用于形成热喷墨打印头的方法、热喷墨打印头和半导体晶圆技术

本发明专利技术提供一种用于形成热喷墨打印头的方法，所述方法至少包括以下步骤：提供半导体晶圆，所述半导体晶圆包括集成电子电路和用于形成热致动器元件的部分，所述集成电子电路至少包括：形成在衬底上方的热隔绝层；以及形成在所述热隔绝层上方的第一金属层，其中，所述第一金属层延伸到用于形成热致动器元件的部分中；以及将用于形成热致动器元件的部分蚀刻到所述第一金属层，使得所述第一金属层用作蚀刻停止层。此外，提供了通过本发明专利技术的方法所形成的热喷墨打印头和用于通过本发明专利技术的方法来形成热喷墨打印头的半导体晶圆。

Method for forming thermal inkjet printing head, thermal inkjet printing head and semiconductor wafer

The invention provides a method for forming a thermal inkjet printing head, which comprises at least the following steps: providing a semiconductor wafer comprising an integrated electronic circuit and a part for forming a thermal actuator element, the integrated electronic circuit comprising at least a thermal insulating layer formed above the substrate, and a first metal formed above the thermal insulating layer. A layer in which the first metal layer extends to a portion for forming a thermal actuator element and a portion for forming a thermal actuator element is etched to the first metal layer so that the first metal layer serves as an etching stop layer. In addition, a thermal inkjet printing head formed by the method of the present invention and a semiconductor wafer for forming a thermal inkjet printing head by the method of the present invention are provided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于形成热喷墨打印头的方法、热喷墨打印头和半导体晶圆
本专利技术涉及热喷墨打印头。具体地，本专利技术涉及用于形成热喷墨打印头的方法，其中预制包括集成电路和用于形成热致动器元件的部分的半导体晶圆，随后在预制的半导体晶圆上形成(即，集成)热致动器元件。本专利技术还涉及在形成热喷墨打印头的方法中所使用的半导体晶圆。
技术介绍
热喷墨打印头可被示意性地描述为包括电连接至流体热致动器的逻辑电路和电源电路这两者的电子电路。流体热致动器可以形成为微机电系统(MEMS)或者是MEMS的一部分，并且针对金属层和介电层这两者可能需要使用通常在标准集成电路中不采用的特殊材料。然而，可能需要大量投资来建立能够执行高集成度打印头致动器所用的完整制造工艺的硅制造厂(foundry)。然而，在例如工业印刷那样的涉及小量生产的情况下，高水平投资可能使制造商不依赖于实现高性能水平所需的最先进半导体技术，这导致维持陈旧或过时的技术。图1示出热喷墨打印头的顶视图。如图1所示，热喷墨打印头包括衬底1，在该衬底1的表面上，多个加热器2被布置成一个或多个列3，从而形成芯片。通常，这些列放置于在芯片的内部部分中制成的穿通槽4附近，以允许墨再填充。图2示出制造有热敏打印头以便随后被切割成单个芯片的硅晶圆的顶视图。目前，如图2所示的热敏打印头是使用半导体技术在诸如硅晶圆等的专门设计的晶圆5中制造的，随后切割成单个芯片，其中该半导体技术包括例如薄膜沉积、光刻、湿法和干法蚀刻技术、离子注入、以及氧化等。加热器2可以由与合适的导电迹线接触的电阻膜制成；在芯片的周边区域中，可以存在通常使用TAB(带式自动接合)工艺接合至柔性印刷电路的一组接触焊盘6。参考图3，柔性电路7可以附接至打印头盒体8，并且可以包括接触焊盘9以与打印机交换电信号。随着加热器的数量的增加，电子布局的复杂性也增加。因而，在衬底1的有源部10中可以存在例如用于寻址电阻器的MOS晶体管11的阵列、逻辑电路12、可编程存储器13和其它器件。如图4和图5所示，在示意性表示为区域14的预先沉积和图案化有电阻膜、导电膜和介电膜的堆叠的芯片表面上，可以实现微流体回路。结果，墨可以通过合适的通道15在所沉积的微流体回路中流动并到达喷出腔16，喷出腔16的壁可以被加热电阻器2，例如加热电阻器2可以在喷出腔的底板上。可以在可被称为阻挡层的合适的聚合物层17中将微流体回路形成为图案。可以在阻挡层上方组装喷嘴板18，该喷嘴板18可以容纳与下方的加热电阻器对齐的多个喷嘴19，其中可以从这些喷嘴19喷出墨滴20。事实上，短电流脉冲可以使电阻器2加热，而这进而可以使在电阻器2正上方的薄层墨蒸发并形成蒸气泡21。蒸发层中的压力可能突然增加，这使得上覆液体的一部分从喷嘴喷出。墨滴可以向着介质行进，从而在介质的表面上产生墨点。之后，可以使新墨回到腔中，以替换所喷出的墨滴，直到例如达到稳定状态为止。为了优化从例如由电流脉冲通过焦耳效应加热的电阻器2向墨的能量传递，可能需要使电阻器与衬底热绝缘，使得优选向着上覆墨发生热流，而上覆墨可以通过薄的介电膜与电阻层分离，以避免漏电。由于衬底由具有明显导热性的硅制成，因此可能需要在衬底和电阻器之间插入具有足够厚度的隔离层。换句话说，电阻器可能必须沉积在生长或沉积于衬底上的合适的隔离层上。例如通过高温工艺生产的热生长氧化硅和硼磷硅玻璃(BPSG)在单独使用或者组合使用的情况下都可以是适合于电阻器的热隔绝的材料。由于这些材料的生长或者沉积和/或退火的温度可能高于打印头中的加热器操作温度，因此这些材料在器件的正常操作期间将保持稳定。在工作期间经历快速且大的温度变化的电阻膜可以具有稳定的性质和良好的耐热机械应力性。通常，加热器的电阻值例如可以是几十欧姆。例如，通常可以采用电阻为约30欧姆的方形加热器(也可以使用不同的形状和不同的电阻值)，同时通过横向导电金属带(即，U字形电阻器)连接的两个纵向电阻条带将利用相同覆盖区产生约四倍高的电阻(例如，约120欧姆)。电阻器的广泛且持久的选择可以是由钽和铝制成的复合膜：约900埃的膜厚度可以提供每平方为30欧姆的薄层电阻，即，用这样的膜制成的方形电阻器的电阻为30欧姆。在电阻器上方的提供对墨的电绝缘的介电层可以足够薄以允许强热流通过，但也可以耐受工作期间所经历的热机械应力和由于气泡坍塌引起的冲击。通常，单独的或与碳化硅组合的氮化硅膜可用于此目的。然而，通常薄的介电层可能不够强，并且可以在介电材料上方沉积由例如钽的折射金属制成的附加保护膜(也称为空化层)。为了寻址并驱动多个加热器，在现有技术中已知有一些技术。如果喷嘴的数量低、最多几十个，则各电阻器可以通过电轨直接连接至各个接触焊盘，而电流的返回可以共通地由一个或几个接地焊盘收集。随着喷嘴的数量的增加，由于对电阻器进行寻址所需的大量接触焊盘，因而可能难以实现直接的单独驱动。实际上，焊盘可以沿着芯片的外边界分布，并且焊盘的数量可能不会无任何限制地增多。更实际的解决方案是采用寻址矩阵，其中该寻址矩阵使得能够使用减少数量的接触焊盘来驱动大量电阻器。寻址矩阵优选可以利用多个金属氧化物半导体(MOS)晶体管实现，其中各MOS晶体管可以与所确定的电阻器电连通。通过对晶体管矩阵的电极的合适方式的连接，可以按需激活各个加热器，从而使得从打印头喷出墨滴。优选可以使用在半导体技术中采用的标准工艺(例如，光刻技术、硅氧化、膜沉积、干法和湿法化学蚀刻)在硅衬底中制造晶体管矩阵，并且本领域技术人员公知的其它技术也可应用于制造该器件。此外，可以在硅衬底上实现逻辑电路，这增加了器件的复杂性和性能。此外，逻辑电路优选可以通过如寻址矩阵的MOS晶体管实现。然而，驱动MOS元件的特性通常不同于逻辑MOS元件的特性。驱动MOS元件可能能够在电流脉冲期间维持高功率峰值，而逻辑MOS元件可能无需承受高功率，但这些逻辑MOS元件可能能够在不同状态之间快速切换，以按高速率进行操作。尽管可以仅采用n型MOS(NMOS)晶体管，但逻辑电路优选可以使用互补MOS(CMOS)技术实现，例如可以在同一衬底中实现互补的n沟道MOS晶体管和p沟道MOS晶体管，从而特别是在可能期望高集成度水平时，提供功率消耗低且换向速率快的逻辑门。高集成度水平的条件可能需要高分辨率的光刻，以产生亚微米范围内的门长度(这可以是电路特征的最小尺寸，也被称为技术节点)。高集成度器件的复杂性通常可能涉及多个金属化层面或层以及介电层和平面化层。在图6中，示出经典的NMOS打印头的截面图。可以对硅衬底1的表面进行热氧化以生长场氧化层22(FOX)。场氧化层22用于使相邻器件绝缘并且作为加热器下方的热隔离层的一部分。可以留下场氧化层中的开口以用于有源区域的衬底掺杂。可以在无场氧化层区域中生长薄栅氧化层23，并且可以将多晶硅栅24放置在MOS沟道区域中的栅氧化层上。可以在衬底中进行合适的n+扩散25，从而提供MOS晶体管的源极区域或漏极区域。可选地，可以进行p+扩散26以实现衬底中的接地触点(未示出)。随后，可以用硼磷硅玻璃(BPSG)膜27覆盖整个表面，其中该BPSG膜27可以形成加热器下方的热隔离层的第二部分并且可以针对上覆的铝金属轨提供电绝缘。BPSG膜27也可以提供表面的部分平坦化和平滑化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于形成热喷墨打印头的方法，所述方法至少包括以下步骤：提供半导体晶圆，所述半导体晶圆包括集成电子电路和用于形成热致动器元件的部分，所述集成电子电路至少包括：形成在衬底上方的热隔绝层；以及形成在所述热隔绝层上方的第一金属层，其中，所述第一金属层延伸到所述用于形成热致动器元件的部分中；以及将所述用于形成热致动器元件的部分蚀刻到所述第一金属层，使得所述第一金属层用作蚀刻停止层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于形成热喷墨打印头的方法，所述方法至少包括以下步骤：提供半导体晶圆，所述半导体晶圆包括集成电子电路和用于形成热致动器元件的部分，所述集成电子电路至少包括：形成在衬底上方的热隔绝层；以及形成在所述热隔绝层上方的第一金属层，其中，所述第一金属层延伸到所述用于形成热致动器元件的部分中；以及将所述用于形成热致动器元件的部分蚀刻到所述第一金属层，使得所述第一金属层用作蚀刻停止层。2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：部分地去除在所述用于形成热致动器元件的部分中的所述第一金属层。3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：至少部分地在所述用于形成热致动器元件的部分中的所述热隔绝层上方并且至少部分地在所述第一金属层上方形成电阻层，并至少部分地在所述电阻层上方形成金属轨层，并且使用刻印和蚀刻技术去除第一区域中的所述金属轨层。4.根据权利要求1、2和3中任一项所述的方法，还包括以下步骤：在所述用于形成热致动器元件的部分上方形成介电层，并且所述集成电子电路至少覆盖所述用于形成热致动器元件的部分中的所述金属轨层和所述电阻层。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括以下步骤：在所述第一区域中的所述介电层上方形成空化层。6.一种热喷墨打印...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·斯基纳，S·巴尔迪，I·蒂塞尼亚，M·佩里尼，
申请(专利权)人：锡克拜控股有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH