[發明專利]用于制造具有彎曲特征的薄膜的方法

有效

• 申請號: 201210101394.0
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN102730633A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 格雷戈里·德布拉班德爾;馬克·內波穆尼西
• 申請（專利權）人: 富士膠片株式會社
• 主分類號: B81C3/00
• 分類號: B81C3/00
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 陳源;張天舒

技術領域

本發明涉及MEMS器件的制造。

背景技術

許多MEMS器件包括在施加電壓的情況下偏斜的壓電致動器。這些器件的示例包括流體噴射系統，其響應于連接到流體通道的壓電致動器的動作而噴射流體。噴墨打印機中的打印頭模塊是流體噴射系統的一個示例。打印頭模塊通常具有噴嘴行或陣列，這些噴嘴具有相應的墨水通道以及相關聯的致動器陣列，并且可以通過一個或多個控制器來單獨控制來自每個噴嘴的墨滴噴射。

打印頭模塊可以包括半導體打印頭管芯(die)，其被蝕刻來限定包括增壓室(pumping?chamber)的流體通道。壓電致動器可以形成在增壓室的一側，并且在操作中，可以響應于驅動電壓信號而彎曲，從而沿墨水通道來驅動流體。壓電致動器包括一個壓電材料層，其響應于一對相反電極施加在該壓電層兩端的驅動電壓而改變幾何形狀(即，發生致動)。

與具有類似橫向尺寸的平坦壓電元件相比較，諸如圓頂形或凹陷形壓電薄膜之類的彎曲壓電元件可以在給定驅動電壓的情況下產生更大的位移。由于壓電位移的幅度影響噴射期望滴量的流體滴所需的驅動電壓，從而影響打印頭模塊的功率效率，因此已經提出了具有彎曲壓電薄膜的壓電致動器。并且已經提出了各種制造方法來生產彎曲的或者具有彎曲特征的壓電薄膜。

發明內容

本說明書描述了與用于生產具有彎曲特征的薄膜的MEMS制造工藝相關的技術。

當在輪廓傳遞(profile-transferring)襯底表面上均勻沉積了一薄層材料時，該材料層呈現與輪廓傳遞襯底表面的輪廓一致的表面特征。為了形成具有彎曲特征的薄膜(例如，其中形成有凹陷陣列的壓電薄膜)，首先制備具有彎曲特征(例如，凹陷陣列)的輪廓傳遞襯底表面。為了制備該輪廓傳遞襯底表面，首先，在半導體襯底的平面表面上，在期望具有彎曲特征的位置處形成空穴(例如，平底凹部)。然后，在真空中將一薄膜接合至襯底的表面，以使得空穴被薄膜密封為真空的。然后，將薄膜的表面暴露至流體壓力(例如，大氣壓力)，以使得薄膜在空穴位置處變形(即，彎曲)，并且薄膜的下表面與每個空穴的底表面接觸(即，擠壓)，接觸面積小于空穴的整個底表面。此時，薄膜的暴露表面可以用作輪廓傳遞襯底表面，并且在薄膜的暴露表面上沉積的均勻材料層在薄膜彎曲進空穴的位置處將包括彎曲特征。

在一些實現方式中，如果隨后的工藝步驟將在真空中執行，則通過對薄膜的下表面與襯底中空穴的底表面之間的接觸區域進行退火處理來使變形薄膜中形成的彎曲特征永久。當變形薄膜與空穴側壁內襯底之間的接合變得永久時，即使流體壓力(例如，大氣壓力)移除或減小(例如，如果隨后的在具有彎曲特征的薄膜上沉積其他材料層的工藝步驟在真空中或在低壓力環境中執行)，變形薄膜的彎曲特征將保持。

在一些實現方式中，在已經在薄膜的頂表面上均勻沉積了至少一層材料(例如，壓電致動器組件的底電極層)之后，可以從襯底的底側將空穴蝕刻開，并且可以從下面移除(例如，蝕刻)薄膜，以暴露沉積在薄膜的頂表面上的材料層的下表面。隨后，在移除薄膜之前或之后，可以在所述至少一層材料上順序沉積其他材料層(例如，壓電致動器組件的壓電層和頂電極層)。順序沉積的每個層也朝向空穴位置處的襯底彎曲。

通常，一方面，用于制造具有彎曲特征的薄膜的方法包括以下操作：將第一襯底的第一表面真空接合至第一薄膜層的第一表面，第一襯底的第一表面中形成有多個空穴，第一薄膜層為第二襯底的暴露層，第一薄膜層的第二表面附著至第二襯底的處理層(handle?layer)，以及第一薄膜層的第一表面對多個空穴進行密封，以在真空接合完成處形成多個真空腔；移除第二襯底的處理層，以暴露第一薄膜層的第二表面；將第一薄膜層的第二表面暴露至流體壓力，以使得第一薄膜層在多個空穴上的區域中彎曲，并且在各個接觸位置處與多個空穴的各個底表面接觸；以及對第一薄膜層和第一襯底進行退火處理，以在各個接觸位置處形成第一薄膜層與第一襯底之間的永久接合。

在一些實現方式中，所述工藝還包括：在第一薄膜層的第二表面上沉積第二薄膜層，以使得第二薄膜層與第一薄膜層的第二表面一致，并且在多個空穴之上區域中包括多個彎曲部分。

在一些實現方式中，第二薄膜層包括多個子層，并且沉積第二薄膜層包括在第一薄膜層的第二表面上順序沉積多個子層中的每一個。

在一些實現方式中，所述子層至少包括一個參考電極層、一個濺鍍壓電層、和一個驅動電極層。

在一些實現方式中，沉積在退火處理之后執行。