[发明专利]热阻层及其用途

说明书

本发明涉及一种热阻层，特别涉及所述热组层在喷墨头上的应用。

如图1所示，一般热泡式喷墨头的制造方法大多是在硅晶片10上生长一层电或热的绝缘膜12(如磷硅玻璃(PSG)或二氧化硅)后，再将热阻层14以及导电层16溅镀沉积上去，并以显影技术及蚀刻法蚀刻图案后，再加上其他保护层18及必要的墨水通道20和喷孔片22等，便可完成一热泡式喷墨头的构造。

一般热泡式喷墨头操作顺序可分为下列四个阶段：

(1)产生热源；(2)热传导；(3)热气泡的形成与长大；以及(4)墨滴喷出(参见美国专利第4,723,129号和第4,740,796号)。这些操作顺序详细说明如下：由于热泡式喷墨头为一热和电的转换体，当提供一充足的脉冲电压至喷墨头时(数个μsec的脉冲宽度)，会令其热阻层表面温度快速地升到摄氏几百度以上，使得墨水被加热而温度逐渐升高。当超过墨水的气化临界温度时，便会使墨水气化形成热气泡。产生热气泡的同时，由于墨水腔内的压力在瞬间增大，便提供一可令墨水喷出的推力，而令墨水快速地挤压出去，喷至所需的位置上。脉冲电压结束之后热阻层会因电压降至相对低电位，所产生的热量也会消失，使得墨水可顺利地回填至包含有加热器的墨水室内，此喷墨循环的操作频率可达数kHz。

在整个喷墨头操作期间，热阻层表面由于快速地被脉冲电压加热而形成热气泡，造成墨滴由喷孔喷射出去，此一行为不断地重覆进行，墨水在元件操作期间不断地撞击热阻层，使得其结构产生机械性疲劳。而此疲劳现象会造成一严重问题，使得喷墨结构的机械性质恶化，造成整个结构毁损，以致无法喷墨。除了因机械性墨水撞击所造成的损害之外，还有一个严重问题，即脉冲电压对热阻层的影响，因为热阻层在高频率电压反覆转换下，会遭受冷热交互侵袭，进而使热阻层本身产生热疲劳，造成整个热阻层本身材料的结构产生不可预期的变化，破坏热阻层本身结构在沉积完后的完整性，加速喷墨结构损坏，因此热阻材料的选择必须有较高的耐受性和稳定性。

目前市场上热泡喷墨头所使用的热阻层大多使用如铝化钽、硼化铪等材料，这些材料在精细图案的蚀刻制程上均需使用含氯气体(如氯、氯化硼)以进行选择性离子蚀刻，但是使用含氯气体会大幅增加设备维修与相关工安、环保等设施成本。因此若能开发一耐受性以及稳定性皆高的热阻材料，且其图案蚀刻制程仅需使用一般无毒性气体以及氧气的活性离子制程，便能有利于制程整合并提高相关的安全性，并进一步降低生产成本。

有鉴于此，本发明主要的目的在于开发一种新的热阻材料，使得这层热阻材料不仅能经得起喷墨操作期间墨水撞击和冷热交互侵袭等机械性的破坏和考验，同时可以在蚀刻图案制程中仅需使用一般无毒气体的活性离子制程，以符合制程整合与安全的需求。

为达到上述目的，本发明提供一种由钽(Ta)和钌(Ru)所组成的热阻层，可适用在喷墨头上，上述热阻层可为单一钽-钌合金层或纯钽层和纯钌层相互交叠而成的复合层，而钽的总含量在34％-78％之间及钌的总含量在22％-66％之间。由于对于上述热阻层的图案蚀刻制程仅需使用一般无毒性的含氟气体(如四氟化碳、六氟化硫)以及氧气的活性离子制程，并且在目前已有的喷墨结构下，只需改变上述热阻层，无须再从新设计新的喷墨结构，也无须改变其他保护层的材质，所以可符合制程整合与安全的需求。

图1为热泡式喷墨头结构的剖面图。

10～硅基板；12～电或热的绝缘层；14～热阻层；16～导线层；18～保护层；19～热气泡产生区；20～墨水入口；以及22～金属喷孔片。

为了让本发明的上述目的和特点更明显易懂，下文特举一较佳实施例，详细说明本发明所提出的热组层，以及将其应用于制作热泡式喷墨头的相关步骤。

首先，将由钽-钌所组成的热阻层，镀在带有电和热绝缘层的硅基板上。在沉积此热阻层前，需用泵将溅镀反应室内的背景压力抽到5×10^-7乇以下，因为如果在没抽到此压力下，即通入氩气去做薄膜沉积，会有水气和氧气的残留，当反应室里面的气体形成电浆时，内含的水气会被分解成游离状态，释放出氧原子。这些氧原子即会在薄膜沉积时与待沉积的金属原子产生反应，形成金属氧化物，沉积至热阻层中，导致热阻层的特性受到影响。