TW202137592A - 微流體致動器之製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種微流體致動器之製造方法，包含以下步驟：提供一基板；沉積一第一保護層於該基板之一第一表面上；沉積一致動區於該第一保護層上，該致動區更包含：依序沉積一下電極層、沉積一壓電致動層以及沉積一上電極層；以及透過微影乾式蝕刻部分該第一保護層，產出至少一第一保護層流道；透過濕式蝕刻部分該基板之一主結構，產出一腔體以及產出一第一多晶矽流道區，但未蝕刻該主結構之一氧化層中段區域；使用反應離子蝕刻部分該基板之一第二表面，產出至少一基板矽流道；以及使用乾式蝕刻部分一二氧化矽層，產出至少一二氧化矽流道。
Description
本案關於一種微流體致動器之製造方法，尤指一種使用1P6M（P代表Ploy層，M代表Metal層）或2P4M（P代表Ploy層，M代表Metal層）製程搭配微機電半導體製程之微流體致動器之製造方法。
隨著科技的日新月異，微流體致動器的應用上亦愈來愈多元化，舉凡工業應用、生醫應用、醫療保健、電子散熱等等，甚至近來熱門的穿戴式裝置皆可見它的踨影，可見傳統的微流體致動器已漸漸有朝向裝置微小化、流量極大化的趨勢。
然而，目前微流體致動器雖然持續地改良使其微小化，但仍舊無法突破毫米等級進而將泵浦縮小到微米等級，因此如何將泵浦縮小到微米等級並且將其完成為本案所欲發明的主要課題。
本案之主要目的係提供一種微流體致動器之製造方法，以1P6M或2P4M製程製造，微流體致動器使用半導體薄膜製作，用以傳輸流體。因此，將薄膜腔體的深度控制在非常淺的範圍時，仍可增加微流體致動器作動時之流體壓縮比。
本案之一廣義實施態樣為一種微流體致動器之製造方法，包含以下步驟：提供一基板，該基板係為一完成1P6M／2P4M製程之基板；沉積一第一保護層於該基板之一第一表面上；沉積一致動區於該第一保護層上，該致動區更包含：依序沉積一下電極層、沉積一壓電致動層以及沉積一上電極層；以及透過微影乾式蝕刻部分該第一保護層，產出至少一第一保護層流道。
體現本案特徵與優點的實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非用以限制本案。
一種微流體致動器之製造方法，包含以下步驟：提供一基板21，該基板21係為一完成1P6M製程之基板；沉積一第一保護層25於該基板21之一第一表面上；沉積一致動區30於該第一保護層25上，該致動區30更包含：依序沉積一下電極層32、沉積一壓電致動層33以及沉積一上電極層34；以及透過微影乾式蝕刻部分該第一保護層25，產出至少一第一保護層流道251。更包含以下步驟：透過濕式蝕刻部分該基板21之一主結構24A，產出一腔體26以及產出一第一多晶矽流道區2312A，但未蝕刻該主結構24A之一1P6M氧化層中段2414區域；使用反應離子蝕刻（Reactive-Ion Etching，RIE）部分該基板21之一第二表面，產出至少一基板矽流道211A；以及使用乾式蝕刻部分一二氧化矽層22，產出至少一二氧化矽流道221A。更包含以下步驟：組裝一下閥區10於該基板21之該第二表面下，以及組裝一上閥區40於該第一保護層25上。
請參閱第1A圖、第3A圖以及第4A圖至第4G圖，於本案第一實施例第一態樣中，將說明本案微流體致動器101之製造方法。如步驟S11以及第4A圖所示，提供一基板21，基板21係為一完成1P6M（P代表Ploy層，M代表Metal層）製程之基板，其中，基板21係經由矽基板、一二氧化矽層22、一第一多晶矽層23A、一主結構24A依序製程堆疊而成。沉積一第一保護層25於基板21之一第一表面上（即，上表面），從而定義為一主要區20A。值得注意的是，第一保護層25之材料可以是二氧化矽或氮化矽，但不以此為限，於其他實施例中第一保護層25之材料可依製程需求調整。如步驟S12以及第4B圖所示，沉積一致動區30於第一保護層25上，致動區30更包含：依序沉積一下電極層32、沉積一壓電致動層33以及沉積一上電極層34。值得注意的是，於本案第一實施例中，致動區30的數量係為一組，但不以此為限，於其他實施例中，致動區30設置的數量與位置可依設計需求調整。如步驟S13以及第4C圖所示，透過微影乾式蝕刻部分第一保護層25，產出至少一第一保護層流道251，其中，乾式蝕刻可以為一反應離子蝕刻（Reactive-Ion Etching，RIE）或感應耦合電漿（Inductively coupled plasma，ICP）蝕刻，但不以此為限，於其他實施例中，乾式蝕刻之方式可依設計需求而變更。如步驟S14以及第4D圖所示，透過濕式蝕刻部分基板21之一主結構24A，產出一腔體26以及產出一第一多晶矽流道區2312A，但未蝕刻主結構24A之一1P6M氧化層中段2414區域。其中，主結構24A係經由1P6M製程，預先於至少一氧化層結構2411、至少一1P6M鎢結構2412、至少一1P6M金屬結構2413、一1P6M氧化層中段2414等結構上，形成相對應之圖案化結構。值得注意的是，於本案第一實施例中，1P6M鎢結構2412、1P6M金屬結構2413堆疊的數量為六組，但不以此為限，於其他實施例中，1P6M鎢結構2412、1P6M金屬結構2413堆疊的數量可依設計需求調整。此外，值得注意的是，濕式蝕刻之蝕刻劑可以為一硫酸，但不以此為限，於其他實施例中，濕式蝕刻之方式可依設計需求而變更。如步驟S15以及第4E圖所示，使用反應離子蝕刻（Reactive-Ion Etching，RIE）部分該基板21之一第二表面（即，下表面），產出至少一基板矽流道211A。如步驟S16以及第4F圖所示，使用乾式蝕刻部分一二氧化矽層22，產出至少一二氧化矽流道221A，其中，乾式蝕刻可以為一氫氟酸（HF）氣體蝕刻，但不以此為限，於其他實施例中，乾式蝕刻之方式可依設計需求而變更。如步驟S17以及第4G圖所示，組裝一下閥區10於該基板21之該第二表面下，以及組裝一上閥區40於該第一保護層25上。
請參閱第2A圖，係為第一態樣之下閥區10與上閥區40示意圖，下閥區10具有一下部乾膜層11、一下部閥層12以及一下部閥孔層13，並依序往下堆疊。下部乾膜層11具有至少一下部乾膜流道區111A。下部閥層12具有至少一下閥蓋121。下部閥孔層13具有至少一下閥通道131。上閥區40具有一上部乾膜層41、一上部閥孔層42以及一上部閥層43，並由致動區30依序往上堆疊。上部乾膜層41具有至少一上部乾膜流道區411。上部閥孔層42具有至少一上閥通道421。上部閥層43具有至少一上閥蓋431。請參閱第2B圖，係為第二態樣之下閥區10與上閥區40示意圖，本案不同態樣之下閥區10與上閥區40之差異處，僅在於第一態樣之下部乾膜流道區111A與第二態樣之下部乾膜流道區111B的位置不同，其位置可配合基板矽流道。值得注意的是，於本案任一實施例或任一態樣中，下閥區10以及上閥區40之設置可依設計需求而增減，但不以此為限，於其他實施例或態樣中，下閥區10或是上閥區40之設置亦可依設計需求而增減。
請參閱第4H圖，係為微流體致動器102第一實施例第二態樣，與第一實施例第一態樣之差異處在於：主結構24A之1P6M氧化層中段2414區域更包含有一1P6M金屬層中段2415。主結構24A係經由1P6M製程，預先於至少一氧化層結構2411、至少一1P6M鎢結構2412、至少一1P6M金屬結構2413、一1P6M氧化層中段2414、一1P6M金屬層中段2415等結構上，形成相對應之圖案化結構。值得注意的是，於本案第一實施例中，1P6M金屬層中段2415之設置可依設計需求而增減，但不以此為限，於其他實施例或態樣中，1P6M金屬層中段2415之設置亦可依設計需求而增減。
一種微流體致動器之製造方法，包含以下步驟：提供一基板21，該基板21係為一完成1P6M製程之基板；沉積一第一保護層25於該基板21之一第一表面上；沉積一致動區30於該第一保護層25上，該致動區30更包含：依序沉積一下電極層32、沉積一壓電致動層33以及沉積一上電極層34；以及透過微影乾式蝕刻部分該第一保護層25，產出至少一第一保護層流道251。更包含以下步驟：透過濕式蝕刻部分該基板21之一主結構24B，產出一腔體26，但未蝕刻該主結構24B之一1P6M氧化層中段2414區域；以及使用反應離子蝕刻（Reactive-Ion Etching，RIE）部分該基板21之一第二表面，產出至少一基板矽流道211B、至少一二氧化矽流道221B以及至少一第一多晶矽流道區2312B。更包含以下步驟：組裝一下閥區10於該基板21之該第二表面下，以及組裝一上閥區40於該第一保護層25上。
請參閱第1B圖、第3B圖以及第5A圖至第5F圖，於本案第二實施例第一態樣中，將說明本案微流體致動器201之製造方法。如步驟S21以及第5A圖所示，提供一基板21，基板21係為一完成1P6M（P代表Ploy層，M代表Metal層）製程之基板，其中，基板21係經由矽基板、一二氧化矽層22、一第一多晶矽層23B、一主結構24B依序製程堆疊而成。沉積一第一保護層25於基板21之一第一表面上（即，上表面），從而定義為一主要區20B。其中，第一多晶矽層23B係由至少一第一多晶矽2321以及至少一氧化區2322組合而成。值得注意的是，第一保護層25之材料可以是二氧化矽或氮化矽，但不以此為限，於其他實施例中第一保護層25之材料可依製程需求調整。如步驟S22以及第5B圖所示，沉積一致動區30於第一保護層25上，致動區30更包含：依序沉積一下電極層32、沉積一壓電致動層33以及沉積一上電極層34。值得注意的是，於本案第一實施例中，致動區30的數量係為一組，但不以此為限，於其他實施例中，致動區30設置的數量與位置可依設計需求調整。如步驟S23以及第5C圖所示，透過微影乾式蝕刻部分第一保護層25，產出至少一第一保護層流道251，其中，乾式蝕刻可以為一反應離子蝕刻（Reactive-Ion Etching，RIE）或感應耦合電漿（Inductively coupled plasma，ICP）蝕刻，但不以此為限，於其他實施例中，乾式蝕刻之方式可依設計需求而變更。如步驟S24以及第5D圖所示，透過濕式蝕刻部分基板21之一主結構24B，產出一腔體26，但未蝕刻主結構24B之一1P6M氧化層中段2414區域。其中，主結構24B係經由1P6M製程，預先於至少一氧化層結構2411、至少一1P6M鎢結構2412、至少一1P6M金屬結構2413、一1P6M氧化層中段2414、至少一對OMO（Oxide-Metal-Oxide）結構2416、一OMO流道區2417等結構上，形成相對應之圖案化結構。值得注意的是，於本案第二實施例中，1P6M鎢結構2412、1P6M金屬結構2413堆疊的數量為六組，但不以此為限，於其他實施例中，1P6M鎢結構2412、1P6M金屬結構2413堆疊的數量可依設計需求調整。此外，值得注意的是，濕式蝕刻之蝕刻劑可以為一硫酸，但不以此為限，於其他實施例中，濕式蝕刻之方式可依設計需求而變更。如步驟S25以及第5E圖所示，使用反應離子蝕刻（Reactive-Ion Etching，RIE）部分該基板21之一第二表面（即，下表面），產出至少一基板矽流道211B、至少一二氧化矽流道221B以及至少一第一多晶矽流道區2312B。如步驟S26以及第5F圖所示，組裝一下閥區10於該基板21之第二表面下，以及組裝一上閥區40於第一保護層25上。
請參閱第5G圖，係為微流體致動器202第二實施例第二態樣，與第二實施例第一態樣之差異處在於：主結構24B之1P6M氧化層中段2414區域更包含有一1P6M金屬層中段2415。主結構24B係經由1P6M製程，預先於至少一氧化層結構2411、至少一1P6M鎢結構2412、至少一1P6M金屬結構2413、一1P6M氧化層中段2414、一1P6M金屬層中段2415、至少一對OMO（Oxide-Metal-Oxide）結構2416、一OMO流道區2417等結構，形成相對應之圖案化結構。值得注意的是，於本案第二實施例中，1P6M金屬層中段2415之設置可依設計需求而增減，但不以此為限，於其他實施例或態樣中，1P6M金屬層中段2415之設置亦可依設計需求而增減。
請參閱第5H圖，係為微流體致動器203第二實施例第三態樣，與第二實施例第一態樣之差異處在於：在濕式蝕刻部分基板21之主結構24B之步驟中，亦未蝕刻主結構24B之一氧化區2322，換言之，介於基板矽流道211B之間之第一多晶矽2321有被氧化區2322所包覆。主結構24B係經由1P6M製程，預先於至少一氧化層結構2411、至少一1P6M鎢結構2412、至少一1P6M金屬結構2413、一1P6M氧化層中段2414、一1P6M金屬層中段2415、至少一對OMO（Oxide-Metal-Oxide）結構2416、一OMO流道區2417等結構上，形成相對應之圖案化結構。
一種微流體致動器之製造方法，包含以下步驟：提供一基板21，該基板21係為一完成2P4M製程之基板；沉積一第一保護層25於該基板21之一第一表面上；沉積一致動區30於該第一保護層25上，該致動區30更包含：依序沉積一下電極層32、沉積一壓電致動層33以及沉積一上電極層34；以及透過微影乾式蝕刻部分該第一保護層25，產出至少一第一保護層流道251。更包含以下步驟：透過濕式蝕刻部分該基板21之一主結構24C，產出一腔體26，但未蝕刻該主結構24C之一2P4M氧化層中段2424區域；使用反應離子蝕刻（Reactive-Ion Etching，RIE）部分該基板21之一第二表面，產出至少一基板矽流道211A；以及使用乾式蝕刻部分一二氧化矽層22，產出至少一二氧化矽流道221A。更包含以下步驟：組裝一下閥區10於該基板21之該第二表面下，以及組裝一上閥區40於該第一保護層25上。
請參閱第1C圖、第3C圖以及第6A圖至第6G圖，於本案第三實施例第一態樣中，將說明本案微流體致動器301之製造方法。如步驟S31以及第6A圖所示，提供一基板21，基板21係為一完成2P4M（P代表Ploy層，M代表Metal層）製程之基板，其中，基板21係經由矽基板、一二氧化矽層22、一POP（Poly-Oxide-Poly）結構23C、一主結構24C依序製程堆疊而成。沉積一第一保護層25於基板21之一第一表面上（即，上表面），從而定義為一主要區20C。其中，POP結構23C係由至少一第一多晶矽2321、至少一氧化區2322、至少一第二多晶矽2323以及一POP流道區2324組合而成。值得注意的是，第一保護層25之材料可以是二氧化矽或氮化矽，但不以此為限，於其他實施例中第一保護層25之材料可依製程需求調整。如步驟S32以及第6B圖所示，沉積一致動區30於第一保護層25上，致動區30更包含：依序沉積一下電極層32、沉積一壓電致動層33以及沉積一上電極層34。值得注意的是，於本案第三實施例中，致動區30的數量係為一組，但不以此為限，於其他實施例中，致動區30設置的數量與位置可依設計需求調整。如步驟S33以及第6C圖所示，透過微影乾式蝕刻部分第一保護層25，產出至少一第一保護層流道251，其中，乾式蝕刻可以為一反應離子蝕刻（Reactive-Ion Etching，RIE）或感應耦合電漿（Inductively coupled plasma，ICP）蝕刻，但不以此為限，於其他實施例中，乾式蝕刻之方式可依設計需求而變更。如步驟S34以及第6D圖所示，透過濕式蝕刻部分基板21之一主結構24C，產出一腔體26以及一POP流道區2324，但未蝕刻主結構24C之一2P4M氧化層中段2424區域。其中，主結構24C係經由2P4M製程，預先於至少一2P4M氧化層結構2421、至少一2P4M鎢結構2422、至少一2P4M金屬結構2423、一2P4M氧化層中段2424等結構上，形成相對應之圖案化結構。值得注意的是，於本案第三實施例中，2P4M鎢結構2422、2P4M金屬結構2423堆疊的數量為四組，但不以此為限，於其他實施例中，2P4M鎢結構2422、2P4M金屬結構2423堆疊的數量可依設計需求調整。此外，值得注意的是，濕式蝕刻之蝕刻劑可以為一硫酸，但不以此為限，於其他實施例中，濕式蝕刻之方式可依設計需求而變更。如步驟S35以及第6E圖所示，使用反應離子蝕刻（Reactive-Ion Etching，RIE）部分該基板21之一第二表面（即，下表面），產出至少一基板矽流道211A。如步驟S36以及第6F圖所示，使用乾式蝕刻部分一二氧化矽層22，產出至少一二氧化矽流道221A，其中，乾式蝕刻可以為一氫氟酸（HF）氣體蝕刻，但不以此為限，於其他實施例中，乾式蝕刻之方式可依設計需求而變更。如步驟S37以及第6G圖所示，組裝一下閥區10於該基板21之該第二表面下，以及組裝一上閥區40於該第一保護層25上。
請參閱第6H圖，係為微流體致動器302第三實施例第二態樣，與第三實施例第一態樣之差異處在於：主結構24C之2P4M氧化層中段2424區域更包含有一2P4M金屬層中段2425。主結構24C係經由2P4M製程，預先於至少一2P4M氧化層結構2421、至少一2P4M鎢結構2422、至少一2P4M金屬結構2423、一2P4M氧化層中段2424、一2P4M金屬層中段2425等結構上，形成相對應之圖案化結構。值得注意的是，於本案第三實施例中，2P4M金屬層中段2425之設置可依設計需求而增減，但不以此為限，於其他實施例或態樣中，2P4M金屬層中段2425之設置亦可依設計需求而增減。
本案提供一微流體致動器之製造方法，主要以1P6M或2P4M製程搭配微機電半導體製程來完成的，並且藉由施加不同相位電荷之驅動電源於上電極層以及下電極層，使得致動區帶動第一多晶矽層之第一多晶矽震動區產生上下位移，進而達到流體傳輸，極具產業之利用價值，爰依法提出申請。
本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
101、102、201、202、203、301、302:微流體致動器
10:下閥區
11:下部乾膜層
111A、111B:下部乾膜流道區
12:下部閥層
121:下閥蓋
13:下部閥孔層
131:下閥通道
20A、20B、20C:主要區
21:基板
211A、211B:基板矽流道
22:二氧化矽層
221A、221B:二氧化矽流道
23A、23B:第一多晶矽層
23C:POP結構
2311:第一多晶矽震動區
2312A、2312B:第一多晶矽流道區
2321:第一多晶矽
2322:氧化區
2323:第二多晶矽
2324:POP流道區
24A、24B、24C:主結構
2411:1P6M氧化層結構
2412:1P6M鎢結構
2413:1P6M金屬結構
2414:1P6M氧化層中段
2415:1P6M金屬層中段
2416:OMO結構
2417:OMO流道區
2421:2P4M氧化層結構
2422:2P4M鎢結構
2423:2P4M金屬結構
2424:2P4M氧化層中段
2425:2P4M金屬層中段
25:第一保護層
251:第一保護層流道
26:腔體
30:致動區
32:下電極層
33:壓電致動層
34:上電極層
40:上閥區
41:上部乾膜層
411:上部乾膜流道區
42:上部閥孔層
421:上閥通道
43:上部閥層
431:上閥蓋
S11~S17、S21~S26、S31~S37:微流體致動器之製造方法之步驟
第1A圖至第1C圖為本案微流體致動器之製造方法之流程示意圖。
第2A圖至第2B圖為本案微流體致動器之下閥區與上閥區之不同態樣示意圖。
第3A圖至第3C圖為本案微流體致動器之致動區與主要區之不同態樣正視圖。
第4A圖至第4G圖為本案微流體致動器之第一實施例之製造方法示意圖。
第4H圖為本案微流體致動器之第一實施例之不同態樣示意圖。
第5A圖至第5F圖為本案微流體致動器之第二實施例之製造方法示意圖。
第5G圖及第5H圖為本案微流體致動器之第二實施例之不同態樣示意圖。
第6A圖至第6G圖為本案微流體致動器之第三實施例之製造方法示意圖。
第6H圖為本案微流體致動器之第三實施例之不同態樣示意圖。
101:微流體致動器
10:下閥區
11:下部乾膜層
111A:下部乾膜流道區
12:下部閥層
121:下閥蓋
13:下部閥孔層
131:下閥通道
21:基板
211A:基板矽流道
22:二氧化矽層
221A:二氧化矽流道
23A:第一多晶矽層
2311:第一多晶矽震動區
2312A:第一多晶矽流道區
24A:主結構
2411:氧化層結構
2412:1P6M鎢結構
2413:1P6M金屬結構
2414:1P6M氧化層中段
25:第一保護層
251:第一保護層流道
26:腔體
30:致動區
32:下電極層
33:壓電致動層
34:上電極層
40:上閥區
41:上部乾膜層
411:上部乾膜流道區
42:上部閥孔層
421:上閥通道
43:上部閥層
431:上閥蓋
Claims (11)
- 一種微流體致動器之製造方法，包含以下步驟： 提供一基板，該基板係為一完成1P6M製程之基板； 沉積一第一保護層於該基板之一第一表面上； 沉積一致動區於該第一保護層上，該致動區更包含：依序沉積一下電極層、沉積一壓電致動層以及沉積一上電極層；以及 透過微影乾式蝕刻部分該第一保護層，產出至少一第一保護層流道。
- 如請求項1所述之微流體致動器之製造方法，其中，更包含以下步驟： 透過濕式蝕刻部分該基板之一主結構，產出一腔體以及產出一第一多晶矽流道區，但未蝕刻該主結構之一1P6M氧化層中段的區域； 使用反應離子蝕刻部分該基板之一第二表面，產出至少一基板矽流道；以及 使用乾式蝕刻部分一二氧化矽層，產出至少一二氧化矽流道。
- 如請求項2所述之微流體致動器之製造方法，其中，更包含以下步驟： 組裝一下閥區於該基板之該第二表面下，以及組裝一上閥區於該第一保護層上。
- 如請求項2所述之微流體致動器之製造方法，其中，該主結構之該1P6M氧化層中段的區域更包含有一1P6M金屬層中段。
- 如請求項1所述之微流體致動器之製造方法，其中，更包含以下步驟： 透過濕式蝕刻部分該基板之一主結構，產出一腔體，但未蝕刻該主結構之一1P6M氧化層中段的區域；以及 使用反應離子蝕刻部分該基板之一第二表面，產出至少一基板矽流道、至少一二氧化矽流道以及至少一第一多晶矽流道區。
- 如請求項5所述之微流體致動器之製造方法，其中，該主結構之該1P6M氧化層中段的區域更包含有一1P6M金屬層中段。
- 如請求項5所述之微流體致動器之製造方法，其中，透過濕式蝕刻部分該基板之該主結構之步驟中，亦未蝕刻該主結構之一氧化區。
- 一種微流體致動器之製造方法，包含以下步驟： 提供一基板，該基板係為一完成2P4M製程之基板； 沉積一第一保護層於該基板之一第一表面上； 沉積一致動區於該第一保護層上，該致動區更包含：依序沉積一下電極層、沉積一壓電致動層以及沉積一上電極層；以及 透過微影乾式蝕刻部分該第一保護層，產出至少一第一保護層流道。
- 如請求項8所述之微流體致動器之製造方法，其中，更包含以下步驟： 透過濕式蝕刻部分該基板之一主結構，產出一腔體，但未蝕刻該主結構之一2P4M氧化層中段的區域； 使用反應離子蝕刻部分該基板之一第二表面，產出至少一基板矽流道；以及 使用乾式蝕刻部分一二氧化矽層，產出至少一二氧化矽流道。
- 如請求項9所述之微流體致動器之製造方法，其中，更包含以下步驟： 組裝一下閥區於該基板之該第二表面下，以及組裝一上閥區於該第一保護層上。
- 如請求項9所述之微流體致動器之製造方法，其中，該主結構之該2P4M氧化層中段的區域更包含有一2P4M金屬層中段。
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