JPH0482750A - 多孔質酸化シリコン層を有するシリコン基板 - 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ＩＣ，光スィッチ等の基板、
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
適に利用できるシリコン基板とその製造方法に係り、特
にサーマルヘッドの蓄熱層や断熱層等をなす部分が多孔
質酸化シリコンによって形成されたシリコン基板および
その製造方法に関するものである。

「従来の技術」 第１Ｏ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＆ｊ２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ｓ３
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）に接し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、インクリボンのインクを熱転写したり、記録
媒体を発色させることかできる。

二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、ガ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、熱伝導率が小さくかつ熱
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）が知られている。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１１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１こものである。そしてこのＰ
Ｏ５製の蓄熱層１２の上には、無孔質酸化シリコン層１
３、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。

ところで、上記シリコン基板１１においては、ＰＳを熱
酸化してＰＯ３にする際に体積か約２２倍増加するため
、形成された蓄熱層Ｉ２に内部応力（圧縮応力）が残留
して、シリコン基板＋１か大きく反る問題がある。

実際に上記基板１１を製造すると、ＰＯ５からなる層（
蓄熱層１２）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シリコン基板１１は
実用性に欠けるものであった。

本発明者らはこの問題に対処するために鋭意研究を重ね
た結果、多孔質酸化シリコンからなる層をシリコン基板
１１の表面に点在させることによって、前記問題を解決
できることを見出だした。

第１２図は、本発明者らが初期に製作したサーマルヘッ
ド用シリコン基板である。

このシリコン基板は、平面形状が矩形の多孔質酸化シリ
コン層（以下、ＰＯ３層と記す）２６・がシリコン基板
２０の表面に部分的に形成されたものである。

このシリコン基板２０は、ＰＯＳ層を形成すべき部分（
以下、被処理部分と記す）を除いてシリコン基板２０の
表面を酸化タンタル等からなるマスクで覆い、これをフ
ッ化水素酸水溶液中で陽極化成することによって製造さ
れる。

このシリコン基板２０に、発熱抵抗体層３、導体層４お
よび保護層５を順次積層すると、第１３図に示すサーマ
ルヘッドを得ることかできる。

前記シリコン基板２０においては、基板全体の反りを大
幅に改善できる利点がある。

ところが前記シリコン基板２０においては、２０８層２
６・・の周囲に局所的に大きな内部応力が残留しており
、多孔質酸化ンリコン層２６の幅が０　、５　ｍｍ以上
あるいは厚さが１０μｍ以上になると、第１４図に示す
ように、基板２０の裏面側が多孔質酸化ンリコン層２６
・・の外周部の位置で大きく凹む。このためこのシリコ
ン基板２０では、露光処理時等に真空チャックによる固
定を行えない場合があった。また、露光時にフォトマス
クをコンタクトするとシリコン基板か割れる場合があっ
ｆこ。

本発明は、表層部分に部分的に多孔質酸化シリコン層が
形成されたシリコン基板であって、かつ裏面側の局所的
な反りも極めて小さいシリコン基板を提供することを目
的とする。

「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
、多孔質酸化シリコンからなる層の周縁部が外方に向か
って徐々に薄くなるように形成されたものである。

このシリコン基板を製造する方法としては、２０８層を
形成するための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方法が好適である。

前記マスクとしては、フォトレジ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、耐酸性に優れたものが用いら
れる。耐酸性に優れたフォトレジストとしては、環化ブ
タジェンゴム系ポリマー（例えば、環化ポリブタンエン
）、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。こ
の種の有機物膜を用いた場合には、有機物膜のシリコン
基板に対する密着性が適度に弱いので陽極化成時にマス
クの下に若干電界液が侵入してマスクの縁部の下か浅く
陽極化成される。この結果、周縁部が外方に向かって徐
々に薄くなる多孔質酸化シリコン層が自ずと形成される
。

また前記酸化膜としては、酸化タンタル（ＴａｙＯｓ）
からなる膜や、酸化クロム（ｃｒｚｏｓ）からなる膜が
好適に用いられる。この種の膜はシリコン基板に対する
密着性が強く、陽極化成時に電界液がマスク下侵入する
ことがないので、周縁部が外方に向かって徐々に薄くな
る多孔質酸化シリコン層を得るためには、陽極化成処理
の而に陽極化成され易いあるいは侵食され易い層をシリ
コン基板の表面に薄く形成しておくとよい。

多孔質シリコンを酸化させて多孔質酸化シリコンにする
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
さらす方法なとが好適に利用できる。

なお、本発明のシリコン基板を製造する際にマスクとし
て使用できる材料は、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、ＰＯ５からなる層
が外方に向かって徐々に薄くなるように形成されている
ので、２０８層を形成する際の体積増加に伴う内部応力
が１箇所に集中せず広い範囲に解放される。

「実施例」 （実施例） 第１図は本発明のシリコン基板の一実施例を示すもので
ある。

このシリコン基板３０は、シリコン基板３０の表層部分
に部分的にＰＯＳ層３Ｉが形成されたものである。この
ＰＯ８層３１の平面形状は、角部が丸められた四角形と
されている。このＰＯ９層３１の周縁部は、第３図に拡
大して示すように、外方に向かって徐々に薄くなるよう
に形成されている。

つぎにこのシリコン基板３０の製造方法を、第４図〜第
７図に沿って説明する。

■　このシリコン基板３０を製造するには、まず第４図
に示すシリコン基板３０を用意した。この基板３０とし
ては、抵抗率が０．０１ΩｃＩＩｌのＰ型基板を用いた
。

■　次に第５図に示すように、シリコン基板３０にフォ
トレジスト３２、例えばネガレノスト（ＣＢＲ−Ｍ９０
１　：日本合成ゴム製）を塗布し、フォトリソグラフィ
ーによってパターニングした。

■　ついで白金板を陰極にした電解槽に２０ｖｔ％のフ
ッ化水素酸水溶液を入れ、シリコン基板３０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６図に示すように、フォト
レジスト３２の開口部での深さが３２μｍ、気孔率８０
％のＰＳ層３３が形成された。

形成されたＰＳ層３３の周囲は、フォトレジスト３２に
覆われた部分に若干侵入していた。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７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３３を酸化
した。この酸化によってＰＳ層３３の体積が増大し、基
板３０表面から隆起した２０８層３１が形成された（第
１図番ｆｆ）。このＰＯＳ１１３Ｉの周囲は、外方に向
かって徐々に薄くなっていた。ＰＯ５層３１の高さは３
〜５μｍであった。

またこのＰＯＳ層３１の周囲のシリコン基板３０の表面
には、第３図に示すように、厚さ０．２〜０．５μｍの
５ＩＯ２層２４が形成されていた。

この後シリコン基板３０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８図に示すサーマルヘッ
ドが得られる。

このシリコン基板３０にあっては、２０８層３１の外周
部分が外方に向かって徐々に薄くなるように形成されて
いるので、ＰＯ９層３０を形成する際の体積増加に伴う
内部応力が１箇所に集中せず広い範囲に分散される。よ
ってこのシリコン基板２０は裏面側の反りが緩やかにな
る。そしてこのシリコン基板３０は、真空チャックによ
り確実に固定できるうえ、フォトマスクを接触させたと
きには割れる心配のない、実用的なものとなる。

（他の製造例１） 次に前記実施例に示したシリコン基板の製造方法の他の
例を説明する。

この製造方法では、まず第９図に示すように、準備した
シリコン基板３０の表面に薄くダメージ層３５を形成す
る。ダメージ層３５は、アルゴンなどの不活性ガスのイ
オンを照射すると形成できる。具体的には、圧力１．０
ｘｌＯ−’　〜３．０Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ程度のアルゴ
ン雰囲気下、高周波電力（ＲＦｌ［力）０゜３〜Ｉｋｖ
でシリコン基板３０の表面をスパッタリングすることに
よって形成できる。

このようにダメージ＆ｉ３０を形成したあと酸化タンタ
ル製のマスクを形成し、ついで萌記■工程〜■工程と同
様の処理を行うと、前記第１図に示したシリコン基板２
０を製造できる。

この製造方法では、ダメージ層３５に多くの格子欠陥が
存在するので、陽極化成処理時にダメージ層３５が激し
く侵食されてマスクの周縁部の下も若干陽極化成される
。従ってこの製造方法によれば、基板３０に対する密着
性の強い酸化タンタル製マスクを用いても前記実施例１
のシリコン基板３０を製造できる。

なおこの製造方法では、ダメージ層３５を形成する手段
として、アルゴンや酸素のイオンのプラズマにシリコン
基板３０をさらす方法や、イオンビームをシリコン基板
３０に照射する等の方法を採用することもできる。

またマスクとしては、酸化クロム製のものや、ネガレジ
スト膜等も利用できる。

さらに、不活性ガスとしては前記アルゴンの他にヘリウ
ムやネオン等も利用できる。

（他の製造例２） この製造方法では、準備しｆこシリコン基板３０の表面
ｊこ、まずホロンあるいはアルミニウムを高濃度にドー
プし１こ層を形成する。

ポロンをシリコン基板３０表面にドープする方法として
は、シリコン基板３００表面にホ。ンイオンを照射した
り、ポロンの高濃度拡散剤（例えば東京応化製ＰＢＰ塗
布液）をシリコン基板３０表面に塗布し、９００〜１２
００℃で拡散させたあと表面に生じた酸化ホロン（Ｂ　
、ｏ　３）膜を除去する方法がある。

またアルミニウムをシリコン基板３０表面に拡散する方
法としては、スパッタリング等で厚さ５００〜５０００
人のアルミニウム膜を形成し１こ後これを真空中で７０
０〜１２００°Ｃに加熱してアルミニウムを拡散させ、
ついで表面に残留し１ニアルミニウムを除去する方法が
好適である。

このようにしてポロンやアルミニウムかドープされｆコ
層を形成した後は、前記した製造方法と同様にマスクを
形成し陽極化成処理等を行う。

この製造方法では、ボロンやアルミニウムがドープされ
た表面の抵抗値が小さく優先的に陽極化成されるので、
シリコン基板３０に対する密着性の強いマスクの周縁部
の下の部分も浅く陽極化成される。この結果この製造方
法によれば酸化タンタル製マスク等を用いても外周部が
外方に向かって徐々に薄くなる１０８層２６を有するシ
リコン基板２０を製造できる。

署発明の効果−１ 以上説明したように、本発明の多孔質酸化ンリコン層を
有するシリコン基板は、多孔質酸化シリコンからなる層
の周縁部が外方に向かって徐々に薄くなるように形成さ
れたものなので、多孔質酸化ンリコン層を形成する際の
体積増加に伴う内部応力が１箇所に集中せず広い範囲に
分散される。

よって本発明のシリコン基板は裏面側の反りか小さいも
のとなる。そして本発明のシリコン基板は、真空チャッ
クにより確実に固定できるうえ、フォトマスクを接触さ
せたときにも割れる心配のない、実用的なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の多孔質酸化シリコン層を有するシリコ
ン基板の一実施例を示す断面図である。 第２図は同実施例を示す平面図である。 第３図は第１図中Ａ部を示す拡大図である。 第４図ないし第７図は実施例の多孔質酸化ンリコン層を
有するシリコン基板を製造する方法の各工程を説明する
ための断面図である。 第８図は実施例のシリコン基板を用いて製造され１ニサ
ーマルヘツトを示す断面図である。 第９図は（他の製造例１）の−工程を示す断面図である
。 第１０図は蓄熱層か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１１図は蓄熱層が多孔質酸化シリコンによって形成さ
れた従来のサーマルヘッドを示す断面図である。 第１２図は先に本発明者らが提案したシリコン基板を示
す断面図である。 第１３図は同シリコン基板を用いたサーマルヘッドを示
す断面図である。 第１４図は従来のシリコン基板の問題点を説明する断面
図である。 第を図 第２図 第３図 ス ３０・・・　シリコン基板、３１・・・・多孔質酸化シ
リコン層（Ｐ　ＯＳ層）。 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 シリコン基板の表層部分に、部分的に多孔質酸化シリコ
   ンからなる層が形成された多孔質酸化シリコン層を有す
   るシリコン基板において、 前記多孔質酸化シリコンからなる層の周縁部が外方に向
   かって徐々に薄くなるように形成されていることを特徴
   とする多孔質酸化シリコン層を有するシリコン基板。