用于流体喷射装置的改进的制造方法以及流体喷射装置制造方法及图纸

一种用于制造用于喷射流体(6)的装置(1)的方法，包括产生喷嘴板(8)的步骤，产生喷嘴板(8)的步骤包括以下步骤：在第一半导体本体(31,35)中形成具有第一直径(d1)的第一喷嘴空腔(35’；35”)；至少部分地在第一喷嘴空腔(35’；35”)中形成亲水层(42)；在亲水层上形成结构层(45)；蚀刻结构层以形成在流体喷射方向(Z)上与第一喷嘴空腔对准并且具有大于第一直径(d1)的第二直径(d4)的第二喷嘴空腔(48)；继续进行对结构层的蚀刻，以用于去除结构层的在第一喷嘴空腔中的部分，以到达亲水层(42)并且被布置成与第一和第二喷嘴空腔流体连通；以及将喷嘴板(8)与用于容纳流体(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.

【技术实现步骤摘要】
用于流体喷射装置的改进的制造方法以及流体喷射装置
本专利技术涉及用于流体喷射装置的制造方法以及流体喷射装置。特别地，本专利技术涉及用于制造基于压电技术的流体喷射头的工艺，并且涉及使用压电技术操作的流体喷射头。
技术介绍
现有技术已知多种类型的流体喷射装置，特别是用于打印应用的喷墨头。通过适当的修改，类似的头同样可以用于喷射除了墨水之外的流体，例如用于生物或生物医学领域中的应用、用于在制造用于生物分析的传感器时的生物材料(例如DNA)的局部应用、用于织物或陶瓷的装饰、以及用在3D打印和添加剂制造的应用中。已知的制造方法构思经由胶合或接合对大量预处理部分进行耦合。这一工艺证明是昂贵的并且要求高精度，并且所得到的装置具有大的厚度。为了克服这些缺点，文献No.2014/0313264公开了用于流体喷射装置的制造方法，该流体喷射装置利用半导体器件的典型制造技术完全在硅衬底上获得并且通过将仅三个晶片耦合在一起而形成。然而，根据该工艺，喷嘴的制造是在将支撑喷嘴的晶片耦合至已经耦合在一起的其它晶片之后获得的。其结果是在所形成的堆叠上的受限的动作自由度，部分因为用于处理耦合的晶片的堆叠的机器，并且部分因为技术流程，该技术流程与用于耦合三个晶片的粘接材料不兼容(例如高温工艺或涉及使用一些类型的溶剂的工艺)。此外，在喷嘴周围形成防湿涂层证明是不方便的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供将会克服现有技术的缺点的用于流体喷射装置的制造方法以及流体喷射装置。根据本专利技术，提供了如在所附权利要求中限定的用于流体喷射装置的制造方法以及流体喷射装置。附图说明为了更好地理解本专利技术，现在将参考附图仅借由非限制性示例来描述本专利技术的优选实施例，其中：图1在横截面中示出了根据形成本公开的流体喷射装置的方法提供的流体喷射装置；图2-12示出了根据本专利技术的实施例的用于制造图1中的流体喷射装置的步骤；以及图13-15示出了在相应操作步骤期间根据图2-12的步骤制造的流体喷射装置。具体实施方式基于压电技术的流体喷射装置可以通过将采用微加工技术先前处理的多个晶片接合或胶合在一起进行制造，微加工技术典型地用于生产MEMS(微机电系统)器件。特别地，参考图1，图示出根据本公开的一个方面的液体喷射装置1。参考图1，包括衬底11的第一晶片2被处理以用于在其上形成一个或多个压电致动器3，压电致动器3被设计为被驱动以用于产生薄膜7的偏转，薄膜7部分地悬置在一个或多个腔室10之上延伸，腔室10被设计为限定用于容纳在使用期间将要被排出的流体6的相应的储存器。第二晶片4被处理以用于形成用于容纳压电致动器3的一个或多个腔室5，以便在使用时将压电致动器3与将要被排出的流体6隔离，以及用于形成与腔室10流体连接的用于流体6的一个或多个入口孔9。第三晶片8被处理以在例如由多晶硅(由附图标记35和45指定)制成的本体中形成用于流体6的喷射的孔13(喷嘴)，本体设置有亲水区域42(例如SiO2的)。随后，经由在图1中作为整体由附图标记15指定的焊接界面区域、和/或接合区域、和/或胶合区域、和/或例如聚合物材料的粘接区域将前述晶片2、4、8组装在一起。压电致动器3包括被布置在顶电极18与底电极19之间的压电区域16，顶电极18与底电极19被设计为向压电区域16供应电信号，以用于在使用时产生压电区域16的偏转，该偏转因此以本身已知的方式引起薄膜7的偏转。金属路径(作为整体由附图标记20指定)从顶电极18与底电极19朝向电接触区域延伸，电接触区域设置有被设计为通过接合线(未示出)被偏置的接触焊盘21。参考图2-12，接下来描述用于制造根据本公开的实施例的流体喷射装置1的工艺。特别地，图2-4描述了用于微加工第一和第二晶片2、4的步骤；图5-12描述了用于微加工第三晶片8的步骤。特别地，参考图2，简言之，用于制造第一晶片2的步骤构思首先提供半导体材料(例如硅)的衬底11。随后，薄膜层7被形成在该衬底上，例如包括SiO2-多晶硅-SiO2堆叠，其中SiO2层具有例如被包括在0.1与0.2μm之间的厚度。并且多晶硅层(外延生长的)具有被包括在1和20μm之间的厚度。在不同的实施例中，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之间的厚度，或者通过在SiO2-Si-SiN的各种组合中的堆叠。下一步骤是在薄膜层7上形成压电致动器3的底电极19(例如，由具有被包括在5和50nm之间的厚度的TiO2层形成，在其上沉积有具有被包括在30和300nm之间的厚度的Pt层)。随后将压电层沉积在底电极19上、沉积具有被包括在0.5与3μm之间(更典型地1或2μm)的厚度PZT层(Pb、Zr、TiO3)(其在后续定义步骤之后将形成压电区域16)。接下来，在压电层上沉积具有被包括在30和300nm之间的厚度的第二传导材料层(例如Pt或Ir或IrO2或TiW或Ru)，以用于形成顶电极18。电极和压电层经受光刻和蚀刻步骤，以便根据期望的图案对电极和压电层进行图案化，因而形成底电极19、压电区域16和顶电极18。一个或多个钝化层17随后被沉积在底电极19、压电区域16和顶电极18上。钝化层包括用于电极的电隔离的电介质材料，例如SiO2或SiN或Al2O3层，不管是单个层或彼此堆叠，具有被包括在10和1000nm之间的厚度。随后在选择性区域中蚀刻钝化层，以创建朝向底电极19和顶电极18的接入沟槽。随后是在所创建的沟槽内以及在钝化层17上沉积传导材料的步骤，诸如金属(例如铝或者金，可能与阻挡层和诸如Ti、TiN、TiW或者Ta、TaN的接合层一起)。后续的图案化步骤使得能够形成传导路径23、25，其使得能够对顶电极18和底电极19的选择性接入，以使得能够在使用时对其进行电偏置。还有可能形成另外的钝化层(例如SiO2或SiN层，未示出)以用于保护传导路径23、25。传导焊盘21同样与压电致动器并排形成，电耦合至传导路径23、25。最后，在薄膜层7的与压电致动器3并排并且相距一定距离延伸的区域中选择性地蚀刻薄膜层7，以用于暴露下面的衬底11的表面区域11’。因此，穿过薄膜层7形成了通孔14，其在后续制造步骤中使得能够形成在流体喷射装置1外部通过入口孔9朝向储存器10的流体路径，如图1中所示。参考图3中示出的第二晶片4，制造步骤构思提供半导体材料(例如硅)的衬底22，其具有例如400μm的厚度并且在两侧上设置有一个或多个电介质层29a、29b(例如SiO2或SiN层或它们的组合)。在电介质层29a上沉积在第二晶片4的顶面上的是结构化多晶硅层26，具有被包括在1和20μm之间的厚度，例如4μm。随后，在与第二晶片4的顶面相对的底面上执行处理步骤。特别地，在其中将要通过贯穿电介质层29b和衬底22的厚度去除电介质层29b和衬底22的选择性部分并且挖出深沟槽来形成入口孔9的区域中蚀刻第二晶片4(其中蚀刻停止在电介质层29a上)。通过对第二晶片4的底面的进一步的蚀刻步骤，形成了凹陷27a和凹陷27b，凹陷27a在后续步骤中将形成容纳腔室5，凹陷27b在后续步骤中将被布置为面向第一晶片2的容纳传导焊盘21的区域。根据本公开的一个方面，所形成的凹陷27a、27b具有沿着Z被包括在50和300μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造用于喷射流体(6)的装置(1)的方法，包括产生喷嘴板(8)的步骤，产生所述喷嘴板(8)的步骤包括以下步骤：在第一半导体本体(31,35)中形成具有第一直径(d

【技术特征摘要】
2015.12.29 IT 1020150000885671.一种用于制造用于喷射流体(6)的装置(1)的方法，包括产生喷嘴板(8)的步骤，产生所述喷嘴板(8)的步骤包括以下步骤：在第一半导体本体(31,35)中形成具有第一直径(d1)的第一喷嘴空腔(35’；35”)；在所述第一半导体本体(31,35)上以及在所述第一喷嘴空腔(35’；35”)的内壁上形成第一蚀刻停止层(42)；在所述第一蚀刻停止层(42)上形成位于所述第一半导体本体(31,35)上的结构层(45)；蚀刻所述结构层(45)直至到达所述第一蚀刻停止层(42)，以形成在流体喷射方向(Z)上与所述第一喷嘴空腔(35’；35”)对准并且具有大于所述第一直径(d1)的第二直径(d4)的第二喷嘴空腔(48)；继续进行对所述结构层(45)的蚀刻，以完全去除所述结构层(45)的在所述第一喷嘴空腔(35’；35”)中的部分，因此将所述第一喷嘴空腔和所述第二喷嘴空腔设置为相互流体连通；以及将所述喷嘴板(8)与被适配成容纳所述流体(6)的容纳腔室(10)耦合，使得所述第一喷嘴空腔和所述第二喷嘴空腔与所述容纳腔室流体连接。2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述第一蚀刻停止层(42)的步骤包括以使得所述第一蚀刻停止层(42)完全涂覆所述第一喷嘴空腔(35’；35”)的所述壁的方式形成所述第一蚀刻停止层(42)。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述第一蚀刻停止层(42)是亲水材料。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述亲水材料具有等于或小于40°的接触角。5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其中形成所述第一蚀刻停止层(42)的步骤包括热生长第一硅氧化物层并且随后在热生长的所述第一硅氧化物层上沉积第二硅氧化物层。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一半导体本体(31,35)包括半导体材料的衬底(31)、在所述衬底(31)上的第二蚀刻停止层(33)以及在所述第二蚀刻停止层(33)上的喷嘴层(35)，其中形成所述第一喷嘴空腔(35’；35”)的步骤包括去除所述喷嘴层(35)的选择性部分，直至到达所述第二蚀刻停止层(33)以形成具有侧壁的孔，所述孔在所述流体喷射方...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·卡塔内奥，L·科罗姆伯，C·L·佩瑞里尼，D·法拉利，A·斯休蒂，L·滕托里，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT