CN1768000A - 使用毫微多孔性介电熔块的电渗泵 - Google Patents

使用毫微多孔性介电熔块的电渗泵 Download PDF

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Abstract

一种电渗泵可利用半导体加工技术由毫微孔开孔介电熔块制造成。这种熔块可以使得电渗泵具有更好的抽吸性能。

Description

使用毫微多孔性介电熔块的电渗泵
技术领域
本发明整体涉及电渗泵，尤其涉及利用半导体制造技术由硅制造成的这种泵。
背景技术
电渗泵利用电场来抽吸流体。在一种应用情况下，它们可以利用半导体制造技术制成。然后，可以将它们应用于冷却集成电路，例如微处理器。
例如，一种集成电路电渗泵可以作为分离式单元操作来冷却集成电路。替代地，电渗泵可以与待冷却的集成电路形成一体。因为由硅制成的电渗泵具有极小的形状因数，所以它们可以有效地冷却较小的装置，例如半导体集成电路。
这样，就需要通过更好的途径来利用半导体制造技术形成电渗泵。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的实施例工作情况的示意图；
图2为本发明一个实施例在制造早期阶段的放大剖视图；
图3为根据本发明一个实施例在制造随后阶段的放大剖视图；
图4为根据本发明一个实施例在制造随后阶段的放大剖视图；
图5为根据本发明一个实施例在制造随后阶段的放大剖视图；
图6为根据本发明一个实施例在制造随后阶段的放大剖视图；
图7为根据本发明一个实施例在制造随后阶段沿图8中线7-7剖开的放大剖视图；
图8为根据本发明一个实施例的如图8中所示实施例的俯视图；
图9为根据本发明一个实施例的完整结构的放大剖视图；以及
图10为本发明一个实施例的放大剖视图。
具体实施方式
参看图1，由硅制成的电渗泵28能够通过熔块18来抽吸流体例如冷却流体。熔块18可以联接于用于产生电场的电极30的两端，所产生的电场造成液体通过熔块18输送。这种过程称作电渗效应。例如，在一个实施例中，液体可以是水，而熔块可以包括二氧化硅。在这种情况下，来自熔块壁上的羟基的氢去除质子化，从而导致沿着壁的氢离子过量，如箭头A所示。氢离子响应于电极30所施加的电场而运动。由于这些离子与水原子之间存在拖曳力，所以不带电的水原子也响应于所施加的电场而运动。
因此，在没有任何运动零件的情况下就可以实现抽吸效应。此外，这种结构可以由硅以极小的尺寸制成，从而使得这些装置可以用作用于冷却集成电路的泵。
根据本发明的一个实施例，熔块18可以由具有开放式毫微孔的开连室介电薄膜制成。通过术语“毫微孔”用来指具有大约10至100毫微米的孔的薄膜。在一个实施例中，开孔多孔性可以利用溶胶-凝胶过程引入。在本实施例中，开孔多孔性可通过烧尽孔相引入。然而，形成具有大约10至100毫微米的互连孔或开孔的介电薄膜的任何过程都可以适用于本发明的一些实施例中。
例如，举少许例子来说，适用的材料可以由有机硅酸盐树脂、化学感应相位分离以及溶胶-凝胶形成。这些产品的商业购买源可以从提供用于极低介电常数介电薄膜半导体用途的那些薄膜的大量制造商处获得。
在一个实施例中，开孔干凝胶可以利用几何尺寸为20毫微米的开孔制造成，其通过若干数量级增加了最大抽吸压力。干凝胶可以由极性更低的溶剂如乙醇形成以便避免发生因水张紧而冲击干凝胶造成的任何问题。另外，泵可以利用逐渐混合六甲基二硅氮烷(HMDS)、乙醇和水而启动，以便减少表面张力。一旦泵随着水而处于运转中，则由于表面张力的作用，泵的侧壁上就可能没有净力。
参看图2-9，利用毫微孔开孔介电熔块18制造电渗泵28的过程通过制作图案与蚀刻来确定电渗槽而开始。
参看图2，在一个实施例中，薄介电层16可以生成于槽上。替代地，薄蚀刻层或抛光停止层16，例如氮化硅，可以通过化学汽相沉积来形成。还可以使用其它技术来形成薄介电层16。例如，毫微孔介电层18可以随后通过旋压沉积来形成。在一个实施例中，介电层18可以是溶胶-凝胶形式。可以容许将沉积的介电层18硬化。
然后，参看图3，可以将图2的结构进行抛光或蚀刻回停止层16。因此，可以将毫微孔介电熔块18限定于层16内，填充着衬底槽。
接下来参看图4，在本发明的一个实施例中，开口24可以限定于抗蚀层22中。开口24可以有效地使得电连接能够形成于熔块18的端部。这样，所形成的开口24就可以一直到沉积氧化层20，该氧化层20可以封装底层的熔块18。在一些实施例中，可能并不需要沉积氧化层20。
抗蚀层22的图案如图4中所示，外露区域受到蚀刻并随后用作掩模以便沿着毫微孔介电层18形成槽26，如图5中所示。一旦槽26形成之后，金属30就可以沉积于晶片之上。在一个实施例中，可以使用溅射方法来沉积金属。金属可以通过提升技术的蚀刻方法来去除，以便只将金属在槽26的底部处留在槽中，如图6中所示。有利地，金属30被制造得尽可能薄，以避免吸留液体接近熔块18的外露边缘区域，该区域最终将用作泵28的入口和出口。
参看图7，化学汽相沉积材料34可以形成于熔块18上并且可以利用光致抗蚀剂制作图案并进行蚀刻，如32处所示，以便为形成图8中所示的微通道38作准备。微通道38用作将液体输送至泵41的其余部分以及从泵41的其余部分输送液体的管道。另外，电互连36可以通过沉积金属(例如通过溅射)并且在选定区域中将金属去除(例如通过平版印刷制作图案并蚀刻晶片以便使得电流能够供给触点30)来制造。这种电流建立了用于通过泵28抽吸流体的电场。
参看图9，流体可以流过微通道38并且通过穿过第一触点30之上而进入熔块18。流体在电场及前述的分解过程作用下而被抽过熔块18。因此，流体就通过泵28而得以抽吸，该流体可以是水。
参看图10，在本发明的一个实施例中，衬底10可以被分成小片，每个小片40可以固定于待冷却的小片42上。例如，作为一个实例，小片40和42可以通过二氧化硅粘结技术而互相连接。替代地，泵28可以在晶片阶段中直接形成于待冷却的小片42中，例如其后侧。
尽管上文已经参看有限数量的优选实施例对本发明进行了描述，但本发明所述领域的普通技术人员将会理解由此可做出大量的变型及改型。附属权利要求意欲覆盖所有这些变型及改型，它们都属于本发明的精神实质及范围内。

Claims (17)

1.一种方法，包括：
在半导体晶片中形成槽；
在所述槽中形成毫微孔开孔电介质；以及
利用电介质作为熔块以便形成电渗泵。
2.根据权利要求1所述的方法，包括在用毫微孔开孔电介质填满槽之前在所述槽中形成介电层。
3.根据权利要求1所述的方法，其中用毫微孔开孔电介质形成槽的步骤包括用溶胶-凝胶填满槽。
4.根据权利要求3所述的方法，包括容许溶胶-凝胶硬化。
5.根据权利要求1所述的方法，包括将所述晶片分成小片并且将至少一个所述小片固定于待冷却的集成电路上。
6.一种电渗泵，包括：
半导体小片；
形成于所述小片中的槽；
位于所述槽中的毫微孔开孔电介质；以及
一对电极，其位于所述槽的两侧以便施加跨过所述电介质的电场。
7.根据权利要求6所述的泵，其中所述开孔电介质为溶胶-凝胶。
8.根据权利要求6所述的泵，其中所述电极由所述电介质的两侧上的溅射金属形成。
9.根据权利要求6所述的泵，包括位于所述电介质与所述小片之间的第二介电层。
10.根据权利要求6所述的泵，包括在所述电介质的两端上形成于所述小片中的流动通道。
11.根据权利要求10所述的泵，其中所述流动通道容许流体流过电极并穿过所述电介质。
12.根据权利要求6所述的泵，其中所述电介质包括干凝胶。
13.一种电渗泵，包括：
半导体衬底；
形成于所述衬底中的槽；
位于所述槽中的电介质；
一对电极，其位于所述电介质的两侧以便施加跨过所述电介质的电场；以及
所述电介质具有毫微孔开孔结构以便使得流体可以流过跨过所述电介质的所述开孔结构。
14.根据权利要求13所述的泵，其中所述电介质为溶胶-凝胶。
15.根据权利要求13所述的泵，包括位于所述电介质与所述衬底之间的第二介电层。
16.根据权利要求13所述的泵，包括通过所述电介质形成的通道，以便容许流体流过所述电介质中的所述结构。
17.根据权利要求13所述的泵，其中所述电介质包括干凝胶。
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