JPH0473162A - 多孔質酸化シリコン層を有するシリコン基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、熱転写式プリンターや感熱式プリンターを構
成するサーマルヘッド、光ＩＣ１先スイツチ等の基板、
すなわち断熱性と放熱性とを同時に要求される基板に好
適に私用できるシリコン基板とその製造方法に係り、特
にサーマルヘットの蓄熱層や光スィッチの断熱層等をな
す部分か多孔質酸化シリコンによって形成されたノリコ
ン基板およびその製造方法に関するものである。

「従来の技術」 第１８図は、従来のサーマルヘッドを示すものである。

このサーマルヘッドは、アルミナ基板ｌ上に部分的にガ
ラスグレーズ製の蓄熱層２が形成されたものである。こ
れら蓄熱層２と基板ｌの上には、発熱抵抗体層３が形成
されている。この発熱抵抗体層３の上には、この層３に
電流を供給するための導体層４が形成されている。そし
て基板１上には、これら導体層４と抵抗体層３とよって
発熱部６がドツト状に形成されている。そしてこれらの
上には、これらを酸化ならびに摩耗から保護するための
保護層５が積層されている。

このサーマルヘッドは、インクリボンあるいは感熱紙な
どの記録媒体（図示せず）に押し付けられた状態で使用
される。そしてサーマルヘッドの発熱部６に電流を印加
して発熱させると、インクリホンのインクを熱転写した
り、記録媒体を発色させることができる。

このようなサーマルヘッドの熱効率を向上する手段とし
ては、カラスグレーズ製の蓄熱層２を厚くして熱容量を
増加せしめ、蓄熱量を増加させる手段がある。

ところがこのようにガラスグレーズ製蓄熱層２を厚くす
ると、発熱後の温度降下に要する時間が長くなり、サー
マルヘッドの熱応答性が損なわれるという問題が生じる
。

このような問題が生じるのを避けつつ、サーマルヘッド
の熱効率を向上するためには、熱伝導率か小さくかつ熱
容量が小さい蓄熱層を設けると良い そのような蓄熱層を形成できる材料としては、多孔質酸
化シリコン（Ｐｏｒｏｕｓ　０ｘｉｄｉｚｅｄ　５ｉｌ
ｉｃｏｎ以下ＰＯＳと略称する）か知られている。ＰＯ
Ｓは、耐熱性が高く、十分な機械的強度も有している。

ＰＯＳを用いて蓄熱層を形成したサーマルヘッドとして
は、特開昭６３−２５７６５２号にて提案されたものが
ある。このサーマルヘッドは、第１９図に示すように、
ＰＯＳによって形成された蓄熱層１２がシリコン基板１
１の表面全域に形成されたものである。そしてこのＰＯ
Ｓ製の蓄熱層１２の上には、無孔質酸化ノリコン層Ｉ３
、発熱抵抗体層３、導体層４、保護層５が順次積層され
ている。

このサーマルヘッドをなすシリコン基板１１の製造方法
としては、フッ酸とアルコールと水とからなる電解液（
フッ化水素酸水溶液）中でシリコン基板１１を陽極化成
して多孔質シリコン（Ｐ　ｏｒｏｕｓＳｉｌｉｃｏｎ；
以下、ＰＳと略称する）からなる層を形成し、ついでこ
のＰＳからなる層を熱酸化する方法が知られている。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上記シリコン基板！ｌにおいては、ＰＳを熱
酸化してＰＯＳにする際に体積が約２２倍増加するたぬ
、形成された蓄熱層Ｉ２に内部応力（圧縮応力）か残留
して、ノリコン基板１１が大きく反る問題がある。

実際に上記基板ＩＩを製造すると、ＰＯＳからなる層（
蓄熱層＋２）を厚さ２５μｍに形成した場合、基板１１
は１インチ当たり１ｍｍ反る。この反りは、市販のアル
ミナセラミックス製基板の反りの約１０倍である。この
ような大きな反りが生じるため上記ノリコン基板ＩＩは
実用性に欠けるものであった。

本発明の目的は、多孔質酸化シリコン（Ｐ　ＯＳ　）製
の層を有するシリコン基板で反りの小さなものを提供す
ること、およびその製造方法を提供することにある。

「課題を解決するための手段」 本発明の多孔質酸化シリコン層を有するシリコン基板は
、シリコン基板の表面部分に、多孔質酸化ノリコンから
なる層を点在させたものである。

このノリコン基板を製造する方法としては、点在する被
処理部分を除いてノリコン基板の表面をマスつて覆い、
このンリコン基板ヲフッ化水素酸水溶液中で陽極化成し
て、マスクで覆われない被処理部分に多孔質ノリコンを
生成させ、この後、形成された多孔質ノリコノを酸化さ
せる方法か好適である。

前記マスクとしては、フォトレノストや酸化膜が好適に
用いられる。

フォトレジストとしては、耐酸性に優れｆこものが用い
られる。耐酸性に優れたフォトレノストとしては、環化
ブタジェンゴム系ポリマー（例えば、環化ポリブタノエ
ン）、環化イソプレンゴム系ポ。

リマー（例えば、環化ポリイソプレン）等の環化炭化水
素系ポリマーを主成分とするメサエッチ用ネガレジスト
等が好適に用いられる。

また前記酸化膜としては、酸化タンタル（Ｔａ２０ｓ）
からなる膜や、酸化クロム（ｃ　ｒｔｏ　３）からなる
膜や、好適に用いられる。

多孔質シリコンを酸化させて多孔質酸化ノリコンにする
方法には、酸素が存在する雰囲気下で、基板を８５０〜
〜１０００℃に加熱する熱酸化法や、プラズマに基板を
さらす方法などが好適に利用できる。

なお、本発明のシリコン基板の製造方法において、マス
クとして使用できる物質としては、前記酸化タンタルや
酸化クロム、フォトレジストに限定されるものではなく
、種々の不働態膜やフッ化水素酸に侵されない絶縁物で
ある窒化ケイ素、サイアロン等も用いることもできる。

マスクとして窒化ケイ素膜やサイアロン膜を用いた場合
、窒化ケイ素のパターン形成や除去はドライエツチング
によって行うことができる。また、フッ化水素酸に侵さ
れないマスク用材料としては、モリブデン（Ｍｏ）、タ
ングステン（Ｗ）なども利用できる。これらＭＯやＷを
マスク材に用いる場合は、マスクを厚く形成することが
望ましい。

「作用」 この発明のシリコン基板にあっては、ＰＯ８からなる層
が点在されているので、ＰＯＳ層中に生しる残留内部応
力（圧縮応力）が分散される。

「実施例」 （実施例Ｉ） 第１図は、本発明の多孔質酸化ノリコン層を有するノリ
コン基゛板の一実施例を示すものである。

このノリコン基板２０の表面部分には、多孔質酸化ノリ
コンからなる層（以下、ＰＯ９層と記す）２６・・が点
在されている。各ＰＯ５層２６の平面形状は、第２図に
示すように隅部２０ａか丸められた四角形状とされてい
る。丸められた隅部２０ａの半径は、３０μｍ以上に設
定されている。また各ＰＯＳ層２６の大きさは、幅×長
さ一約ｌｍｍＸ５０ｍｍとされている。またこれら２０
８層２６間の間隔は、２ｍｍ以上に設定されている。

このシリコン基板２０においては、ＰＯ５層２６・・が
点在されているので、ＰＯＳ層２６　内に生じる残留内
部応力（圧縮応力）が分散される。従ってこのシリコン
基板２０ては、基板２０全体の反りが小となる。

またこのシリコン基板２０では、ＰＯＳ層２６の隅部２
０ａが丸められているので、ＰＯ５層２６に隅部２０ａ
からクラックが入るのを防止てきる。

（実施例２） 次に前記実施例Ｉのノリコン基板２０を酸化タンタル製
のマスクを用いて製造する方法およびこのシリコン基板
２０を用いたサーマルヘッドを、第３図ないし第９図に
沿って説明する。

この製造方法では ■　まず、第３図に示すノリコン基板２０を用意した。

このシリコン基板２０には、抵抗率が０．Ｏ１９・ｃｍ
のＰ型基板を用いた。

■　次に第４図に示すように、このシリコン基板２０上
にタンタル［２１をスパッタリングした。

このタンタル膜２１の膜厚は、０．１〜０，５μｍ程度
が好適であった。フォトリソグラフィーによって蓄熱層
形成予定領域２２の部分にあるタンタル膜２１をエツチ
ングして、シリコン基板２０の表面を露出させた。

■　次に大気中で５００〜１０００℃の温度で熱酸化を
行い、第５図に示すように前記タンタル膜２１の表面部
分に酸化タンタル膜２３を形成した。

この酸化タンタル膜２３の厚さは酸化処理する際の温度
に依存する。また、この際に前記蓄熱層形成領域２２の
ノリコンの表面も酸化されて５ｉＯｚ膜２４が形成され
た。

■　次に白金板を陰極にした電解槽に濃度２（ｌｖｔ％
のフッ化水素酸水溶液を入れ、上記ノリコノ基板２０を
陽極として白金板と対向させ、直流で陽極化成処理しに
。処理条件は、電流密度５０　ｍ　Ａ　／″ｃｍ’、処
理時間２０分であった。

酸化タンタルは不動態であり、フッ化水素酸によって腐
食されないため、ノリコン基板２０上に形成された前記
酸化タンタル膜２３はマスクの役割を確実に果たす。そ
してノリコン基板２０上の酸化タンタル膜２３の形成さ
れていない部分、すなわち蓄熱層形成予定領域２２のみ
に、厚さ４０μｍ、気孔率８０％の多孔質ノリコン層（
以下、２８層と記す）２５が形成された。このＰＳ層２
５の厚さは陽極化成処理する時間によって自由に制御す
ることが可能であった。

前記のように陽極化成するときに、酸化タンクル膜２３
が絶縁破壊されることが懸念されるが、蓄熱層形成予定
領域２２の面積か小さいので、約０．４Ｖという小さい
電圧を印加するだけで、この領域２２のノリコン基板表
面を陽極化成する際に必要な電流密度、約５０　ｍＡ　
／　ｃｍ”を得ることができる。従って、陽極化成の際
に絶縁破壊か起こることはない。

■　次に、十分洗浄を行った後、第７図に示すように、
前記シリコン基板２０上のタンタル膜２１および酸化タ
ンタル膜２３をドライエツチングによって除去した。

■　次に十分洗浄を行った後、加湿酸素中において８５
０℃〜１０００℃で熱酸化を行い、前記２８層２５を酸
化した。

このＰＳ層２５を酸化処理したとき、多孔質シリコン（
ＰＳ）が多孔質酸化シリコン（Ｐ　ＯＳ　）に変化する
のに伴って体積が増加し、第８図に示すように、凸条の
ＰＯＳ層２６が形成された。この２０８層２６の凸部の
突出高さは３〜５μｍである。

この酸化処理の際にノリコン基板２０の表面も酸化され
て、ＰＯＳ層２６の周囲には厚さ０．２〜０５μｍの８
１０．膜２４か形成された。

このように形成されｆニンリコン基板２０には必要に応
じて無孔質酸化シリコンやサイアロン等の無孔質絶縁膜
をスパッタリングによって被覆してもよい。

第９図は、前述のようにして製作されたシリコン基板２
０の２０８層２６・・・を蓄熱層に用いたサーマルヘッ
ドを示すものである。このサーマルヘッドは、Ｔａ２Ｎ
、Ｔａ　　Ｃｒ　　Ｎ、Ｔａ　　５ｉｆｔ等をスパッタ
することによりシリコン基板２０上に厚さ０．０５〜０
３μｍの発熱抵抗体層３が形成されたものである。この
発熱抵抗体層３の上には、ＡＱＮｉ−Ｃｒ／Ａｕを蒸着
して形成された厚さ１〜２μｍの導体層４が設けられて
いる。ＰＯＳ層２６の突出した部分では、導体層４がフ
ォトリソグラフィによってエツチングされて除去されて
発熱部６が形成されている。そしてＰＯＳ層２６の両側
部で発熱抵抗体層３と導体層４とが接続された構造とな
っている。このサーマルヘットの最外部によ、Ｓ　＋Ｏ
ｔ／　Ｔ　ａ２０５．サイアロン等をスパッタリングす
ることによって形成された厚さ５〜７μｍの保護層５か
設けられている。

この実施例の製造方法によれば、マスクとなる酸化タン
タル膜が陽極化成処理の際に用いられたフッ化水素酸水
溶液に対して耐性を有するので、実施例１のノリコン基
板を確実に製造できる。

（実施例３） 次に、シリコン基板の製造方法の第二実施例を説明する
。

この製造方法の前半の工程は、前記実施例２の■〜■の
工程と同一である。

この例の製造方法が前記実施例２の方法と異なる点は、
シリコン基板２０を陽極化成して前記第６図に示された
ようにＰＳＦｉ２５を形成した後、タンタル膜２１およ
び酸化タンタル膜２３を除去せずに（前記■工程を行わ
ずに）、直ちにＰＳ層２５を８５０℃〜１０．００℃で
熱酸化処理してＰＯ５層２６とした点である。

このようにして製造されたシリコン基板２０は、第１Ｏ
図に示すように、２０８層２６の外周部および２０８層
２６か形成されていない部分に、タンタル膜２１および
酸化タンタル膜２３によって覆われたものとなる。

このシリコン基板２０の上に、実施例２と同様の方法で
発熱抵抗体層３、導体層４および保護層５を形成すると
、第１１図に示すサーマルヘッドか得られる。

この製造方法によれば、ＰＯＳ層２６・が点在するシリ
コン基板２０を効率良く製造できる。

（実施例４） 実施例３の製造方法と比較して、タンタルの代わりにク
ロムをスパッタリングした点のみ異なる方法でシリコン
基板を製造した。

この製造方法によれば、シリコン基板２０に形成された
クロム膜を酸化して得られた酸化クロム膜が、陽極化成
処理に用いたフッ化水素酸水溶液に対して耐性を有する
ので、２０８層２６・が点在したシリコン基板２０を効
率良く製造できる。

（実施例５） 第１２図〜第１７図は、シリコン基板の第４の製造方法
の各工程を示すものである。

■　この実施例では、まず第１２図に示すシリコン基板
２０を用意した。この基板２０としては、抵抗率が０．
０１０ｃｍのＰ型基板を用いた。

■　次に第１３図に示す様に、シリコン基板２０にフォ
トレジスト３２、例えばネガレジスト（ＣＢＲ−Ｍ９０
１　：日本合成ゴム製）を塗布し、フォトリソグラフィ
ーによってバターニングした。

■　ついで白金板を陰極にした電解槽に２０ｗｔ％のフ
ッ化水素酸水溶液を入れ、・シリコン基板２０を陽極と
して、直流５０　ｍＡ　／　ｃｍ’の電流密度で１６分
間陽極化成を行ったところ、第１４図に示すように、フ
、１　）レジスト３２の開口部での深さが３２μｍ１気
孔率８０％のＰＳ層２５が形成された。

形成されたＰＳ層２５の周囲は、フォトレジスト３２に
覆われた部分に若干進出していた。この部分の深さは、
フォトレジスト３２の開口部から離れるに従って徐々に
浅くなっていた。

■　次にフォトレジスト３２を除去して、第１５図に示
す状態とした。フォトレジスト３２の除去は市販の剥離
液、熱硫酸（硫酸＋過酸化水素水）によって簡単に行う
ことができた。

■　この後、十分に洗浄を行って、加湿酸素中で、８５
０℃〜１０００℃の熱酸化を行ない、ＰＳ層２５を酸化
した。この酸化によってＰＳ層２５の体積が増大し、基
板２０表面から隆起したＰＯＳ層２６が形成された。こ
のＰＯ５層２６の周囲は、徐々に薄くなっていた。ＰＯ
８層２６の高さは３〜５μｍであった。またこのＰＯＳ
層２６の周囲のシリコン基板２０の表面には、第１６図
に示すように、厚さ０．２〜０．５μｍのＳｉｎ、層が
形成されていた。

この後シリコン基板２０に発熱抵抗体層３、導体層４、
保護層５を順次積層すると、第１７図に示すサーマルヘ
ッドが得られる。

この製造方法によれば、フォトレジスト３２のシリコン
基板２０に対する接着力が適度に弱いので、陽極化成時
にフォトレジスト３２によって覆われた部分に電解液か
若干浸透して、この部分も浅く陽極化成処理される。こ
の結果、形成されるＰＳ層２５およびこれを酸化して得
られるＰＯ８層２６は、周辺部が外方に向かって徐々に
薄くなった形状となり、ＰＯＳ層２層内６内じる内部応
力がＰＯ９層２６の外周部に集中するのを避けることが
できる。このためこの製造方法で製作されたシリコン基
板２０は、ＰＯＳ層２６の周囲においても反りが小さく
、実用的なものとなる。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明の多孔質酸化シリコン層を
有するシリコン基板は、シリコン基板の表面部分に多孔
質酸化シリコンからなる層を点在させたものなので、多
孔質酸化シリコン層中に生じる残留内７部応力（圧縮応
力）が分散される。従って本発明の多孔質酸化シリコン
層を有するシリコン基板は、シリコン基板全体の反りが
非常に小さいものとなる。

また本発明のシリコン基板の製造方法として、点在する
被処理部分を除いてシリコン基板の表面をマスクで覆い
、このシリコン基板をフッ化水素酸水溶液中で陽極化成
して、マスクで覆われない被処理部分に多孔質ノリコン
を生成させ、この後形成された多孔質ノリコンを酸化さ
ける製造方法を採用すると、孔質酸化ノリフン層か点在
されたノリコン基板を確実に製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の多孔質酸化ノリコン層を有するシリコ
ン基板の一実施例を示す平面図である。 第２図は第１図中Ａ部を示す拡大図である。 第３図ないし第８図は実施例２の製造方法の各工程を説
明するための断面図である。 第９図は実施例２て製造されたサーマルヘッドを示す断
面図である。 第１０図は実施例３の製造方法の一工程を示す断面図で
ある。 第１１図は実施例３で製造されたサーマルヘッドを示す
断面図である。 第１２図ないし第１６図は実施例５の製造方法の各工程
を示す断面図である。 第１７図は実施例５で製造されたサーマルヘッドを示す
断面図である。 第１８図は蓄熱層がガラスグレーズで形成された従来の
サーマルヘッドを示す断面図である。 第１９図は蓄熱層が多孔質酸化シリコンによって形成さ
れに従来のサーマルヘッドを示す断面図である。 ２０・・・・シリコン基板、２３・・・・・・酸化タン
タル膜、２５・・・・・多孔質ンリコン層（ＰＳ層）、
２６・・・多孔質酸化ノリコン層（Ｐ　ＯＳ層）、３２
・・・・・・フォトレジスト。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン基板の表面部分に、多孔質酸化シリコン
   からなる層を点在させたことことを特徴とする多孔質酸
   化シリコン層を有するシリコン基板。
2. （２）点在する被処理部分を除いてシリコン基板の表面
   をマスクで覆い、このシリコン基板をフッ化水素酸水溶
   液中で陽極化成して、マスクで覆われない被処理部分に
   多孔質シリコンを生成させ、この後、形成された多孔質
   シリコンを酸化させることを特徴とする多孔質酸化シリ
   コン層を有するシリコン基板の製造方法。