CN103660574A - 喷墨头芯片的结构 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种喷墨头芯片的结构，包含：基板、闸极电极、热障层、多晶硅层、保护层以及介电层，其中闸极电极形成于基板之上；热障层设置于闸极电极的至少一侧，且覆盖于基板之上；多晶硅层形成于热障层上，且具有电阻区，于电阻区的两侧进行掺杂分别构成导电区，且电阻区与导电区呈平整共存相接态；保护层形成于多晶硅层之上，并可平整覆盖多晶硅层的电阻区与导电区；介电层设置于闸极电极与多晶硅层之间，并于介电层上形成接触段与多晶硅层的导电区连接。

Description

喷墨头芯片的结构

技术领域

本发明关于一种喷墨头芯片的结构，尤指一种将喷墨头芯片的电阻层与导电层设定于同一层材质，以消除阶梯现象的喷墨头芯片的结构。

背景技术

随着数位影像的蓬勃发展，进而带动了高解析度喷墨打印的需求，为了能够控制更多喷点以提供打印解析度，喷墨打印装置的喷墨头技术也由传统的单点控制进而结合了金属氧化物半导体(Metal-Oxide-Semi conductor，MOS)控制，且持续地进行喷墨头芯片的结构及制造方法的研发，以解决长期以来于制造喷墨头芯片时会遭遇的问题。

请参阅图1及图2，其分别为已知技术的喷墨头芯片的结构示意图及局部结构示意图。如图所示，已知的喷墨头芯片1主要是在硅基板11上先形成中央的闸极电极10的结构，接着，则在硅基板11上以二氧化硅(SiO2)形成热障层12的薄膜，然后以溅镀的方式先后镀上以铝化钛(TaAl)构成的电阻层13与由铜铝合金(AlCu)所形成的导电层14，再以黄光及蚀刻的工艺定义所需尺寸(图中箭号所指之处)，之后则是通过溅镀或是以化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)在导电层14上镀上包含氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)以及钽(Ta)等材质的保护层15，然而，在此制作方式中，由于导电层14与电阻层13为上下两层的结构，在定义尺寸范围时会因侵蚀效应而产生斜度，故保护层15覆盖于导电层14与电阻层13的交界处会有阶梯(Step)现象(如图2的圆圈处所示)。此阶梯现象在后续进行的保护层15工艺时，易造成应力集中及阶梯覆盖(Step Cover)不良，或结构松散…等问题。且喷墨头在终端打印使用时，其芯片的加热板接触的电阻层13需承受高电流、高温、机械冲击及墨水化学侵蚀的环境，在此环境下采用此具有阶梯效应的喷墨头芯片1，则其保护层15极易在阶梯部分产生裂缝或孔洞，进而造成芯片结构破裂，使得墨水渗入芯片薄膜，造成喷墨头元件损坏的问题。

此外，在已知的喷墨头芯片1中，由于电阻层13通常采以铝化钛的材质所制成，运用此特殊的材质时需搭配特殊靶材及专用设备，故需耗费较高的成本，且亦难以提升产能。

因此，如何发展一种喷墨头芯片的结构，以改善已知喷墨头芯片于保护层覆盖在电阻层与导电层的交界处易产生阶梯现象，以及已知喷墨头芯片因电阻层采用的特殊材质而导致成本较高、产能难以提升等问题，实为目前迫切需要解决的课题。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种喷墨头芯片的结构，通过将电阻区与导电区设置于同一层材料，在后续镀上保护层时能消除阶梯现象，进而提高喷墨头的使用寿命。

本发明的另一目的在于提供一种喷墨头芯片的结构，经由设置与闸极电极相同材质的电阻区及导电区，进而可沿用半导体工艺、省略繁复的工艺步骤及材料，进而可达到节省成本及提升产能的功效。

为达上述目的，本发明的一较广义实施方面为提供一种喷墨头芯片的结构，包含：基板；闸极电极，形成于基板之上；热障层，设置于闸极电极的至少一侧，且覆盖于基板之上；多晶硅层，形成于热障层上，多晶硅层具有电阻区，及于电阻区的两侧进行掺杂分别构成导电区，且多晶硅层的电阻区与导电区呈平整共存相接态；保护层，形成于多晶硅层之上，并可平整覆盖多晶硅层的电阻区与导电区；以及介电层，设置于闸极电极与多晶硅层之间，并于介电层上形成接触段与多晶硅层的导电区连接。

附图说明

图1为已知技术的喷墨头芯片的结构示意图。

图2为图1所示的喷墨头芯片的局部结构示意图。

图3为本发明较佳实施例的喷墨头芯片结构的剖面结构示意图。

图4为图3所示的喷墨头芯片结构的虚线部分的剖面结构示意图。

【主要元件符号说明】

1：喷墨头芯片

10：闸极电极

11：硅基板

12：热障层

13：电阻层

14：导电层

15：保护层

2：喷墨头芯片结构

20：闸极电极

21：基板

22：热障层

23：多晶硅层

231:电阻区

232：导电区

24：第一导线

240：第一连接区

241：接触段

242：第二连接区

25：保护层

251：氮化硅层

252：碳化硅层

253：钽层

26：介电层

27：第二导线

28：介层洞

H：加热板区

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是，本发明能够在不同的方面上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图3，其为本发明较佳实施例的喷墨头芯片结构的的剖面结构示意图。如图所示，本发明的喷墨头芯片结构2主要由基板21、闸极电极(Gate Poly)20、热障层22、多晶硅层(PolySilicon)23、保护层25以及介电层(Inter LayerDielectric，ILD)26等结构所构成，其中，闸极电极20形成于基板21之上，热障层22设置于闸极电极20的至少一侧，且覆盖于基板21之上，多晶硅层23形成于热障层22上，并采以与匣极电极20相同的材质设置电阻区(Poly-resistor)231，且于电阻区23的两侧具有导电区(Poly-conductor)232，该电阻区231与两导电区232呈平整共存相接态，至于保护层25则形成于多晶硅层23之上，并可平整覆盖于多晶硅层23的电阻区231与导电区232上，以及，介电层26设置于闸极电极20与多晶硅层23之间，并于介电层26上形成接触段241，用以与多晶硅层23的导电区232相连接。

于本实施例中，喷墨头芯片结构2主要采以一般的半导体工艺所制成，其制造流程为先在基板21上形成闸极电极20，于一些实施例中，基板21为硅基板，但不以此为限；其后，再于闸极电极20的两侧以高温扩散或是其他方式，在基板21上形成热障层22，俾使热障层22覆盖于基板21上，于本实施例中，热障层22为二氧化硅(SiO2)层，但亦不以此为限。接着，在一侧的热障层22上，再以化学气相沉积法或是其他加工方式设置一多晶硅层23，以本实施例为例，多晶硅层23采用与闸极电极20相同的材质，但不以此为限，且由于多晶硅层23具有可经由掺杂作用使电荷粒子增加而降低电阻率，故亦具备可作为导电材料的特性。

为了在多晶硅层23中同时设置电阻区231及导电区232，其先以光阻遮蔽电阻区231所需要的部分，藉以定义出电阻区231的尺寸(如图4所示)，其后再以离子植入、或扩散、或其他方式对该多晶硅层23上其余未遮蔽的区域进行掺杂，进而于电阻区231的两侧分别构成一导电区232，藉此以提高导电区232的导电性，当然，其进行掺杂的方法并不以前述方法为例，其可依照实际施作情形而任施变化。如此一来，即可于多晶硅层23上同时形成电阻区231与导电区232，且该电阻区231的阻值与闸极电极20的阻值相同，又因该电阻区231与导电区232位于同一层介面，故电阻区231与导电区232两者呈平整共存相接态，如此即可避免阶梯现象的发生。

请同时参阅图3及图4，当完成同时具备电阻区231及导电区232的多晶硅层23之后，再以化学气相沉积法或是溅镀的方式于该多晶硅层23上形成保护层25，且如前所述，因电阻区231与导电区232呈平整共存相接态，故保护层25可平整覆盖于该多晶硅层23的电阻区231与导电区232之上，且于本实施例中，保护层25包含氮化硅(Si3N4)层251、碳化硅(SiC)层252以及钽(Ta)层253，然而于另一些实施例中，保护层25亦可为其中之一、或可由该些组成任意组合变化而为之。以及，当保护层25形成之后，则可再利用传统的半导体工艺，于介电层26上使用接触洞(Contact Hole)技术，并以黄光、蚀刻的方式定义出接触段(Contact)241，用以与该多晶硅层23的导电区232连接；并于该接触段241形成第一连接区240，以使第一导线24形成于该第一连接区240上，并可通过第一连接区240而与多晶硅层23的导电区232相连接。于一些实施例中，第一导线24由铜铝合金(AlCu)的材质所形成，但不以此为限。再来，更可于保护层25上形成第二导线27(如图3所示)，且可经由半导体中常用的技术，在保护层25上采以介层洞(VIA Hole)技术定义出介层洞(VIA)28(如图3所示)，并于该保护层25上形成第二连接区242，且该第二连接区242用以连接第一导线24与第二导线27，于另一些实施例中，第二导线27可由金(Au)材质所形成，但不以此为限。

请参阅图4，如图所示，多晶硅层23所定义出的区域H为喷墨头芯片结构2于运作时的加热板区(Heater area)，且此加热板区H因掺杂不高的离子浓度，而可如前述的实施方式区分为导电性较佳的导电区232和阻抗较高的电阻区231，于本实施例中，加热板区H为前后两个导电区232和中央的电阻区231所构成，但不以此为限，且因导电区232和电阻区231位于同一层，两者间无任何阶梯结构的产生，使得位于导电区232与电阻区231上方的保护层25可以平整地覆盖于多晶硅层23，故可有效地防止保护层25覆盖不良的问题，进而减少许多因此问题所衍生出应力集中及薄膜破裂等问题，使得整体喷墨头(未图示)使用寿命随之提高。

除此之外，由于本发明的加热板区H采以多晶硅作为导电区232与电阻区231的材质，故其相较于传统技术，具有可沿用半导体的标准工艺、并可取代使用铝化钛等特殊材质，故无需再因应该铝化钛特殊材质而购买特殊靶材、专门设备，故其在工艺上实较为简便、且更可节省成本、提升产能。再者，由于加热板区H的多晶硅层23与闸极电极20采用相同的材质，故该两者以共用同一阻值为最理想，然而，于另一些实施例中，该多晶硅层23亦可多一道工艺，以依需求调整其中的电阻区231的阻值，则更可使其适用性更广，且当电阻区231的阻值远高于导电区232的阻值时，则可进一步使热功率集中在电阻区231，进而可减少喷墨头芯片结构2整体回路的能量损失，即可避免影响喷墨头的喷墨特性。

综上所述，本发明所提供的喷墨头芯片的结构，主要经由将电阻区与导电区设置于同一层材料，使得后续镀上保护层时能消除阶梯现象，进而提高喷墨头的使用寿命，此外，通过与闸极电极相同材质的电阻区及导电区，使得其在工艺上可沿用半导体工艺、省略繁复的工艺步骤及所需耗费的材料、机构，进而可达到节省成本及提升产能的功效。因此，本发明的页宽式打印装置极具产业利用价值。

虽然本发明已由上述实施例详细叙述而可由熟悉本技艺人士任施匠思而为诸般修饰，但皆不脱离如所附权利要求书所限定的保护范围。

Claims (10)

1.一种喷墨头芯片的结构，包含：

一基板；

一闸极电极，形成于该基板之上；

一热障层，设置于该闸极电极的至少一侧，且覆盖于该基板之上；

一多晶硅层，形成于该热障层上，该多晶硅层具有一电阻区，及于该电阻区的两侧进行掺杂分别构成一导电区，且该多晶硅层的该电阻区与该导电区呈平整共存相接态；

一保护层，形成于该多晶硅层之上，并可平整覆盖该多晶硅层的该电阻区与该导电区；以及

一介电层，设置于该闸极电极与该多晶硅层之间，并于该介电层上形成一接触段与该多晶硅层的该导电区连接。

2.如权利要求1所述的喷墨头芯片的结构，其中该多晶硅层的该电阻区的材质与该闸极电极的材质相同。

3.如权利要求1所述的喷墨头芯片的结构，其中该喷墨头芯片的结构采用接触洞技术，以黄光、蚀刻的方式定义该介电层的该接触段。

4.如权利要求3所述的喷墨头芯片的结构，其中该接触段上形成一第一连接区，以一第一导线形成该第一连接区上与该多晶硅层的导电区连接，且该第一导线由铜铝合金的材质所形成。

5.如权利要求4所述的喷墨头芯片的结构，其中该保护层上形成一第二导线，且该保护层上定义出一介层洞，并于该介电层上形成一第二连接区，该第二连接区用以连接该第一导线与该第二导线。

6.如权利要求5所述的喷墨头芯片的结构，其中该第二导线由金材质所形成。

7.如权利要求1所述的喷墨头芯片的结构，其中该基板为一硅基板。

8.如权利要求1所述的喷墨头芯片的结构，其中该热障层为一二氧化硅层。

9.如权利要求1所述的喷墨头芯片的结构，其中该导电区以离子植入、扩散、其他方式至少其中之一进行掺杂以构成。

10.如权利要求1所述的喷墨头芯片的结构，其中该保护层为氮化硅、碳化硅、钽至少其中之一。

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