微流体递送器件及其制造方法
【技术领域】
[0001 ]实施例涉及微流体递送器件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]微流体递送器件通常用于液体分配应用中，诸如在喷墨打印机中分配墨水。微流体递送系统可以包括诸如贮存器之类的流体保持结构，以及诸如微流体递送器件之类的递送结构。流体保持结构和递送结构均与流体直接接触以用于分配。这些结构通常由包括聚合物的有机材料制成。
[0003]许多墨水或其他流体与这些聚合物材料是不兼容的。在基于聚合物的微流体递送器件使用不兼容的墨水和其他流体、特别是有机流体可以引起对这些器件的过早损坏，并且可以减少其使用寿命。例如，有机流体可以侵蚀聚合物结构并且改变递送器件的尺寸。这可以使得递送器件的效率和精确度随着时间变化而降低。此外，流体可以与聚合物结构反应，弱化或者另外损坏了结构。流体也可以拾取来自聚合物结构的污染物，这对于流体具有不希望的效应。
【发明内容】
[0004]在此公开的一个或多个实施例涉及一种包括与广泛流体组群具有兼容性的结构的微流体递送器件。在一些实施例中，微流体递送器件被设计为使得有机聚合物无法与所分配的流体接触。
[0005]—个实施例涉及一种微流体递送器件，其主要具有诸如硅之类的半导体结构。特别地，用于递送流体的结构可以由多晶型硅(也称作多晶硅)或者由外延硅形成。主要使用硅基材料以形成与所分配的流体接触的结构的微流体递送器件导致与广泛流体和应用集合兼容的器件。
[0006]在一个实施例中，流体递送器件被构造在第一部分和第二部分中。第一部分可以包括流体入口、加热器、以及流体腔室的底部和侧壁。第一部分可以进一步包括由夹设在两层电介质材料之间的多晶硅化钨形成的电接触。加热器、接触以及介质材料可以被形成在诸如硅之类的第一半导体晶片基底材料中或第一半导体晶片基底材料上。
[0007]在一个实施例中，外延硅层可以生长在电介质材料顶部上。使用包括光刻和刻蚀工艺的标准半导体处理工艺技术，在外延硅层中形成流体腔室并且在硅晶片中形成腔室入
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[0008]流体递送器件的第二部分可以包括流体腔室的顶部，以及形成在诸如硅之类的第二半导体晶片中的喷嘴。第一部分和第二部分被接合在一起以形成包括多个流体递送器件的堆叠组件。堆叠组件随后被划片以形成单独的流体递送器件。
【附图说明】
[0009]当结合附图时从以下详细说明书将使得本公开的前述和其他特征及优点如变得更好理解一样更易于知晓。
[0010]图1是根据本公开一个实施例的流体腔室的示意截面图；以及
[0011]图2A—图21是根据本公开一个实施例的在制造工艺不同阶段处图1的流体腔室的示意图。
【具体实施方式】
[0012]在以下说明书中，阐述某些特定细节以便于提供对本公开各个实施例的彻底完整理解。然而，本领域技术人员将理解的是，本公开可以不采用这些具体细节而实施。在其他情形中，并未详细描述与电子部件、半导体制造和MEMS制造相关联的已知结构以避免不必要地模糊本公开实施例的描述说明。
[0013]说明书全文中涉及“一个实施例”或“一实施例”意味着结合实施例所述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，说明书全文中各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”并非必须均涉及相同的实施例。此外，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合在一个或多个实施例中。
[0014]如在本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数形式，除非上下文明确给出相反指示。也应该注意的是，术语“或”通常以包括“和/或”的含义而采用，除非上下文明确给出相反指示。
[0015]在附图中，等同的附图标记标识相似的元件或动作。附图中元件的尺寸和相对位置无需按照比例绘制。
[0016]参照图1，示出了微流体递送器件100。总体而言，配置微流体递送器件100以接收来自流体贮存器165的流体，并且分配或排出少量所接收的流体。可以用于微流体递送器件100中的流体包括但不限于墨水、香水、医药流体、以及任何其他可分配流体。该递送器件的一个用途是喷墨打印机头。其他潜在用途包括用于香水或用于医疗应用的喷雾器，诸如吸入器，以及其他液体分配应用。
[0017]微流体递送器件100包括喷嘴板110和腔室本体150。喷嘴板110包括可以由硅晶片或玻璃形成的衬底层112，以及可以为氧化物沉积(诸如氧化硅)的电介质层114。喷嘴板110也包括喷嘴120和焊盘接入开口 115，均形成作为延伸穿过喷嘴板110的开口。
[0018]腔室本体150包括硅衬底152。第一电介质层154和第二电介质层156均位于硅衬底152上。第一电介质层154和第二电介质层156可以包括氧化娃。
[0019]腔室本体150进一步包括导电互连部件160，其在一个实施例中是埋设的多晶硅布线。导电互连部件160耦合至加热器部件162，在一个实施例中是非硅化的多晶硅。加热器部件162布置在喷嘴下方在第一电介质层154和第二电介质层156之间。
[0020]第二电介质层156在至少一个位置处具有开口158以在此提供导电路径至导电互连部件160和加热器部件162。在开口 158处是去往导电互连部件160的电接触159。
[0021]外延硅生长层170形成在第二电介质层156的顶部上。就此而言，形成了绝缘体上硅(SOI)结构。流体腔室172位于第二电介质层153之上，其中由外延硅生长层170界定侧壁。流体腔室172的侧表面174形成在外延硅生长层170中。
[0022]腔室本体150的底表面包括耦合至贮存器165的流体入口164。流体入口 164与流体腔室172和流体贮存器165流体连通。就此而言，流体入口 164使得贮存器165与流体腔室172流体连通。
[0023]流体入口164是延伸穿过硅衬底层152以及第一电介质层154和第二电介质层156的穿通开口。腔室本体150也可以包括在外延层170中的沟槽175。沟槽175可以辅助电隔离接合焊盘180和从围绕流体腔室172的结构穿过外延层170和互连部件160至加热器部件162的导电路径。
[0024]在外延硅生长层170的顶部上是接合环182、184以及接合焊盘180。接合焊盘180是如本领域已知的导电层。接合焊盘可以配置用于容纳用于在器件100外提供电耦合的导电引线。接合焊盘180提供了穿过外延层170和互连部件160去往加热器部件162的电连通。
[0025]喷嘴板110和腔室本体150由流体紧密密封的一个或多个接合层而相互接合。特别地，位于电介质层114上的喷嘴接合环181、183接合至位于外延层170上的腔室接合环182、184。在一些实施例中，接合环181、182、183、184是金层，并且通过热压工艺在焊盘之间形成接合，如以下详细所述的那样。
[0026]喷嘴板110形成流体腔室172的上表面。当腔室本体150和喷嘴板110接合在一起以形成微流体器件100时，流体腔室172通过喷嘴板110的喷嘴120与器件100外部的环境而流体连通。
[0027]如上所述，流体腔室172的侧壁主要形成在外延层170中。流体腔室172的底表面173是电介质层156的顶表面。流体腔室侧壁174也可以包括接合环181、182、183、184。腔室116的顶表面是喷嘴板110的电介质层114的底表面。在一个实施例中，流体腔室172从顶表面116至底表面173具有10 — 50微米的深度。
[0028]尽管流体腔室172主要地形成在外延层170中，可以理解，流体腔室可以形成在其他类型的半导体层中。
[0029]加热器部件162位于喷嘴120下方与腔室底部173邻接，并且配置用于加热在流体腔室172内的流体。通过加热流体，加热器部件162使得流体腔室172中的流体通过喷嘴120喷入外部环境中。特别地，加热器部件162蒸发流体以形成泡沫。形成泡沫的膨胀使得液滴形成并且从喷嘴120喷出。
[0030]可以基于器件的所需性能属性而选择加热器部件162的尺寸和位置。在一些实施例中，加热器部件162位于与喷嘴120相对并且在其下方的流体腔室的底表面处。以下将更详细讨论喷嘴板110、腔室本体150和它们组合成为微流体器件100的形成的具体细节。
[0031]如上所述，对于微流体器件100的一个潜在用途是在医疗应用中。与医疗应用相关联的流体是范围广阔的，并且包括有机流体、无机流体，以及可以具有不同范围化学和反应属性的各种流体。用于形成微流体器件100的材料、以及特别是用于形成微流体器件100的接触流体的部分的材料并不包