屬層104與第二金屬層110之間。
[0021] 如由圖1所圖示的，通孔114可W被形成在第一電介質(zhì)層106中W連接第一金屬層 104和第二金屬層110?？蒞通過(guò)第二電介質(zhì)層112保護(hù)通孔114W免受來(lái)自墨水饋送孔(未 示出）的墨水的影響。如本文所使用的，通孔可W包括在打印頭中的層之間的穿過(guò)一個(gè)或多 個(gè)相鄰層的平面的電連接。
[0022] 噴墨打印頭100可W包括在第二金屬層110和/或電阻層108之上的第二電介質(zhì)層 112,其中"之下"可W指代與一層相比更靠近基板的另一層，并且"之上"可W指代比一層更 遠(yuǎn)離基板的另一層。例如，第二電介質(zhì)層112可W提供對(duì)通孔114的保護(hù)W免受由于通孔114 與墨水饋送孔的緊密接近度而引起的墨水進(jìn)入的影響。墨水饋送孔可W是下述孔:該孔蝕 刻穿過(guò)管忍W便從墨筆到可W被限定在聚合物層中的腔室和流量通道取得墨水。
[0023] 如由圖2所圖示的，根據(jù)本公開(kāi)的噴墨打印頭200可W使第二電介質(zhì)層212的部分 移除。圖2可W包括在移除了第二電介質(zhì)層112的部分的情況下的圖1中所圖示的噴墨打印 頭100的圖示。
[0024] 由圖2所圖示的噴墨打印頭200可W包括在基板202與電阻層208之間的第一金屬 層204、在電阻層208與第一金屬層204之間的第一電介質(zhì)層206、與電阻層208相鄰的第二金 屬層210、第二電介質(zhì)層212 W及形成在第一電介質(zhì)層206中的通孔214。
[0025]可W移除第二電介質(zhì)層212的部分。例如，所移除的移除部分可W包括第二電介質(zhì) 層212的從墨水饋送槽之上定向移除的第一部分203和/或第二電介質(zhì)層212的從形成在電 阻層208中的熱電阻器之上移除的第二部分205。如本文所使用的，墨水饋送槽可W包括在 主儲(chǔ)墨器與多個(gè)發(fā)射腔室之間形成流體連接的孔口。可W使用定向蝕刻過(guò)程來(lái)移除第二電 介質(zhì)層212的第一部分203,并且使用第二蝕刻過(guò)程來(lái)移除第二電介質(zhì)層212的第二部分 205，如本文進(jìn)一步討論的。
[00%]盡管圖1-2的示例圖示了基板層102、202,第一金屬層104、204,第一電介質(zhì)層106、 206，電阻層108、208，第二金屬層110、210，第二電介質(zhì)層112、212，^及通孔114、214，但是 根據(jù)本公開(kāi)的示例不被如此限制。除了由圖1-2所圖示的那些W外，根據(jù)本公開(kāi)的噴墨打印 頭基板還可W包括多個(gè)層。例如，如圖4的示例中所圖示的，噴墨打印頭基板可W包括沉積 在基板層(例如，圖4的Si 402)上的場(chǎng)氧化物(Fox)層(例如，圖4的FOX 442)，并且電介質(zhì)層 (例如，圖4的D1 444)可W被沉積在化X層與第一金屬層(例如，Ml 404)之間。
[0027]圖3圖示了根據(jù)本公開(kāi)的用于制造熱噴墨打印頭的方法320的示例的流程圖。在 322處，方法320可W包括在基板上沉積具有用于形成功率總線的厚度的第一金屬層。在各 種示例中，方法320可W包括使FOX層生長(zhǎng)(例如，如本文進(jìn)一步討論的）。
[00%]在324處，方法320可W包括沉積第一電介質(zhì)層。在326處，方法320可W包括在第一 電介質(zhì)層中形成通孔，W及在328處，方法320可W包括沉積第二金屬層。例如，第二金屬層 可W與電阻層相鄰(例如，由于第二金屬層的部分的移除）W將熱電阻器連接到控制電路。 在各種示例中，方法320可W包括在第二金屬層中形成用于熱電阻器的空間和電路跡線。在 330處，可W沉積電阻層。在332處，用于制造熱噴墨打印頭的方法320可W包括在電阻層中 形成熱電阻器。在334處，方法可W包括沉積第二電介質(zhì)層。
[0029] 在多個(gè)示例中，第一電介質(zhì)層可W被沉積在FOX層上。在運(yùn)樣的示例中，（例如，324 的）第一電介質(zhì)層可W包括第二電介質(zhì)層，并且（例如，334的）第二電介質(zhì)層可W包括第Ξ 電介質(zhì)層。
[0030] 進(jìn)一步的，在336處，方法320可W包括使用定向蝕刻過(guò)程來(lái)移除第二電介質(zhì)層的 一部分。如本文所使用的，定向蝕刻過(guò)程可W包括在意圖方向上(例如，具有有限斜坡和/或 無(wú)斜坡)蝕刻材料的過(guò)程。例如，定向蝕刻過(guò)程可W包括干法蝕刻過(guò)程。例如，所移除的部分 可W是來(lái)自墨水饋送槽。
[0031] 如本文所使用的，干法蝕刻過(guò)程可W包括通過(guò)將材料曝露于離子來(lái)從打印頭電路 移除材料，所述離子從曝露的表面驅(qū)逐材料的部分。所述離子可W典型地包括活性氣體的 等離子體，諸如碳?xì)饣衔?、氧氣、氯氣、Ξ氯化棚、氮?dú)饣?、氮?dú)?，除了其他氣體W外。例 如，干法蝕刻過(guò)程可W定向地蝕刻（例如，從蝕刻過(guò)程不產(chǎn)生斜坡）。例如，可W使用干法蝕 刻過(guò)程來(lái)移除1皿的第二電介質(zhì)層(例如TE0S)。例如，與濕法蝕刻過(guò)程相比，使用干法蝕刻 過(guò)程移除該部分可W允許熱電阻器與墨水饋送槽的更緊密的接近度。與熱電阻器與墨水饋 送槽的更遠(yuǎn)的接近度相比，更緊密的接近度可W減小在液滴噴射之后的重填時(shí)間。
[0032] 在各種示例中，所述部分可W包括第一部分，并且方法320可W包括使用第二蝕刻 過(guò)程來(lái)移除第二電介質(zhì)層的第二部分。例如，第二蝕刻過(guò)程可W包括與定向蝕刻過(guò)程不同 的過(guò)程。例如，第二蝕刻過(guò)程可W包括濕法蝕刻過(guò)程，如本文所進(jìn)一步描述的。
[0033] 圖4圖示了根據(jù)本公開(kāi)的熱噴墨打印頭基板440的示例的示圖。例如，該示圖圖示 了熱噴墨打印頭440的多個(gè)層。
[0034] 如圖4中所圖示的，場(chǎng)氧化物(FOX)層442可W被形成在娃（Si)402基板層上。場(chǎng)氧 化物可W是電介質(zhì)材料。用于場(chǎng)氧化物、電介質(zhì)層(例如，第一電介質(zhì)層444、第二電介質(zhì)層 406和/或第Ξ電介質(zhì)層410) W及其他電和/或熱絕緣層的電介質(zhì)材料可W包括原娃酸四乙 醋(TE0S或Si(0C2也)4)、二氧化娃(Si〇2)、未滲雜娃酸鹽玻璃(USG)、憐娃酸鹽玻璃(PSG)、棚 娃酸鹽玻璃(BSG)W及棚憐娃酸鹽玻璃(BPSG)、Al203、Hf?3、SiC、SiN或運(yùn)些材料的組合。
[0035] FOX層442可W從娃402生長(zhǎng)或者從娃402的氧化物創(chuàng)建?？蒞使用物理氣相沉積 (PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、電化學(xué)沉積(ECD)、分子束外延(MBE)或原子層沉積(ALD)來(lái)沉 積導(dǎo)電層或金屬層、電阻層、電介質(zhì)層、純化層、聚合物層W及其他層。光刻和掩模可W用于 將滲雜物和其他層進(jìn)行圖案化。光刻可W用于保護(hù)或曝露圖案W進(jìn)行蝕刻，所述蝕刻可W 從導(dǎo)電層或金屬層、電阻層、電介質(zhì)層、純化層、聚合物層W及其他層移除材料。蝕刻可W包 括濕法蝕刻、干法蝕刻、化學(xué)機(jī)械平面化（CMP)、反應(yīng)離子蝕刻（RIE)、深反應(yīng)離子蝕刻 (DRIE)。蝕刻可W是各向同性的或各向異性的。從對(duì)層的沉積和蝕刻產(chǎn)生的特征可W是電 阻器、電容器、傳感器、墨水腔室、流體流動(dòng)通道、接觸墊、電線W及可W將設(shè)備和電阻器連 接在一起的跡線。
[0036] 娃402可W被滲雜或植入有像棚(B)、憐(P)、神(As)之類的元素 W改變娃的電學(xué)屬 性并且可W用于創(chuàng)建區(qū)域或阱，所述區(qū)域或阱可W用于創(chuàng)建用于二極管和晶體管的結(jié)。運(yùn) 些元素或滲雜物可W用于改變影響電流流動(dòng)和電流流動(dòng)的方向的電學(xué)屬性。元素或滲雜物 可W通過(guò)離子植入過(guò)程而被沉積在晶片的表面上。滲雜物可W通過(guò)使用掩?；蛑踩胙谀６?被選擇性地施加于娃，并且可W創(chuàng)建植入的滲雜層(未示出）?？蒞使用光刻來(lái)施加掩模?？?W通過(guò)使用加熱、熱、退火或快速熱退火(RTA)過(guò)程來(lái)使?jié)B雜物被晶片吸收并且穿過(guò)娃進(jìn)行 擴(kuò)散。
[0037] 在一些示例中，多晶娃層可W被沉積在晶片或娃402的表面上。多晶娃可W是導(dǎo)電 層。
[0038] 第一電介質(zhì)層444可W被沉積在基板上。第一電介質(zhì)層444可W包括棚憐娃酸鹽玻 璃(BPSG)和/或未滲雜娃酸鹽玻璃(USG)，除了其他材料W外。USG層可W提供沒(méi)有諸如棚和 憐的滲雜物的娃酸鹽玻璃，其可W依附（leech)到娃基板中并且改變娃基板的電學(xué)特性。第 一電介質(zhì)層444可W在多晶娃層和/或娃402與第一金屬層404之間提供電絕緣。
[0039] 第一金屬層404可W被沉積在基板上并且可W具有用于形成功率或接地總線的厚 度。第一金屬層404和/或第二金屬層410可W包括銷(Pt)、具有插入的擴(kuò)散屏障的銅(Cu)、 侶(A1)、鶴(W)、鐵(Ti)、鋼(Mo)、鈕(Pd)、粗(Ta)、儀(Ni)或組合。對(duì)于介于25°C和127°C之間 的溫度范圍而言，金屬層可W具有大于20 W/(m · K)的熱導(dǎo)率（K )。例如，第一金屬層404可 W包括具有0.5%Cu的A1。第一金屬層404可W是介于0.4WI1與2. Ομπι之間厚，并且可W具有小 于45 mQ /平方的薄層電阻。在一些示例中，第一金屬層404可W包括AlXuSisAlCuSi可W用 于防止或幫助減小結(jié)毛刺。
[0040] 第二電介質(zhì)層406(其等同于圖2中圖示的第一電介質(zhì)層206)可W提供電絕緣W防 止電阻層408中的熱電阻器與第一金屬層404之間的短路。另外，通孔414可W被形成在第二 電介質(zhì)層406中W連接第一金屬層404和第二金屬層410。第二電介質(zhì)層406可W是棚憐娃酸 鹽玻璃(BPS 口層。BPSG層可W比USG層更厚。BPSG層和/或USG層可W在第一金屬層404與娃 402基板層之間提供熱和/或電絕緣或隔離。BPSG層可W比USG層具有更好的熱和/或電絕緣 屬性。
[0041] 第二電介質(zhì)層406可W提供熱絕緣W減小從熱電阻器到導(dǎo)熱的第一金屬層404的 熱耗散。第二電介質(zhì)層406可W減小充當(dāng)散熱器化eat sink)的第一金屬層404的影響。第二 電介質(zhì)層406可W被沉積在基板(例如，Si 402)上，并且可W具有使得熱電阻器的導(dǎo)通能量 不過(guò)量的厚度、熱導(dǎo)率（K )和/或熱擴(kuò)散率(0〇,并且可W提供穩(wěn)定狀態(tài)的熱累積和耗散。 熱累積可W是用于從腔室噴射墨水或流體的熱。熱耗散可W允許在流體泡的噴射之后墨水 或流體到腔室中。穩(wěn)定狀態(tài)的熱累積和耗散可W最小化汽塞。材料的熱擴(kuò)散率(具有m2/s的 SI單位)可W是熱導(dǎo)率除W體積熱容量，其由巧素示，其中謂f是具有J/(m3 · K)的 SI單位的體積熱容量，P是具有kg/m3的SI單位的密度，&是具有J/化g . K)的SI單位的比熱 容，W及K是具有W/(m · K)的SI單位的熱導(dǎo)率。電介質(zhì)層的熱導(dǎo)率可W介于0.05胖八111化與 0.2 W/cm°K之間。在示例中，電介質(zhì)層的熱擴(kuò)散率可W介于0.004 cmVsec與0.25 cmVsec 之間。
[0042] 當(dāng)?shù)诙娊橘|(zhì)層406較薄時(shí)，可能施加過(guò)量能量來(lái)創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)泡，運(yùn)是由于可能是低 效能量使用的對(duì)娃基板402的熱損失。當(dāng)層較厚時(shí)，熱可能被捕獲并且最終引起噴墨腔室中 的汽塞，因此打印頭并未正確地起作用。第二電介質(zhì)層406的平衡厚度可W改進(jìn)墨水泡創(chuàng) 建、加熱和輸送(或噴射）。在一個(gè)示例中，第二電介質(zhì)層406可W具有介于0.8 μηι與2 μηι之 間的厚度W在第一金屬層與熱電阻器下方的電阻層之間提供熱絕緣。在另一示例中，一般 地，第二電介質(zhì)層406可W具有介于0.4皿與2 μηι之間的厚度W在第一金屬層404與電阻層 408之間提供熱絕緣。
[0043] 第二金屬層410可W被沉積在基板上并且可W具有用于形成功率和/或接地總線 的厚度。第一金屬層404和/或第二金屬層410可W包括Al、AlCu、AlCuSi或組合。例如，第二 金屬層410可W包括具有銅化的侶410,并且第二金屬層410可W是介于1.0皿與2.0 WI1之 間厚。例如，第一金屬層404和/或第二金屬層410可W具有小于45 πιΩ/平方的薄層電阻。第 一金屬層404和/或第二金屬層410可W提供去往和來(lái)自在接合焊盤層中形成的接合焊盤的 功率和/或接地路由。第二金屬層410可W接觸在電阻層408中形成的熱電阻器并且提供至 熱電阻器的導(dǎo)電路徑。在多個(gè)示例中，第二金屬層404和/或第二金屬層410可W覆蓋在打印 頭的接合焊盤下方的至少50%的區(qū)域或覆蓋區(qū)，或者可W覆蓋打印頭電路的至少50%的區(qū)域 或覆蓋區(qū)。選擇性地蝕刻第二金屬層410可W創(chuàng)建用于熱墨水腔室的溝槽或凹槽。
[0044] 例如，第二金屬層410可W具有被移除W創(chuàng)建用于一個(gè)或多個(gè)熱電阻器的空間（例 如，開(kāi)口）的部分。第二金屬層410的移除可W在第二金屬層410中創(chuàng)建接觸熱電阻器的每個(gè) 端部的斜坡。
[0045] 在一些實(shí)施例中，第一金屬層404可W在熱電阻器下方被移除，因此從電阻層408 中的電阻器生成的熱可W不耗散或不傳遞到導(dǎo)熱的第一金屬層404。移除電阻層408中形成 的熱電阻器下方的第一金屬層404和熱噴墨打印頭中的環(huán)繞緩沖區(qū)域(未在圖4中示出），可 W減小用于加熱熱噴墨腔室中的墨水和其他流體的能量并且減小從電阻層408中的電阻器 到第一金屬層404的熱傳遞。移除熱電阻器下方的第一金屬層404可W減少電阻層408與金 屬層之間的非意圖的寄生電阻和/或減少電阻層408與金屬層之間的短路。當(dāng)電介質(zhì)層厚度 由控制柵屬性來(lái)確定時(shí)和/或當(dāng)電介質(zhì)層被用于控制柵時(shí)，第一金屬層404可W不具有在打 印頭的熱電阻器下方的區(qū)域或覆蓋區(qū)。
[0046] 電阻層408可W被沉積在基板上。電阻層408可W包括氮娃化鶴(WSiN)、氮娃化粗 (TaSiN)、侶化粗(TaAl)、氮化粗(Ta2N)或組合。例如，電阻層408可W是介于0.025皿與0.2 WI1之間厚，并且電阻層408可W具有介于20 Ω/平方與2000 Ω/平方之間的薄層電阻。熱噴 墨打印頭中使用的熱電阻器可W被形成在電阻層408中。
[0047] 例如，電阻層408可W在第二金屬層410的頂部(例如，除了其中第二金屬層410的 部分已經(jīng)被移除W創(chuàng)建用于熱電阻器的空間之外）。組合的堆疊可W被蝕刻W產(chǎn)生具有熱 電阻器的電路。例如，可W按過(guò)程的性質(zhì)來(lái)使電阻器端部成斜面。
[004引純化層446可W被沉積在基板上。純化層446可W包括碳化娃（SiC)、氮化娃(SiN) 或運(yùn)樣的材料的組合。在一個(gè)示例中，純化層可W是介于Ο.?μπι與Ιμπι之間厚。純化層446可 W在打印頭、管忍或晶片上提供保護(hù)性涂層和/或電絕緣，W保護(hù)在下面的電路和層免受氧 化、侵蝕W及其他環(huán)境條件的影響。例如，純化層446可W保護(hù)基板(例如，Si 402)、第一金 屬層404、第一電介質(zhì)層444、第二電介質(zhì)層406 W及電阻層408。純化層446可W改進(jìn)屏障粘 附力。
[0049] 第Ξ電介質(zhì)層412(其等同于在圖2中圖示的第二電介質(zhì)層212)可W沉積在基板 上。第Ξ電介質(zhì)層412可W包括TE0S。如由圖4所圖示的，第Ξ電介質(zhì)層412的第一部分和第 二部分可W被選擇性地移除?？蒞將第一部分從墨水饋送槽之上定向移除，并且可W將第 二部分從電阻層408中的熱電阻器之上移除。例如，從墨水饋送槽移除的第一部分可W包括 使用定向蝕刻過(guò)程移除的Iwii的TE0S層。在各種實(shí)例中，Ta 448層和純化層446的部分也可 W從墨水饋送槽之上移除。
[0050] 例如，使用定向蝕刻過(guò)程和第二蝕刻過(guò)程移除第Ξ電介質(zhì)層412的部分可W創(chuàng)建 一個(gè)或多個(gè)TE0S腔室。例如，所創(chuàng)建的TE0S腔室可W將墨水饋送包圍至少4.5皿，第一金屬 層404和第二金屬層410可W不在TES0腔室區(qū)域中重疊，和/或第一金屬層404和第二金屬層 410與TE0S腔室的交叉最小距離可W包括5.5皿。另外，在一些示例中，噴墨饋送孔的外部的 柱寬度可W是7μπι或更多。
[0051] 粘附層（例如，Ta 448)可W被沉積在基板上。在制造中使用的諸如金的一些元素 和化合物可能無(wú)法良好地粘附到基板或基板上的其他層。粘附層可W用于將一層粘附或結(jié) 合到另一層。粘附層可W用于將接合焊盤層結(jié)合到純化層、金屬層、電阻層408、電介質(zhì)層或 基板。例如，粘附層可W包括粗(Ta)448。
[0化2]管忍表面優(yōu)化(DS0M50層可W被沉積在基板上。DS0 450層可W包括第二純化和/ 或粘附層。例如，DS0 450可W包括底部上是氮化娃(SiN)并且頂部上是碳化娃(SiC)的層。 限定墨水流動(dòng)通道的諸如SU-8層的聚合物層452、454和456可W良好地粘附到SiC。例如， DS0 450可W包圍任何墨水饋送孔至少9μπι。換一種說(shuō)法，比墨水饋送孔(例如，矩形）的總面 積大至少9皿的DS0 450層(例如，矩形）的一部分可W被移除。一經(jīng)移除DS0 450層的該部 分，DS0 450層就可W覆蓋除了在墨水饋送孔上方的區(qū)域和在熱電阻器上方的區(qū)域之外的 任何事物。
[0053]聚合物層452、454和456可W被沉積在基板上。聚合物層可W包括聚合物底漆層 454、聚合物腔室層452W及聚合物頂環(huán)(tophat)層456。熱噴墨腔室可W被形成在熱噴墨打 印頭中使用的一個(gè)聚合物層或多個(gè)聚合物層中。用于聚合物層的腔室材料可W包括光致抗 蝕劑、SU-8分子、聚合物、環(huán)氧樹(shù)脂或組合。聚合物層可W被形成W創(chuàng)建具有熱電阻器的熱 噴墨腔室中的流體流動(dòng)通道和/或凹槽。
[0054] 圖5圖示了根據(jù)本公開(kāi)的用于制造熱噴墨打印頭的方法560的示例的流程圖。在 562處，方法560可W包括將第一電介質(zhì)層沉積在基板上。在564處，方法560可W包括沉積具 有用于形成功率總線的厚度的第一金屬層。在566處，方法560可W包括沉積第二電介質(zhì)層。 在568處，方法560可W包括在第二電介質(zhì)層中形成通孔，并且在570處，方法560可W包括沉 積第二金屬層。
[0055] 在572處，方法560可W包括在第二金屬層中形成用于熱電阻器的空間和電路跡 線。例如，該空間可W通過(guò)移除第二金屬層的部分來(lái)創(chuàng)建。在574處，方法560可W包括沉積 電阻層。在576處，熱電阻器可W被形成在電阻層中。在578處，第Ξ電介質(zhì)層可W被沉積。
[0056] 在580處，方法560可W包括使用干法蝕刻過(guò)程來(lái)移除第Ξ電介質(zhì)層的第一部分。 在582處，方法460可W包括使用濕法蝕刻過(guò)程來(lái)移除第Ξ電介質(zhì)層的第二部分。濕法蝕刻 過(guò)程可W包括使用液相化學(xué)物來(lái)移除材料。當(dāng)蝕刻膜時(shí)，濕法蝕刻過(guò)程中的液相化學(xué)物可 W使用同位素，從而導(dǎo)致大偏置。用于濕法蝕刻過(guò)程的示例化學(xué)物可W包括緩沖氣氨酸 (BHF)、氨氧化鐘(K0H)、乙二胺和鄰苯二酪的水溶液，W及四甲基氨氧化錠(TMAH)，除了其 他化學(xué)物之外。
[0057] 例如，可W將所移除的第一部分從墨水饋送槽(之上)定向移除，和/或可W將所移 除的第二部分從電阻層中的熱電阻器(之上)移除。通過(guò)使用干法蝕刻過(guò)程移除墨水饋送槽 之上的第一部分，可W避免來(lái)自蝕刻過(guò)程(諸如通過(guò)濕法蝕刻過(guò)程）的斜坡，運(yùn)是由于干法 蝕刻過(guò)程的定向蝕刻能力。與濕法蝕刻過(guò)程相比，使用干法蝕刻過(guò)程的定向蝕刻可W允許 熱電阻器到墨水饋送槽的更緊密的接近度。與熱電阻器到墨水饋送槽的更遠(yuǎn)的接近度相 比，更緊密的接近度可W減少在液滴噴射之后的重填時(shí)間。
[0058] 用于制造熱噴墨打印頭的方法還可W包括沉積聚合物層，在聚合物層內(nèi)形成熱噴 墨腔室，和/或形成具有基板、第一金屬層、第二金屬層、電介質(zhì)層和其他處理層的控制電 路。
[0059] 如在本文檔中所使用的，"打印頭"、"打印頭電路"和"打印頭管忍"意指從一個(gè)或 多個(gè)開(kāi)口分配流體的噴墨打印機(jī)或其他噴墨類型分配器的部分。打印頭包括一個(gè)或多個(gè)打 印頭管忍。"打印頭"和"打印頭管忍"不限于利用墨水和其他打印流體的打印，而是還包括 其他流體的噴墨類型分配和/或用于不同于打印的用途的噴墨類型分配。
[0060] 說(shuō)明書(shū)示例提供了對(duì)本申請(qǐng)W及本公開(kāi)的系統(tǒng)和方法的使用的描述。因?yàn)榭蒞在 不偏離本公開(kāi)的系統(tǒng)和方法的精神和范圍的情況下做出許多示例，所W本說(shuō)明書(shū)闡述了許 多可能的示例配置和實(shí)現(xiàn)方式中的一些。關(guān)于各圖，相同部分?jǐn)?shù)字貫穿各圖標(biāo)明了相同或 類似部分。各圖不一定是按比例的。一些部分的相對(duì)尺寸被放大W更清楚地圖示所示出的 示例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于制造熱噴墨打印頭的方法，包括： 在基板上沉積具有用于形成功率總線的厚度的第一金屬層； 沉積第一電介質(zhì)層； 在第一電介質(zhì)層中形成用于將第一金屬層連接到第二金屬層的通孔； 沉積第二金屬層； 沉積電阻層； 在電阻層中形成熱電阻器； 沉積第二電介質(zhì)層；以及 使用定向蝕刻過(guò)程移除第二電介質(zhì)層的一部分。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括移除第二金屬層的一部分，以及在第二金屬層和 第二金屬層的所移除的部分上沉積電阻層。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中移除所述部分包括使用干法蝕刻過(guò)程來(lái)蝕刻所述 部分。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使用定向蝕刻過(guò)程移除所述部分包括從墨水饋送 槽蝕刻所述部分。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中： 所述部分包括第一部分;并且 其中所述方法還包括使用第二蝕刻過(guò)程移除第二電介質(zhì)的第二部分。6. -種熱噴墨打印頭，包括： 基板； 電阻層； 基板與電阻層之間的具有用于形成功率總線的厚度的第一金屬層； 與電阻層相鄰的用于將熱電阻器連接到控制電路的第二金屬層； 在第一金屬層與第二金屬層之間的第一電介質(zhì)層，其包括用于將第一金屬層連接到第 二金屬層的通孔； 在第二金屬層與聚合物層之間的第二電介質(zhì)層，其中將第二電介質(zhì)層從墨水饋送槽定 向移除； 形成在電阻層中的熱電阻器；以及 形成在聚合物層中的熱噴墨腔室。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱噴墨打印頭，其中第一和第二電介質(zhì)層是從由以下各項(xiàng)組 成的組中選擇的：原硅酸四乙酯(TEOS或Si(0C 2H5)4)、場(chǎng)氧化物、二氧化硅(Si02)、未摻雜硅 酸鹽玻璃（USG)、磷硅酸鹽玻璃（PSG)、硼硅酸鹽玻璃（BSG)以及硼磷硅酸鹽玻璃（BPSG)、 八12〇3、肚〇3、3扣、51~或其組合。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱噴墨打印頭，包括鈍化層，其用于保護(hù)基板、第一金屬層、第 二金屬層、第一電介質(zhì)層和電阻層。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱噴墨打印頭，其中電阻層中的電阻材料是從由以下各項(xiàng)組 成的組中選擇的：氮硅化鎢(WSiN)、氮硅化鉭(TaSiN)、鋁化鉭(TaAl)、氮化鉭(Ta 2N)或其組 合。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱噴墨打印頭，包括管芯表面優(yōu)化(DSO)層，其中將DSO層的 一部分從熱電阻器和墨水饋送孔移除。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的熱噴墨打印頭，其中所移除的DSO層的部分包括比墨水饋送 孔的總面積大至少9微米(μπι)的面積。12. -種用于制造熱噴墨打印頭的方法，包括： 在基板上沉積第一電介質(zhì)層； 沉積具有用于形成功率總線的厚度的第一金屬層； 沉積第二電介質(zhì)層； 在第二電介質(zhì)層中形成用于將第一金屬層連接到第二金屬層的通孔； 沉積用于將熱電阻器連接到電路的第二金屬層； 在第二金屬層中形成用于熱電阻器的空間和電路跡線； 沉積電阻層； 在電阻層中形成熱電阻器； 沉積第三電介質(zhì)層； 使用干法蝕刻過(guò)程移除第三電介質(zhì)層的第一部分；以及 使用濕法蝕刻過(guò)程移除第三電介質(zhì)層的第二部分。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括： 沉積聚合物層；以及 在聚合物層內(nèi)形成熱噴墨腔室。14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中使用干法蝕刻過(guò)程移除第三電介質(zhì)層的第一部 分包括從墨水饋送槽移除第三電介質(zhì)層。15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中使用濕法蝕刻過(guò)程移除第三電介質(zhì)層的第二部 分包括從電阻層中的熱電阻器移除第三電介質(zhì)層。
【文檔編號(hào)】B41J2/05GK105939857SQ201480074532
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2014年1月29日
【發(fā)明人】L.H.懷特, A.M.富勒, H.范
【申請(qǐng)人】惠普發(fā)展公司，有限責(zé)任合伙企業(yè)