[发明专利]用于形成具有曲面特征的薄膜的方法和包括该薄膜的器件

说明书

技术领域

本说明书涉及MEMS器件的制造。

背景技术

许多MEMS器件含有在所施加的电压下发生偏斜的压电致动器。这类器件例如包括流体喷射系统，该系统响应于与流体路径相连接的压电致动器的激励而喷射流体。喷墨打印机中的打印头模块是流体喷射系统的一个例子。打印头模块通常具有喷嘴行或阵列及相应的墨水路径及相关联的致动器阵列，并且来自每个喷嘴的墨滴喷射可以独立地由一个或多个控制器控制。

打印头模块可以包括半导体打印头管芯(die)，其被蚀刻为限定拥有泵室(pumping chamber)的流体路径。压电致动器可以在泵室的一侧上形成，在运转时其可以响应于驱动电压信号而发生曲面，从而沿着墨水路径驱动流体。压电致动器包含一个压电材料层，其可以响应于由一对相反的电极施加于该压电层两端上的驱动电压来改变几何形状(即，激励)。

相比于横向尺寸相似的平坦压电元件，在给定的驱动电压下，曲面的压电元件(如圆顶形或凹形的压电薄膜)，可以产生更大的位移。由于压电位移的幅度影响喷射期望滴量的流体滴所需的驱动电压，因而也就影响打印头模块的功率效率，所以提出了具有曲面压电薄膜的压电致动器。提出了若干制造方法，以生产曲面的或有曲面特征的压电薄膜。

发明内容

本说明书所描述的技术涉及产生具有曲面特征的薄膜的MEMS器件的制造工艺。

当一个薄材料层均匀地沉积于轮廓传递(profile-transferring)基板表面上时，该材料层会呈现与轮廓传递基板表面的轮廓一致的形状。

为了制备用于生产具有凹形特征的薄膜的轮廓传递基板表面，首先，利用一个图案化的掩模、通过各向异性蚀刻，在一个半导体基板的平坦的顶面上形成一个底部平坦的凹穴(即，一个倒置的平头金字塔形状的凹穴)。然后，对半导体基板的顶面进行氧化，以形成覆盖凹穴内部和凹穴周围平坦的基板表面的氧化物层。氧化过程圆滑了凹穴内的陡直拐角。随后，可以剥离氧化物层，以在凹穴的底部和各倾斜的侧壁之间、以及凹穴的相邻的侧壁之间留下圆滑的相交处。氧化物层被剥离后，基板表面可用作轮廓传递基板表面，用以制造在其中形成有凹形特征(例如，凹陷)的薄膜。

或者，为了制备用于生产具有凸形特征的薄膜的轮廓传递基板表面，半导体基板的顶面被氧化以形成覆盖了凹穴内部及凹穴周围的平坦的基板表面的氧化物层后，可以将处理层附接至氧化物层的顶面上(只与氧化物层的平坦部分接触)。氧化物层的曲面部分从处理层突出，并且形成相对于处理层的圆顶。随后，半导体基板可以被移除(例如，通过蚀刻)，直到露出氧化物层的背面(即，氧化物层与基板相邻的一侧)。露出来的氧化物层的背面可用作轮廓传递基板表面，用以制造在其中形成有凸形特征(例如，圆顶)的薄膜。

一方面，一种用于形成具有曲面特征的薄膜的方法，包括以下步骤：对半导体基板的顶面进行氧化以形成氧化物层，该半导体基板的顶面具有形成于其中的凹穴，该凹穴具有平坦的端壁和与端壁邻接的多个平坦的、倾斜的侧壁，所述氧化物层包括凹穴端壁上的第一部分、凹穴倾斜侧壁上的第二部分、以及半导体基板顶面上的、位于半导体基板顶面中的凹穴开口周围的第三部分；以及剥离氧化物层以分别在凹穴的端壁和各倾斜侧壁之间、以及凹穴的相邻侧壁之间留下圆滑的相交处。

在一些实施例中，该方法还包括：剥离氧化物层后，在半导体基板的顶面上沉积第一材料层，该第一材料层至少覆盖凹穴的端壁和多个倾斜侧壁以及各个圆滑的相交处；并且从半导体基板的底面移除至少一部分半导体基板，以至少露出之前覆盖凹穴的端壁和与端壁相邻的各侧壁下部的区域中的第一材料层的底面。

在一些实施例中，该方法还包括：通过掩膜，使用各向异性蚀刻剂，蚀刻半导体基板顶面中的凹穴。

在一些实施例中，该方法还包括：在蚀刻之前，在半导体基板顶面上形成掩膜，该掩膜具有一个开口，通过该开口暴露半导体基板的顶面，并且掩膜中的开口具有多个直边。

在一些实施例中，掩膜中的开口是矩形形状的。

在一些实施例中，各向异性蚀刻剂为氢氧化钾。