CN114684776B - Mems热泡打印头加热结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种MEMS热泡打印头加热结构及其制作方法，包括：基底，基底表面具有下绝缘层；电阻材料层及导电材料层，形成于基底上；第一腐蚀槽，形成于导电材料层中并显露电阻材料层，第一腐蚀槽的侧壁呈具有第一倾角的斜面；第二腐蚀槽，形成于导电材料层中并显露电阻材料层，第二腐蚀槽的侧壁呈具有第二倾角的斜面；第一刻蚀槽，形成于第一腐蚀槽显露的电阻材料层中；以及第二刻蚀槽，形成于第二腐蚀槽显露的电阻材料层中。本发明利用第二层掩膜进行先湿法腐蚀后干法刻蚀的方法，使需要进行干法刻蚀的膜层厚度一致，保证了下绝缘层的过刻蚀深度在较小的厚度范围，下绝缘层过刻蚀深度小于1000埃米，大大提高了刻蚀均匀性。
Description
技术领域
本发明属于集成电路制造领域，特别是涉及一种MEMS热泡打印头加热结构及其制作方法。
背景技术
喷墨打印一般多采用热气泡喷墨技术，通过墨水在短时间内的加热、膨胀、压缩，将墨水喷射到打印纸上形成墨点，实现喷墨打印。由于除了墨滴的大小以外，墨滴的形状、浓度的一致性都会对图像质量产生重大影响，所以高精度的墨滴控制十分重要。热泡式喷墨打印的原理是将墨水装入到一个非常微小的毛细管中，通过一个微型的加热垫迅速将墨水加热到沸点生成一个非常微小的蒸汽泡，蒸汽泡扩张就将一滴墨水喷射到毛细管的顶端。停止加热，墨水冷却，导致蒸汽凝结收缩，从而停止墨水流动，直到下一次再产生气泡并生成一个新的墨滴。超过85％的打印头出货量基于传统技术(非MEMS)，为提高图像质量的高分辨率打印，MEMS打印头市场获得增长，包括基于MEMS器件的热气泡打印技术。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种MEMS热泡打印头加热结构及其制作方法，用于解决现有技术中由于刻蚀厚度不一致而导致下绝缘层过刻蚀深度较为严重，或者需要进行更多的光刻工艺才能保证下绝缘层过刻蚀深度在合格范围内的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种MEMS热泡打印头加热结构的制作方法，所述制作方法包括：1)提供一基底，所述基底表面具有下绝缘层，于所述基底上依次形成电阻材料层及导电材料层；2)于所述导电材料层上形成第一光阻掩膜，所述第一光阻掩膜具有显露部分所述导电材料层的第一窗口；3)采用选择性湿法刻蚀工艺腐蚀所述导电材料层，以在所述导电材料层中形成显露部分所述电阻材料层的第一腐蚀槽，基于所述湿法腐蚀的选择性使腐蚀停止在电阻材料层上，所述第一腐蚀槽的侧壁呈具有第一倾角的斜面；4)于所述导电材料层及电阻材料层上形成第二光阻掩膜，所述第二光阻掩膜具有显露所述导电材料层的第二窗口及显露所述电阻材料层的第三窗口；5)基于所述第三窗口，采用选择性湿法刻蚀的方法腐蚀所述导电材料层，以在所述导电材料层中形成显露所述电阻材料层的第二腐蚀槽，且基于所述湿法腐蚀的选择性使所述第二窗口显露的所述电阻材料层不被腐蚀，所述第二腐蚀槽的侧壁呈具有第二倾角的斜面；6)基于所述第二光阻掩膜的第二窗口及第三窗口对所述电阻材料层进行刻蚀，以分别形成第一刻蚀槽及第二刻蚀槽。
可选地，步骤1)所述电阻材料层的厚度介于100～1000埃米，所述导电材料层的厚度介于1000～10000埃米。
可选地，步骤3)中，通过控制湿法腐蚀工艺使所述导电材料层的侧壁角度一致而呈具有第一倾角的斜面，腐蚀完成后还包括去除所述第一光阻掩膜，并对所述基底进行清洗及干燥的步骤。
可选地，步骤4)包括：4-1)在所述导电材料层及电阻材料层上涂覆第二光阻，所述光阻还覆盖所述第一腐蚀槽的侧壁；4-2)通过所述曝光、显影工艺在所述第二光阻中形成显露所述导电材料层的第二窗口及显露所述电阻材料层的第三窗口，以形成第二光阻掩膜。
可选地，所述导电材料层的材料包括铝薄膜、铜薄膜或铝铜合金薄膜，所述电阻材料层的材料包括钽铝薄膜或钽铝氮薄膜。
可选地，步骤6)在形成第一刻蚀槽及第二刻蚀槽过程中，对所述下绝缘层的过刻蚀深度基本相同，且对所述下绝缘层的过刻蚀深度小于1000埃米。
可选地，所述第一倾角为小于40度，所述第二倾角为大于70度。
本发明还提供一种MEMS热泡打印头加热结构，所述MEMS热泡打印头加热结构包括：基底，所述基底表面具有下绝缘层；电阻材料层及导电材料层，依次形成于所述基底上；第一腐蚀槽，形成于所述导电材料层中并显露所述电阻材料层，所述第一腐蚀槽的侧壁呈具有第一倾角的斜面；第二腐蚀槽，形成于所述导电材料层中并显露所述电阻材料层，所述第二腐蚀槽的侧壁呈具有第二倾角的斜面；第一刻蚀槽，形成于所述第一腐蚀槽显露的所述电阻材料层中并显露所述下绝缘层；以及第二刻蚀槽，形成于所述第二腐蚀槽显露的所述电阻材料层中并显露所述下绝缘层。
可选地，所述电阻材料层的厚度介于100～1000埃米，所述导电材料层的厚度介于1000～10000埃米。
可选地，所述导电材料层的材料包括铝薄膜、铜薄膜或铝铜合金薄膜，所述电阻材料层的材料包括钽铝薄膜或钽铝氮薄膜。
可选地，第一刻蚀槽及第二刻蚀槽过程中，对所述下绝缘层的过刻蚀深度基本相同，且对所述下绝缘层的过刻蚀深度小于1000埃米。
可选地，所述第一倾角为小于40度，所述第二倾角为大于70度。
如上所述，本发明的MEMS热泡打印头加热结构及其制作方法，具有以下有益效果：
本发明利用第二层掩膜进行先湿法腐蚀后干法刻蚀的方法，使需要进行干法刻蚀的膜层厚度一致，保证了下绝缘层的过刻蚀深度在较小的厚度范围，下绝缘层过刻蚀深度小于1000埃米，大大提高了刻蚀均匀性。
本发明仅需通过两次光阻掩膜，在横向上，本发明可以导电材料层中实现不同的侧壁倾角及不同顶部侧向宽度的腐蚀槽，在纵向上，本发明可以分别在导电材料层与电阻材料层中形成不同宽度的槽结构，获得满足结构要求且性能良好的MEMS热泡打印头加热结构。
附图说明
图1～图6显示为本发明实施例的MEMS热泡打印头加热结构的制作方法各步骤所呈现的结构示意图，其中，图6显示为本发明实施例的MEMS热泡打印头加热结构的结构示意图。
元件标号说明
101 下绝缘层
102 电阻材料层
103 导电材料层
104 第一光阻掩膜
105 第一窗口
106 第一腐蚀槽
107 第二光阻掩膜
108 第二窗口
109 第三窗口
110 第二腐蚀槽
111 第一刻蚀槽
112 第二刻蚀槽
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明的MEMS热泡打印头加热结构在上绝缘层和下绝缘层101中间，由一层电阻材料层102和一层导电材料层103经过图形化工艺形成特定结构，为了保证MEMS热气泡打印头加热器件结构的电阻材料层102与导电材料层103的电阻接触性能良好，需要在真空机台内完成连续沉积，其中电阻材料层102沉积在下绝缘层101上，导电材料层103沉积在电阻材料层102上，然后进行图形化。
在制备MEMS热泡打印头加热结构的过程中，导电材料层103的刻蚀有一部分停止在电阻材料层102上形成腐蚀槽，电阻材料层102对应腐蚀槽的位置需进一步刻蚀形成刻蚀槽，为了满足结构要求，导电材料层103刻蚀停止在电阻层的腐蚀槽和停止在下层绝缘层的刻蚀槽分别要求不同的侧壁角度以实现不同程度的顶部侧向刻蚀宽度，同时，要求下层绝缘层的过刻蚀深度尽可能小。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是基于半导体集成电路晶圆加工的方式，在已沉积电阻层材料与导电层材料的晶圆进行光刻和刻蚀的工艺加工。
如图1～图6所示，本实施例提供一种MEMS热泡打印头加热结构的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：
如图1所示，首先进行步骤1)，提供一基底，所述基底表面具有下绝缘层101，于所述基底上依次形成电阻材料层102及导电材料层103。
作为示例，所述基底为已完成包含下层绝缘层之前所有器件工艺的晶圆，所述晶圆可以为硅晶圆等。
可以采用如磁控溅射等工艺于所述基底上依次形成电阻材料层102及导电材料层103，所述导电材料层103的材料包括铝薄膜、铜薄膜或铝铜合金薄膜，所述电阻材料层102的材料包括钽铝薄膜或钽铝氮薄膜。在本实施例中，所述导电材料层103的材料为铝铜合金薄膜，其组分为AlCu0.5％，所述导电材料层103后续经过刻蚀后形成迹线和引线，所述电阻材料层102的材料为钽铝氮(TaAlN)薄膜。
在本实施例中，所述电阻材料层102的厚度介于100～1000埃米，例如为500埃米、800埃米等，所述导电材料层103的厚度介于1000～10000埃米，例如为5000埃米、8000埃米等。
如图2所示，然后进行步骤2)，于所述导电材料层103上形成第一光阻掩膜104，所述第一光阻掩膜104具有显露部分所述导电材料层103的第一窗口105。
具体地，先在晶圆表面均匀涂上一层光刻胶，并进行预烘干，再用带有图形的光罩进行曝光及显影以形成显露部分所述导电材料层103的第一窗口105，烘干后形成第一光阻掩膜104。
如图3所示，接着进行步骤3)，采用选择性湿法刻蚀工艺腐蚀所述导电材料层103，以在所述导电材料层103中形成显露部分所述电阻材料层102的第一腐蚀槽106，基于所述湿法腐蚀的选择性使腐蚀停止在电阻材料层102上，所述第一腐蚀槽106的侧壁呈具有第一倾角的斜面。
例如，通过控制湿法腐蚀工艺使所述导电材料层103的侧壁角度一致而呈具有第一倾角的斜面，腐蚀完成后还包括采用等离子体灰化方法去除所述第一光阻掩膜104，并对所述基底进行清洗及干燥的步骤。例如，所述清洗可以为去离子水QDR清洗，所述干燥可以为旋干干燥。
在本实施例中，所述第一倾角为小于40度。例如，所述第一倾角可以为30度。
如图4所示，接着进行步骤4)，于所述导电材料层103及电阻材料层102上形成第二光阻掩膜107，所述第二光阻掩膜107具有显露所述导电材料层103的第二窗口108及显露所述电阻材料层102的第三窗口109。
具体地，步骤4)包括：
步骤4-1)，在所述导电材料层103及电阻材料层102上涂覆第二光阻，所述光阻还覆盖所述第一腐蚀槽106的侧壁。
步骤4-2)，通过所述曝光、显影工艺在所述第二光阻中形成显露所述导电材料层103的第二窗口108及显露所述电阻材料层102的第三窗口109，以形成第二光阻掩膜107。
如图5所示，接着进行步骤5)，基于所述第三窗口109，采用选择性湿法刻蚀的方法腐蚀所述导电材料层103，以在所述导电材料层103中形成显露所述电阻材料层102的第二腐蚀槽110，且基于所述湿法腐蚀的选择性使所述第二窗口108显露的所述电阻材料层102不被腐蚀，所述第二腐蚀槽110的侧壁呈具有第二倾角的斜面。
所述第二倾角为大于70度。例如，所述第二倾角可以为75度、80度、85度等。
如图6所示，最后进行步骤6)，基于所述第二光阻掩膜107的第二窗口108及第三窗口109对所述电阻材料层102进行刻蚀，以分别形成第一刻蚀槽111及第二刻蚀槽112。
具体地，由于前面步骤已在所述导电材料层103中分别形成了第一腐蚀槽106及第二腐蚀槽110，因此，第一刻蚀槽111与第二刻蚀槽112均是自所述电阻材料层102表面开始刻蚀，也使得刻蚀过程可以基本同时停止于所述下绝缘层101表面上，故步骤6)在形成第一刻蚀槽111及第二刻蚀槽112过程中，对所述下绝缘层101的过刻蚀深度基本相同，且对所述下绝缘层101的过刻蚀深度小于1000埃米。
所述第一刻蚀槽111可以位于所述第一腐蚀槽106的中心位置，也可以偏离所述第一腐蚀槽106的中心一距离，以满足不同的器件需求。
可见，本发明利用第二层掩膜进行先湿法腐蚀后干法刻蚀的方法，使需要进行干法刻蚀的膜层厚度一致，保证了下绝缘层101的过刻蚀深度在较小的范围，下绝缘层101过刻蚀深度小于1000埃米，大大提高了刻蚀均匀性。进一步地，本发明仅需通过两次光阻掩膜，在横向上，本发明可以导电材料层103中实现不同的侧壁倾角及不同顶部侧向宽度的腐蚀槽，在纵向上，本发明可以分别在导电材料层103与电阻材料层102中形成不同宽度的槽结构，获得满足结构要求且性能良好的MEMS热泡打印头加热结构。
如图6所示，本实施例还还提供一种MEMS热泡打印头加热结构，所述MEMS热泡打印头加热结构包括：基底，所述基底表面具有下绝缘层101；电阻材料层102及导电材料层103，依次形成于所述基底上；第一腐蚀槽106，形成于所述导电材料层103中并显露所述电阻材料层102，所述第一腐蚀槽106的侧壁呈具有第一倾角的斜面；第二腐蚀槽110，形成于所述导电材料层103中并显露所述电阻材料层102，所述第二腐蚀槽110的侧壁呈具有第二倾角的斜面；第一刻蚀槽111，形成于所述第一腐蚀槽106显露的所述电阻材料层102中并显露所述下绝缘层101；以及第二刻蚀槽112，形成于所述第二腐蚀槽110显露的所述电阻材料层102中并显露所述下绝缘层101。
所述电阻材料层102的厚度介于100～1000埃米，例如为500埃米、800埃米等，所述导电材料层103的厚度介于1000～10000埃米，例如为5000埃米、8000埃米等。
所述导电材料层103的材料包括铝薄膜、铜薄膜或铝铜合金薄膜，所述电阻材料层102的材料包括钽铝薄膜或钽铝氮薄膜。
第一刻蚀槽111及第二刻蚀槽112过程中，对所述下绝缘层101的过刻蚀深度基本相同，且对所述下绝缘层101的过刻蚀深度小于1000埃米。
所述第一倾角为小于40度，例如，所述第一倾角可以为30度。所述第二倾角为大于70度。例如，所述第二倾角可以为75度、80度、85度等。
如上所述，本发明的MEMS热泡打印头加热结构及其制作方法，具有以下有益效果：
本发明利用第二层掩膜进行先湿法腐蚀后干法刻蚀的方法，使需要进行干法刻蚀的膜层厚度一致，保证了下绝缘层101的过刻蚀深度在较小的厚度范围，下绝缘层101过刻蚀深度小于1000埃米，大大提高了刻蚀均匀性。
本发明仅需通过两次光阻掩膜，在横向上，本发明可以导电材料层103中实现不同的侧壁倾角及不同顶部侧向宽度的腐蚀槽，在纵向上，本发明可以分别在导电材料层103与电阻材料层102中形成不同宽度的槽结构，获得满足结构要求且性能良好的MEMS热泡打印头加热结构。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (12)
1.一种MEMS热泡打印头加热结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
1)提供一基底，所述基底表面具有下绝缘层，于所述基底上依次形成电阻材料层及导电材料层；
2)于所述导电材料层上形成第一光阻掩膜，所述第一光阻掩膜具有显露部分所述导电材料层的第一窗口；
3)采用选择性湿法刻蚀工艺腐蚀所述导电材料层，以在所述导电材料层中形成显露部分所述电阻材料层的第一腐蚀槽，基于所述湿法刻蚀的选择性使腐蚀停止在电阻材料层上，所述第一腐蚀槽的侧壁呈具有第一倾角的斜面；
4)于所述导电材料层及电阻材料层上形成第二光阻掩膜，所述第二光阻掩膜具有显露所述导电材料层的第二窗口及显露所述电阻材料层的第三窗口；
5)基于所述第三窗口，采用选择性湿法刻蚀的方法腐蚀所述导电材料层，以在所述导电材料层中形成显露所述电阻材料层的第二腐蚀槽，且基于所述湿法刻蚀的选择性使所述第二窗口显露的所述电阻材料层不被腐蚀，所述第二腐蚀槽的侧壁呈具有第二倾角的斜面；
6)基于所述第二光阻掩膜的第二窗口及第三窗口对所述电阻材料层进行刻蚀，以分别形成第一刻蚀槽及第二刻蚀槽。
2.根据权利要求1所述的MEMS热泡打印头加热结构的制作方法，其特征在于：步骤1)所述电阻材料层的厚度介于100～1000埃米，所述导电材料层的厚度介于1000～10000埃米。
3.根据权利要求1所述的MEMS热泡打印头加热结构的制作方法，其特征在于：步骤3)中，通过控制湿法刻蚀工艺使所述导电材料层的侧壁角度一致而呈具有第一倾角的斜面，腐蚀完成后还包括去除所述第一光阻掩膜，并对所述基底进行清洗及干燥的步骤。
4.根据权利要求1所述的MEMS热泡打印头加热结构的制作方法，其特征在于：步骤4)包括：4-1)在所述导电材料层及电阻材料层上涂覆第二光阻，所述光阻还覆盖所述第一腐蚀槽的侧壁；4-2)通过曝光、显影工艺在所述第二光阻中形成显露所述导电材料层的第二窗口及显露所述电阻材料层的第三窗口，以形成第二光阻掩膜。
5.根据权利要求1所述的MEMS热泡打印头加热结构的制作方法，其特征在于：所述导电材料层的材料包括铝薄膜、铜薄膜或铝铜合金薄膜，所述电阻材料层的材料包括钽铝薄膜或钽铝氮薄膜。
6.根据权利要求1所述的MEMS热泡打印头加热结构的制作方法，其特征在于：步骤6)在形成第一刻蚀槽及第二刻蚀槽过程中，对所述下绝缘层的过刻蚀深度基本相同，且对所述下绝缘层的过刻蚀深度小于1000埃米。
7.根据权利要求1所述的MEMS热泡打印头加热结构的制作方法，其特征在于：所述第一倾角为小于40度，所述第二倾角为大于70度。
8.一种MEMS热泡打印头加热结构，其特征在于，所述MEMS热泡打印头加热结构包括：
基底，所述基底表面具有下绝缘层；
电阻材料层及导电材料层，依次形成于所述基底上；
第一腐蚀槽，形成于所述导电材料层中并显露所述电阻材料层，所述第一腐蚀槽的侧壁呈具有第一倾角的斜面；
第二腐蚀槽，形成于所述导电材料层中并显露所述电阻材料层，所述第二腐蚀槽的侧壁呈具有第二倾角的斜面；
第一刻蚀槽，形成于所述第一腐蚀槽显露的所述电阻材料层中并显露所述下绝缘层；
第二刻蚀槽，形成于所述第二腐蚀槽显露的所述电阻材料层中并显露所述下绝缘层。
9.根据权利要求8所述的MEMS热泡打印头加热结构，其特征在于：所述电阻材料层的厚度介于100～1000埃米，所述导电材料层的厚度介于1000～10000埃米。
10.根据权利要求8所述的MEMS热泡打印头加热结构，其特征在于：所述导电材料层的材料包括铝薄膜、铜薄膜或铝铜合金薄膜，所述电阻材料层的材料包括钽铝薄膜或钽铝氮薄膜。
11.根据权利要求8所述的MEMS热泡打印头加热结构，其特征在于：第一刻蚀槽及第二刻蚀槽过程中，对所述下绝缘层的过刻蚀深度基本相同，且对所述下绝缘层的过刻蚀深度小于1000埃米。
12.根据权利要求8所述的MEMS热泡打印头加热结构，其特征在于：所述第一倾角为小于40度，所述第二倾角为大于70度。
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