JP2003347014A - 発熱素子、発熱基板、発熱基板製造方法、マイクロスイッチ及びフローセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定性、耐久性のよい発熱素子や基板及びそ
れらを効率よく高精度に製造する方法、それらを利用し
た機器を得る。 【解決手段】 少なくとも一部にホウ素等の不純物を拡
散させて導電性を具備させたＳｉ基板１を材料とし、角
部分をとった又は丸みを持たせた１又は複数のスリット
を設けたヒータ部２をエッチング加工を施してシリコン
基板１に一体して作製した。それと同時に、ヒータ部２
の加熱状態を制御するために下部に設ける凹部を一体形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばマイクロス
イッチ（リレー）、センサ等、特に小型な装置に適した
発熱素子、その製造方法等に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電気的に開閉を行うスイッチ
と呼ばれる電気部品（装置）が用いられている。このよ
うなスイッチは、測定装置等の電子部品に組み込むため
に電子技術の発達とともに小型化され、例えばマイクロ
スイッチ（マイクロリレーともいう）と呼ばれる装置と
して提供されている。

【０００３】マイクロスイッチとは、例えば、導電性の
液体金属により固体電極間の開閉を機械的に行い、電気
接点の開閉や電気的接続が行われる電極の切り換え動作
を行うものである。マイクロスイッチでは、例えば、電
気的絶縁性を有する材料で密閉した細長いチャネルの内
壁の所定箇所に複数の電極（ここでは電極が２つの場合
について説明する）を露出成形させる。その上で、チャ
ネル内に電気的導電性を有する部材（例えば、ガリウ
ム、ガリウム合金、水銀等の液体金属）を封入し、液体
柱を形成する。液体柱の長さは、少なくとも２つの電極
間の距離以上である。そして、２つの電極を電気的に接
続する（閉じる）場合、液体柱を２つの電極に同時に接
触させる。また、２つの電極を電気的に接続しない（開
く）場合、２つの電極が液体柱に同時に接触しないよう
にする（液体柱を２つの電極に接触させない又は片方の
電極だけに接触させる）。特許文献１及び特許文献２に
は、導電性の液体により固体電極間の開閉を機械的に行
い、電気接点の開閉動作を行うマイクロスイッチが開示
されている。

【特許文献１】 特開昭４７−２１６４５号公報

【特許文献２】 特開平９−１６１６４０号公報

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この液体柱を移動させ
るため、チャネル内の空気（又は絶縁性、導電性の低い
気体、液体等）を加熱し、膨張等させて液体柱の両端に
圧力差を生じさせる発熱素子又はその素子に相当する部
分を有する基板がマイクロスイッチに設けられている。
従来、このようなマイクロスイッチ等で用いられる発熱
素子は、成膜した金属膜を基板上にパターニングして形
成したものである。

【０００５】そのため、基板との密着性が不安定になり
やすく、スイッチング動作の信頼性が不安定になること
が懸念される。また、導電性部材として水銀を使用する
場合、ヒータ材料である金属膜と水銀蒸気がアマルガム
（水銀との合金）を形成しまい、ヒータ特性が変化して
しまう。通常、このような場合、アマルガム形成を防ぐ
ため、発熱素子表面に例えばＳｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂ 等によ
り保護膜を形成するが、この保護膜を形成するための工
程も必要となるし、また、被覆性の問題により信頼性が
低下する、また保護膜自体の熱容量によって熱効率が悪
くなるといった弊害を生じることになる。

【０００６】そこで、本発明はこのような問題点を解決
した発熱素子や基板及びそれらを効率よく高精度に製造
する方法等、そして、それらを利用した機器を得ること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明に係る
発熱素子は、不純物を拡散させて導電性を具備させたシ
リコンを材料とし、１又は複数の開孔部を設けたもので
ある。したがって、金属膜を基板に貼り付けることな
く、マイクロマシーニングの技術を用いて素子を形成す
ることができるので、安定性、耐久性等に優れた発熱素
子を得ることができる。また、１又は複数の開孔部によ
り、外気等との接触面積を広くしたので、昇温効率がよ
い。

【０００８】また、本発明に係る発熱素子は、シリコン
の基板をエッチング加工して作製するものである。した
がって、寸法的に精度が高く、所望の発熱状態を実現で
きる発熱素子を得ることができる。

【０００９】また、本発明に係る発熱素子の開孔部はス
リットである。したがって、外気等との接触面積が広く
なり、昇温効率がよい。

【００１０】また、本発明に係る発熱素子において、ス
リットは、角部分をとった又は角部分に丸みを持たせた
スリットである。したがって、例えば、その後の素子作
製工程において、ウェットエッチングを行う工程がある
場合等、その角部分に加わる応力を拡散し、素子の破壊
を防ぐことができる。

【００１１】また、本発明に係る発熱素子の開孔部は貫
通孔である。したがって、外気等との接触面積が広くな
り、昇温効率がよい。

【００１２】また、本発明に係る発熱素子において、不
純物はホウ素である。したがって、シリコン基板を用い
た導電性のよい素子を得ることができる。また、ウェッ
トエッチングを行う際にも、エッチングストップが働く
ので、寸法的に精度のよい発熱素子を得ることができ
る。

【００１３】また、本発明に係る発熱基板は、電力供給
により発熱する部分と発熱する部分の下部に設けた凹部
とをシリコン基板に一体形成したものである。したがっ
て、特に他の基板と接合等を行わなくても、発熱部分の
下に底部を有する基板を得ることができる。特に一体形
成を行った場合には、精度よく所望する容積で凹部を形
成しやすくなる。また、このように発熱部分を架橋（サ
スペンド）構造にすることで、発熱部分から生じる熱の
基板への逸散を低減することができるので、発熱効率を
高めることが可能となる。したがって、このような発熱
基板を用いて、マイクロスイッチ或いはフローセンサを
作製した場合には、マイクロスイッチ或いはフローセン
サの消費電力を低減することが可能となる。

【００１４】上記シリコン基板が、Ｐ型又はＮ型のどち
らか一方の極性の半導体基板であり、上記発熱する部分
に上記シリコン基板と異なる極性の不純物が拡散されて
いることが好ましい。かかる構成をとることにより、発
熱部分の両端のシリコン基板と接触する部分にＰＮ接合
が形成されるので、発熱部分を構成する発熱体と基板を
絶縁することができ、基板への電流のリークを防止する
ことが可能となる。上記シリコン基板がＮ型半導体基板
であり、上記発熱する部分にＰ型不純物としてホウ素が
拡散されていることが好ましい。かかる構成をとること
により、発熱体と基板との絶縁が可能になるとともに、
ホウ素を用いることで、ウェットエッチングを行う際
に、エッチングストップが働くので、製造工程が容易と
なり、また、寸法的に精度のよい発熱素子（発熱部分）
を得ることができる。

【００１５】本発明の他の形態に係る発熱基板は、電力
供給により発熱する部分と上記発熱部分の下部に設けら
れた凹部との対がシリコン基板上に一体として複数形成
されており、発熱部分と凹部の各対間に該基板をチップ
化するためのブレーク溝が形成されている。かかる構成
をとることにより、発熱部分と凹部の対を有する基板
を、ダイシング等の特別な手段によらずにブレーク溝の
部分で容易にチップ化することが可能となる。したがっ
て、冷却水等により発熱部分（ヒータ部）を破損するこ
となく、歩留まりがよい。上記ブレーク溝がシリコン基
板の両面の対向する位置に形成されていることが好まし
い。ブレーク溝が両面に形成されていると、特に厚みの
ある基板を用いた場合に、より容易にチップ化し得る。

【００１６】また、本発明の別な態様に係る発熱基板
は、流体通路を横断し両端が基板に支持されている、１
又は複数の発熱体から構成される発熱部分と、前記基板
上に形成され、前記発熱体の両端に接続される配線と、
を少なくとも有し、前記配線が、前記発熱体と当該配線
の接続部において、前記発熱体の少なくとも一部に個別
に電力を供給し得るように分岐した形状を有し、当該分
岐形状部分の配線を切断することで、前記発熱部分の抵
抗を調整可能になされている。このように分岐状の配線
を有することで、発熱体の厚みのばらつき等により生じ
たヒータ部の抵抗の変化を、発熱基板の製造後に、当該
分岐状の配線を切断することで調整することが可能とな
る。また、このように、発熱体ではなく、基板上に形成
された配線を切断するので、切断によりショート等の問
題が生じることもない。

【００１７】また、本発明に係る発熱基板製造方法は、
電力供給により発熱する部分を形成する面側からシリコ
ン基板をエッチング加工し、発熱する部分と発熱する部
分の下部に設ける凹部とを一体形成したものである。し
たがって、特に他の基板と接合等を行わなくても、発熱
部分の下に底部を有する基板を得ることができる。特
に、エッチング加工において、その制御を行うことによ
り、凹部を精度よく所望する容積に形成することができ
る。また、シリコン基板は、発熱する部分と凹部との厚
み以上であればよいので、シリコン基板の選択の幅が広
がり、安価で取り扱いしやすい厚みを有するシリコン基
板を用いて作製することができ、コストを下げることが
できる。

【００１８】また、本発明に係る発熱基板製造方法は、
シリコン基板の少なくとも一部に導電性を具備させるた
めの不純物を拡散させる工程と、不純物を拡散させた部
分をドライエッチングし、電力供給により発熱する、開
孔部を有する発熱部分を形成する工程と、発熱部分を形
成した面側からシリコン基板をウェットエッチング加工
して、発熱部分の下部に設ける凹部を形成する工程とを
有するものである。したがって、特に他の基板と接合等
を行わなくても、発熱部分の下に底部を有する基板を得
ることができる。特に、エッチング加工において、その
制御を行うことにより、凹部を精度よく所望する容積に
形成することができる。また、シリコン基板は、発熱す
る部分と凹部との厚み以上であればよいので、シリコン
基板の選択の幅が広がり、安価で取り扱いしやすい厚み
を有するシリコン基板を用いて作製することができ、コ
ストを下げることができる。

【００１９】本発明の発熱基板製造方法は、また、シリ
コン基板の少なくとも一部に導電性を具備させるための
不純物を拡散させる工程と、前記不純物を拡散させた部
分をドライエッチングし、溝を形成して、電力供給によ
り発熱する発熱体から構成される発熱部分を形成する工
程と、上記発熱部分を形成した面側から上記シリコン基
板をウェットエッチング加工して、上記発熱部分の下部
に凹部を形成する工程と、を少なくとも有し、上記ドラ
イエッチングにより形成する溝の深さＤと、上記発熱体
の幅Ｗが、 Ｄ ＞ Ｗ×ｔａｎ（５４．７゜） ・・・（Ｉ） の条件を満たすように設定されているものである。この
ように、所定の関係を満たすように溝の深さと発熱体の
幅を調整することで、発熱部分の下部に確実に凹部を形
成することが可能となる。

【００２０】本発明の発熱基板製造方法は、また、上記
発熱部分を形成する工程及び凹部を形成する工程におい
て、ドライエッチング処理及びウェットエッチング処理
を行う際に、上記基板をチップ化するためのブレーク溝
を上記ドライエッチング処理及び上記ウェットエッチン
グ処理により形成するものである。ドライエッチング処
理及びウェットエッチング処理により、同時に発熱部分
とブレーク溝を形成することができるので、簡略な工程
でブレーク溝を有する発熱基板を製造することが可能と
なる。

【００２１】また、本発明に係る発熱基板製造方法は、
シリコン基板の少なくとも一部に導電性を具備させるた
めの不純物を拡散させる工程と、不純物を拡散させた側
からウェットエッチングを行い、開孔部を有し、電力供
給により発熱する発熱部分及び発熱部分の下部に設ける
凹部を形成する工程とを少なくとも有するものである。
したがって、特に他の基板と接合等を行わなくても、発
熱部分の下に底部を有する基板を得ることができる。特
に、エッチング加工において、その制御を行うことによ
り、凹部を精度よく所望する容積に形成することができ
る。また、シリコン基板は、発熱する部分と凹部との厚
み以上であればよいので、シリコン基板の選択の幅が広
がり、安価で取り扱いしやすい厚みを有するシリコン基
板を用いて作製することができ、コストを下げることが
できる。

【００２２】また、本発明に係る発熱基板製造方法は、
形成した開孔部の形状に、マスクとなる膜を成膜してか
ら不純物を拡散させる。したがって、不純物を拡散させ
た部分のうち、不必要な部分を、例えばドライエッチン
グやエッチングストップが効かない濃度の水溶液等のウ
ェットエッチングを行って除くこともできるが、マスク
をすることにより、精度の高いウェットエッチングを行
うことができる。

【００２３】本発明に係る発熱基板製造方法は、表面が
（１００）面のシリコン基板の少なくとも一部に導電性
を具備させるための不純物を拡散させる工程と、上記不
純物を拡散させた側からウェットエッチングを行い、電
力供給により発熱する発熱部分に開孔部を形成して、発
熱部分を構成する１又は複数の発熱体となる部位を形成
し、かつ、当該発熱部分の下部に側壁が（１１１）面で
構成されるように凹部を形成して、前記発熱体が当該凹
部に架橋する構造を得る工程と、を少なくとも有し、上
記発熱体の架橋方向と上記凹部の延在方向が斜めに交わ
るように設計する。このように発熱体の方向を設定する
ことで、ドライエッチングを行うことなくウェットエッ
チングのみで、凹部を確実に形成することが可能とな
る。したがって、枚葉処理によらず発熱基板を製造する
ことが可能となるので、加工コストを低減することが可
能となる。

【００２４】また、本発明に係る発熱基板製造方法は、
表面が（１１０）面のシリコン基板の少なくとも一部に
導電性を具備させるための不純物を拡散させる工程と、
上記不純物を拡散させた側からウェットエッチングを行
い、電力供給により発熱する発熱部分に開孔部を形成し
て、発熱部分を構成する１又は複数の発熱体となる部位
を形成し、かつ、当該発熱部分の下部に側壁が（１１
１）面で構成されるように凹部を形成して、上記発熱体
が当該凹部に架橋する構造を得る工程と、を少なくとも
有し、上記発熱体の架橋方向と上記凹部の延在方向が斜
めに交わるように設計する。このように発熱体の方向を
設定することで、ドライエッチングを行うことなくウェ
ットエッチングのみで、凹部を確実に形成することが可
能となる。したがって、枚葉処理によらず発熱基板を製
造することが可能となるので、加工コストを低減するこ
とが可能となる。

【００２５】また、本発明に係るマイクロスイッチは、
内部に複数の電極の一部が露出した筒状のチャネルと、
チャネル内を移動することにより、複数の電極のうち２
つ以上の電極間を電気的に接続可能にする導電性部材と
を有する基板と、発熱による加圧で導電性部材の移動を
制御するための１又は複数の発熱する部分と各発熱する
部分の下部に設ける凹部とを一体形成した基板とを接合
して構成するものである。したがって、導電性部材と反
応する金属膜を保護するための保護膜を成膜しなくても
よく、その分、工程が減るのでコスト短縮をはかれ、ま
た発熱効率が上がるので、導電性部材の移動制御を精度
よく行うことができ、応答性等に優れたマイクロスイッ
チを得ることができる。また、シリコン基板中に発熱す
る部分を一体形成することにより、耐久性に優れ、長期
にわたって安定し、信頼性を維持することができる。さ
らに、発熱部分が架橋（サスペンド）構造をとるので、
マイクロスイッチの消費電力を低減することが可能とな
る。

【００２６】また、本発明に係るマイクロスイッチの導
電性部材は、水銀である。したがって、導電性部材が水
銀であることにより、水銀蒸気と結合してアマルガムを
形成しないので、保護膜を作製せずにすむ等、本発明の
マイクロスイッチの効果をさらに高めることができる。

【００２７】また、本発明に係るフローセンサは、外気
の温度の変化を信号に変換するセンサ部と、センサ部の
真下に設けられ、センサ部の周囲の外気を加熱する発熱
部分と発熱部分の下部に設ける凹部とを一体形成した基
板とを少なくとも備えたものである。したがって、熱効
率がよくなり、省電力で効率よく気体（ガス）等の流れ
を検出することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の第
１の実施の形態に係る発熱素子を有する基板を表す図で
ある。図１は基板のうち発熱素子が位置する部分を拡大
して表したものである。図１（ａ）は基板を上から見た
図である。また、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａから
見た側面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂから見た
端面図である。図１において、１はシリコンを材料とし
て構成される基板（以下、Ｓｉ基板という）である。２
は、実際に熱を帯びることとなる発熱素子であるヒータ
部（メンブレン）である。本実施の形態ではヒータ部２
の材料として、ボロン（Ｂ：ホウ素）が拡散されたシリ
コンを用いている。このボロンが拡散されたシリコンは
導電性を有している。ここで、図１（ｃ）のように、ヒ
ータ部２はＳｉ基板１によってサスペンドされた（吊さ
れた）ブリッジ型の構造となっている。ヒータ部２自体
はスリットを有している。ここで、ヒータ部２の各スリ
ットの角部分は、角がとられた又は角部分が丸みを帯び
た形状になっている。つまり、長方形のスリットの面取
りを行った形状となる。これは、ウェットエッチング等
の工程において、浸した液体中でＳｉ基板１を動かす際
に加わる応力の角部分への集中を避け、分散させること
によりヒータ部２（角部分）が破壊されるのを防いだた
めである。また、作製された後も、この部分が壊れにく
くなる。３はヒータ部を発熱させるための電力を供給す
るのに用いられる配線である。配線３は、例えばＣｒ
（クロム）及びＡｕ（金）の薄膜で構成される。４はＳ
ｉ基板１との絶縁性を図るために設けられた絶縁膜であ
る。絶縁膜は酸化膜（ＳｉＯ₂ ）で構成される。５は配
線３を保護するために設けられた保護膜である。保護膜
５も酸化膜（ＳｉＯ₂ ）で構成される。

【００２９】図２及び図３は本実施の形態における発熱
素子の製造工程を表す図である。ここで、右側は側面
図、左側は端面図を表している。図２及び図３も図１と
同様に、Ｓｉ基板１のうち、発熱素子が形成される位置
を拡大して表している。本実施の形態は、Ｓｉ基板１の
表面に形成した酸化膜（ＳｉＯ₂ ）１１をパターニング
してからヒータ部２が構成される面（以下、ヒータ面１
２という）にボロンドープ層１４を形成し、ヒータ面１
２にウェットエッチング保護の保護膜５を形成した後、
ヒータ面１２の裏面１３（以下、裏面１３という）から
Ｓｉ基板１をウェットエッチングして、ヒータ部２を有
するチャンバー形状の発熱素子を得るようにしたもので
ある。図２及び図３に基づいて発熱素子とその素子を有
する基板の製造方法について説明する。

【００３０】まず、Ｓｉ基板１のヒータ面１２及び裏面
１３を研磨し、厚さを１４０μｍにする。このＳｉ基板
５１を熱酸化炉に入れる。そして、酸素及び水蒸気雰囲
気中で例えば摂氏１０７５℃、４時間の条件で熱酸化処
理を施す。これによりＳｉ基板１表面に１．１μｍの酸
化膜１１を成膜する（１−ａ）。そして、Ｓｉ基板１の
両面にレジストをコーティングする。この際、ボロン拡
散を施す部分のＳｉ基板１の表面が露出するようにヒー
タ面１２のパターニングを行う。同時に、ヒータ部２と
なる部分の下方のシリコンをウェットエッチングするた
め、その部分のＳｉ基板１の表面が露出するように裏面
１３のパターニングを行う。両面にレジストパターニン
グを施したＳｉ基板１を、例えばＢＨＦ（バッファード
フッ酸）等のフッ酸水溶液でウェットエッチングし、酸
化膜１１をパターニングした後、両面のレジストを剥離
する（１−ｂ）。

【００３１】ヒータ面１２をＢ₂Ｏ₃ を主成分とする固
体の拡散源に対向させ、石英ボード（図示せず）にセッ
トする。そして、縦型炉にその石英ボートをセットし、
炉内を窒素雰囲気にして摂氏１０５０度の温度で６時間
保持し、ボロンをＳｉ基板１中に拡散させ、ボロンドー
ブ層１４を形成する（１−ｃ）。ここでは、ボロンドー
プ層１４の濃度を１．０× １０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³
とする。

【００３２】裏面１３にレジストをコーティングして保
護した後、フッ酸水溶液でウェットエッチングしてヒー
タ面１２の酸化膜１１を除去する（１−ｄ）。その後、
裏面１３のレジストを剥離する。次に、プラズマＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition ）装置（図示せず）によ
り、摂氏３６０度で成膜処理を施し、ヒータ面１２に厚
さ２μｍの絶縁膜４を成膜する（１−ｅ）。そして、絶
縁膜４を残しておく部分にレジストをコーティングした
後、フッ酸水溶液でレジストが施されていない部分の絶
縁膜４をウェットエッチングで除去する。そして、レジ
ストを剥離する（１−ｆ）。

【００３３】次に、配線３をボロンドープ層１４の一部
に接するようにパターニング成膜し（１−ｇ）、再度、
プラズマＣＶＤ装置により成膜処理を施し、ヒータ面１
２に厚さ２μｍの保護膜５を成膜する（１−ｈ）。そし
て、保護膜５を残しておく部分にレジストをコーティン
グした後、フッ酸水溶液でレジストが施されていない部
分の保護膜５に対してハーフエッチングを施す。ハーフ
エッチングとは、ウェットエッチングにより膜の全てを
除去せずに、膜の半分だけ除去するエッチング方法であ
る。その後、レジストを剥離する（１−ｉ）。

【００３４】そして、Ｓｉ基板１を３５重量パーセント
の濃度の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に浸し、パタ
ーニングしていない部分の厚さが約１０μｍになるまで
ウェットエッチングを行う。その後、さらにＳｉ基板１
を３重量パーセントの濃度の水酸化カリウム水溶液に浸
し、ウェットエッチングを行う（１−ｊ）。ここで、ア
ルカリ性水溶液によるＳｉのウェットエッチングは、ド
ーバントがボロンの場合、高濃度（約５×１０¹⁹ｃｍ^-3
以上）の領域において、エッチングレートが非常に低下
する。ボロンドーブ層１４にエッチングが達したとき、
エッチングレートが低下し、エッチングがストップす
る。エッチングストップが起こると、エッチング面から
発生する気泡が停止するため、気泡の発生の停止をもっ
てエッチングがストップしたものと判断することもでき
る。

【００３５】その後、ヒータ部２部分に施された保護膜
５だけを除去するために、保護膜５を残しておく部分に
レジストをコーティングした後、再度フッ酸水溶液でハ
ーフエッチングを施す。その後、レジストを剥離し、発
熱素子を有する基板ができあがる（１−ｋ）。

【００３６】図４はマイクロスイッチの一例を表す図で
ある。図４において、１００は配線３の一端と接続され
たヒータ用電極である。ヒータ用電極１００、配線３を
介して外部からヒータ部２に電力を供給し、ヒータ部２
を発熱させる。１０１ａ、１０１ｂ及び１０１ｃは、信
号を入出力させるための電極である。電極１０１ａ、電
極１０１ｂ及び電極１０１ｃの一部は、チャネル１０３
から露出しており、液体金属１０２と接触する。１０２
は例えば水銀等の導電性を有し、液体柱として電極１０
１ａと電極１０１ｂ又は電極１０１ａと電極１０１ｃの
どちらかを電気的に接続するための液体金属である。１
０３は液体金属１０２を封入するチャネルである。チャ
ネル１０３は、例えば上部基板１０４に形成された溝及
びＳｉ基板１を壁面として形成される。１０４は上部基
板である。上部基板１０４下部（発熱素子を有する基板
との接合面）には、例えばチャネル１０３及びヒータ部
２を有する空間となる溝（チャンバー）が形成されてい
る。

【００３７】作製した発熱素子を有する基板の上面に上
部基板１０４を接着剤、陽極接合等により接合し、下面
には、ベア基板と呼ばれる支持基板（図示せず）を同様
にして接合して、最終的にマイクロスイッチが作製され
る。ここで、図４のマイクロスイッチでは、電極１０１
ａと電極１０１ｂ又は電極１０１ａと電極１０１ｃのど
ちらかが必ず電気的に接続されているが、このようなマ
イクロスイッチの形態に限らず、２つの電極の開閉を行
うマイクロスイッチ等、他の構成のマイクロスイッチを
構成してもよい。

【００３８】ヒータ部２は上部基板１０４及びベア基板
に設けたチャンバー（溝）で形成された閉空間にサスペ
ンドされた（つり下げられた）状態になっている。ここ
で、この空間の容積により空間内の温度上昇傾向が異な
る。つまり、空間が大きい程温度上昇が緩やかになり、
液体柱を移動させるための圧力が加えられるまでに時間
がかかる。そのためスイッチングの応答も遅くなる。し
たがって、空間の容積を所望の容積に精度よく仕上げる
ことはスイッチの性能に非常に重要な事項となる。

【００３９】以上のように、第１の実施の形態によれ
ば、Ｓｉ基板１をエッチング等で加工し、発熱素子（発
熱部分）となるヒータ部２をシリコンを材料として作製
するようにしたので、金属膜を基板に貼り付けなくても
マイクロマシーニングの技術を用いて容易に小型の発熱
部材を作製することができる。そのため、金属膜が熱等
で変形することにより、基板から剥がれてしまうという
ようなこともなく、Ｓｉ基板１とヒータ部２とを一体形
成できるので、耐久性に優れ、長期にわたって安定し、
信頼性を維持することができる。また、発熱効率を高め
るために、スリット等の開孔部分を形成し、さらにスリ
ットの場合は、その角部分をとるか丸みを帯びさせてお
くように形成するので、その後の例えばウェットエッチ
ング工程等においてＳｉ基板を溶液中で移動させる際、
作製後に何らかの力が角部分に加わった際に、その応力
を拡散し、ヒータ部２の破壊を防ぐことができる。ま
た、この発熱素子を液体金属（特に水銀）を用いたマイ
クロスイッチに利用すれば、水銀蒸気と結合してアマル
ガムを形成することがないので、発熱部分に保護膜を形
成しなくてもよく、また、保護膜を形成しない分、工程
が減るのでコスト短縮をはかれ、また発熱効率が上がる
ので応答性等に優れたマイクロスイッチを得ることがで
きる。また、発熱部を架橋（サスペンド）構造にするこ
とで、発熱部分から生じる熱の基板への逸散を低減する
ことができ、発熱効率を高めることが可能となる。した
がって、このような発熱基板を用いてマイクロスイッチ
或いはフローセンサを作製した場合には、マイクロスイ
ッチ或いはフローセンサの消費電力を低減し得る。

【００４０】実施の形態２．図５及び図６は本発明の第
２の実施の形態に係る発熱素子の製造工程を表す図であ
る。ここでも、右側は側面図、左側は端面図を表してい
る。本実施の形態は、Ｓｉ基板１の表面に形成した酸化
膜（ＳｉＯ₂ ）１１をパターニングしてからヒータ部２
が構成される面（以下、ヒータ面１２という）にボロン
ドープ層１４を形成し、ヒータ面１２にウェットエッチ
ング保護の保護膜５を形成した後、ヒータ面１２からＳ
ｉ基板１にドライエッチング及びウェットエッチングを
行って、ヒータ部２とヒータ部２の下面に閉じた空間と
を同時に形成しようとするものである。

【００４１】ヒータ部２を有するチャンバー形状の発熱
素子を得るようにしたものである。図５及び６に基づい
て発熱素子の製造方法について説明する。これにより、
裏面１３からのウェットエッチングを行わずに、第１の
実施の形態における発熱素子を有する基板とベア基板と
を一体形成しようとするものである。そのため、ヒータ
部２が空間（チャンバー）の容積（チャンバー容積）を
容易に調整することができる。

【００４２】２−ａ〜２−ｉまでの工程は、第１の実施
の形態で説明した１−ａ〜１−ｉと同様の工程で処理を
行うので説明を省略する。ただ、後の工程でドライエッ
チングを行う関係上、２−ｂの工程においては、ヒータ
部２を形成する領域全体に対してボロン拡散を施すべく
Ｓｉ基板１の表面が露出するようにパターニングしてお
けばよく、１−ｂのように形成するヒータ部２と同じ形
でパターニングしておく必要がない。したがって、パタ
ーン形成を単純にすることができる。また、本実施の形
態では裏面１３側からウェットエッチングを施さないの
で、第１の実施の形態のように裏面１３のパターニング
は行わない。ただ、ここでも、形成するヒータ部２と同
じ形でパターニングするようにしてもよい。

【００４３】２−ｉで形成した保護膜上に、レジストを
コーティングして、ヒータ面１２の保護膜５をヒーター
形状にパターニングした後、レジストを除去する（２−
ｊ）。この工程により、開孔部が形成される部分の保護
膜が除去され、ヒータ部を構成する発熱体となる部分に
だけ、保護膜が残ることになる。ＩＣＰドライエッチン
グ装置（図示せず）でヒータ面１２をＩＣＰ放電による
異方性ドライエッチング加工する（２−ｋ）。ここでＩ
ＣＰ（Inductively Coupled Plasma）放電とは、誘導結
合型プラズマ放電のことである。エッチングガスとして
は、例えば、フッ化炭素（ＣＦ、ＣＦ₄ ）、６フッ化硫
黄（ＳＦ₆ ）を使用し、これらのエッチングガスを交互
に使用すればよい。ここで、ＣＦは形成される溝の側面
にエッチングが進行しないように、溝側面を保護するた
めに使用し、ＳＦ₆ はシリコンウェハの垂直方向のエッ
チングを促進するために使用する。その他の異方性ドラ
イエッチング方式として、ＥＣＲ（電子サイクロトロン
共鳴）放電、ＨＷＰ（ヘリコン波プラズマ）放電、ＲＩ
Ｅ（リアクティブイオンエッチング）等を用いてもよ
い。

【００４４】ここで、上記のドライエッチング加工を行
う代わりに、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に浸して
ボロンドープ層以外のシリコンを異方性ウェットエッチ
ングしてもよい。エッチング初期のボロンドープ層のエ
ッチングは、エッチングストップが働かない高濃度の水
酸化カリウム水溶液、例えば３５重量パーセントの水酸
化カリウム水溶液で行うことが望ましい。この場合、熱
酸化膜１１のパターニングはシリコン基板１の結晶方位
に対して一定の角度で行う。この場合には、溝加工とシ
リコンのエッチング工程をウェットエッチング工程のみ
で構成することができ、比較的容易にヒータ部２を形成
することが可能となる。

【００４５】そして、Ｓｉ基板１を３重量パーセントの
濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ボロンドープ層１
４の下方に残っているシリコンを除去し、所望の深さま
でＳｉ基板１のウェットエッチングを行う（２−ｌ）。

【００４６】その後、ヒータ部２部分に施された保護膜
５だけを除去するために、保護膜５を残しておく部分に
レジストをコーティングした後、再度フッ酸水溶液でハ
ーフエッチングを施す。レジストを剥離し、発熱素子を
有する基板ができあがる（２−ｍ）。

【００４７】そして、上述したように、作製した発熱素
子を有する基板の上面にチャネルが形成された基板を接
合してマイクロスイッチを作製する。

【００４８】なお、上記（２−ｋ）〜（２−ｌ）工程
は、具体的には、下記の条件を満たすようにエッチング
を行うことが好ましい。すなわち、上記ドライエッチン
グ工程（２−ｋ）において、ドライエッチングにより形
成する溝の深さＤと、発熱部分２を構成する発熱体２ａ
の幅Ｗが、下記式（Ｉ）を満たすように設定することが
好ましい： Ｄ ＞ Ｗ×ｔａｎ（５４．７゜） ・・・（Ｉ） ドライエッチングで形成する溝の深さＤと発熱体２ａの
幅Ｗをこのように設定することで、ウェットエッチング
の際、発熱体２ａの下方でドライエッチングにより形成
した溝を隣接する溝とを貫通させ、発熱体と溝底面を確
実に切り離す（リリースする）ことが可能となり、発熱
部分の下部に確実に凹部を形成することが可能となる。

【００４９】上記（Ｉ）式の関係について、以下に詳し
く説明する。図１４及び図１５は、ドライエッチングで
形成する溝の深さＤと、発熱体２ａの幅Ｗとの関係を説
明するための図である。まず、図１４を参照しながら、
凹部の形成過程について簡単に説明する。図１４（ａ）
に、ドライエッチング後のシリコン基板１を示す。この
シリコン基板１を、例えば水酸化カリウム水溶液等の異
方性エッチング液に浸してエッチングを開始すると、ド
ライエッチングにより形成した溝内で、サイド方向及び
深さ方向にエッチングが進行する（同図（ｂ））。ウェ
ットエッチングが進行すると、隣接する溝の側面が削ら
れるので、最終的には発熱部分を構成する発熱体の下部
で隣接する溝が繋がる（貫通する）ことになる（同図
（ｃ））。続いて、発熱体２ａの下部に残るシリコン基
板が、当該貫通部より上下にエッチングされ、最終的に
は、ボロンドープ層１４のみが残され、溝（又は凹部）
の底面より発熱体２ａが切り離される。ここで、発熱体
２ａが溝（又は凹部）の底面より切り離されるために
は、図１５に示されるように、発熱体２ａの下方で進行
するサイド方向のエッチング部が貫通することが必要で
ある。

【００５０】したがって、サイドエッチング量Ｕと発熱
体の幅Ｗとの間に、下記の関係が成立する必要がある。 Ｕ ＞ Ｗ／２ ・・・（Ｉ−１） 一方、面方位（１００）のシリコン基板を用いた場合、
サイドエッチングは異方性エッチングにより同図中の破
線のようにシリコン基板に対して、５４．７゜の角度で
斜めにエッチングされていく。したがって、サイドエッ
チング量Ｕとドライエッチングにより形成する溝の深さ
Ｄとの間には、次の関係が成立する。 Ｕ ＝ （Ｄ／２）／ｔａｎ（５４．７゜） ・・・（Ｉ−２） （Ｉ−１）と（Ｉ−２）の関係から、下記式（Ｉ）が導
かれる。 Ｄ ＞ Ｗ×ｔａｎ（５４．７゜） ・・・（Ｉ） したがって、発熱体の幅Ｗに対して、（Ｉ）を満たすよ
うにエッチング深さＤを確保することにより、発熱部分
の下部に確実に凹部を形成することが可能となる。

【００５１】また、（２−ｋ）工程において、ドライエ
ッチングの代わりにウェットエッチングする場合は、発
熱体２ａを、上記発熱体の架橋方向と上記凹部の延在方
向とが斜めになるように配置することが好ましい。具体
的なシリコン基板１に対する発熱体２ａの配置の仕方に
ついて、図１６を参照しながら説明する。図１６は、ウ
ェットエッチングにより形成する凹部と発熱体の配置の
関係を説明するための図である。図１６（ａ）は、表面
が（１００）面のシリコン基板において、発熱体の架橋
方向と凹部の延在方向とが斜めになるように配置した発
熱基板の一部を示す平面図である。同図（ｂ）は、上記
式（II）の関係を具体的に説明するための模式図を示
し、同図（ｃ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ’方向における
断面図を示す。

【００５２】同図（ａ）に示すように、ウェットエッチ
ングのみにより、発熱体２ａの下方に凹部を形成する場
合には、表面が（１００）面のシリコン基板１におい
て、発熱体２ａの架橋方向と、凹部の延在方向とが斜め
になるように設計することが好ましい。例えば水酸化カ
リウム（ＫＯＨ）水溶液等による異方性エッチングを利
用すると、サイドエッチングは（１１１）面が現れるよ
うに進行する。したがって、発熱体２ａの架橋方向を凹
部の延在方向と斜めになるように設計すると、マイクロ
ブリッジ（発熱体）の下方で両サイドから進行してきた
サイドエッチング部が繋がり、マイクロブリッジの下部
でアンダーカットされることになる。よって、ウェット
エッチングのみで発熱部２の下部に確実に凹部を形成す
ることが可能となる。また、ドライエッチングを必要と
しないので、枚葉処理によらず製造することが可能とな
り、加工コストを低減することができる。

【００５３】発熱体の架橋方向と凹部の延在方向の設定
は、具体的には、例えば、同図（ｂ）に示すように、発
熱体の頂点から対辺に下ろした垂線の長さをＬとし、発
熱体の幅をＷとした場合に、発熱体の架橋方向と凹部の
延在方向とのなす角φが、下記式（II） Ｌ×ｔａｎ（９０−φ） ＞ Ｗ ・・・（II） の関係を満たすように設定することができる。なお、こ
こで、発熱体の幅Ｗは、凹部の延在方向と平行な線上に
おける長さとし、発熱体の幅が一定でない場合は、一番
広い部分をＷとする。

【００５４】上記角φをこのように定め、（１１１）面
が現れるようにウェットエッチングを進行させること
で、より確実に発熱体２ａの下部に凹部を形成すること
が可能となる。このように発熱体２ａを凹部の延在方向
に対し斜めに形成するためには、具体的には、上記（２
−ｊ）工程で形成するマスクのパターンを、上記関係を
満たすように形成すればよい。なお、表面が（１１０）
面のシリコン基板１においても同様に、凹部の延在方向
と、発熱体２ａの架橋方向が斜めになるように設計する
ことが好ましい。このように設計することで、所望の幅
（例：数十μｍ）を有する発熱体の下部に、より確実に
凹部を形成することが可能となる。（１００）シリコン
基板を用いた場合の説明は、（１１０）シリコン基板を
用いた場合にも適宜参酌される。

【００５５】以上のように第２の実施の形態によれば、
ドライエッチング及びウェットエッチングを用いて、ヒ
ータ面１２側からのみ加工するようにしたので、ベア基
板をあらためて構成し、接合しなくてもよい。しかも、
ヒータ部２下方に形成する空間の容積をエッチングの加
減により制御できるため、ひいてはスイッチの応答性等
に影響を与える空間の容積をより細かく高精度に制御し
ながらマイクロスイッチを作製することができる。そし
て、このような作成が可能になることにより、用いるＳ
ｉ基板１の厚さの制限がなくなり、安価で取り扱いしや
すい厚みを有するＳｉ基板を用いてヒータ部２を有する
基板を作製することができるので、作製のコストを下げ
ることができる。

【００５６】実施の形態３．図７は本発明の第３の実施
の形態に係る保護膜５の成膜工程を表す図である。上述
の第１の実施の形態では、１−ｉで示す工程において、
ハーフエッチングを行うことにより、１−ｉのような形
状に保護膜５となる膜を仕上げている。本実施の形態で
は、保護膜５となる膜を２段階で形成することにより、
１−ｉのような形状に仕上げるようにする。

【００５７】そのため、第１の実施の形態で説明した１
−ｉの工程の代わりに、次のような工程で処理を行う。
まず、絶縁膜４、配線３の上にプラズマＣＶＤ装置によ
り成膜処理を施し、図７（ａ）のように第１段の膜５ａ
を成膜する。そして、再度、プラズマＣＶＤ装置により
成膜処理を施し、図７（ｂ）のように第２段の膜５ｂを
成膜し、１−ｉのような形状に仕上げる。

【００５８】このように２段階に構成することで、ハー
フエッチングを行わず成膜によって、１−ｉで示した形
状と同じように仕上げることができる。

【００５９】実施の形態４．上述の実施の形態では、外
部との接触面積を増やして熱効率を向上させるためにヒ
ータ部２に複数のスリットを設けるようにしたが、例え
ば、これに限定されるものではなく、他の開孔部分、例
えばヒータ部２に貫通孔を開けて熱効率を向上させるよ
うにしてもよい。この場合、貫通孔としては、四角形も
考えられるが、前述したようにウェットエッチングを行
う工程で角部分に応力が集中することになるので、丸形
の孔の方がよい。

【００６０】実施の形態５．図８は本発明の第５の実施
の形態に係るフローセンサ（ガスセンサ）の一例の端面
図である。図８（ａ）は側面図、図８（ｂ）は端面図を
表している。図８において、２００はセンサ部である。
センサ部２００は、例えば酸化錫、酸化インジウム、酸
化亜鉛、酸化タングステン、酸化チタン、酸化鉄等を用
いて形成したものである。センサ部２００は、外気の温
度変化に基づいて例えば電圧が変化する。これが信号と
して外部の処理装置に送信されることになる。ガスセン
サとして利用するためにはセンサ部２００を約摂氏２５
０度から約４５０度に昇温させる。ここで、図６では特
に図示していないが、温度変化に伴った信号（通常、電
圧等の電気信号）を取り出すための電極がセンサ部２０
０と接続されている。

【００６１】また、２０１は薄板部である。薄板部２０
１は絶縁膜となる酸化膜で形成する。そのため、上述の
実施の形態で説明した工程から考えると、保護膜５と一
体形成してもよい。この場合は、１−ｈの工程からハー
フエッチングを施さないで、１−ｊの形状のように薄板
２０１を形成してもよいし、１−ｉのようにエッチング
を行って、薄板部２０１を所望の厚さにしてもよい。ま
た、第２の実施の形態のように、ヒータ部２の下部に底
部を有し、開放されていない空間を一体形成する場合に
は、第２の実施の形態で説明した２−ｌのようにヒータ
部２の上に酸化膜である保護膜５が成膜されている状態
でセンサ部２００を取り付けることも考えられる。

【００６２】フローセンサは、ガスの流れの中でヒータ
部２を発熱させ、その中での温度変化（下がり具合）に
基づいてガスの流量を検出するものである。

【００６３】本実施の形態のような構成を採った場合、
センサ部２００の真下にヒータ部２が形成されているの
で、熱効率がよくなり、省電力をはかることができる。
また、第２の実施の形態のようにヒータ部２下部に底部
を設け、開放しないことにより効率がさらによくなる。

【００６４】実施の形態６．上述の実施の形態は、特に
マイクロスイッチ及びセンサに用いる発熱素子、基板を
形成する方法について説明した。本発明はこれに限定さ
れるものではなく、例えば、物体の加熱等の用途に用い
るものについても適用することができる。マイクロマシ
ーニング技術を利用しているので、特に小型のものを形
成する際には有用である。また、導電性をもたせるため
の不純物としてボロンを用いているが、特にこれに限定
するものではなく、シリコンよりもエッチングがされに
くく、導電性を有するものであればよい。

【００６５】実施の形態７．図９は、第７の実施の形態
に係るマイクロスイッチのヒータ部の構造を示す図であ
る。図９（ａ）は基板を上から見た平面図である。ま
た、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ’方向における断
面図であり、図９（ｃ）は図９（ｂ）の点線で囲まれた
部分の部分拡大図である。同図（ａ）に示すように、ヒ
ータ部２は、複数のスリット状の開孔部を有している。
したがって、ヒータ部２は、実際に熱を帯びることにな
る、複数の帯状部分（発熱体）から構成される。ヒータ
部２の両端には、外部回路に電気的接続を行うための配
線３が形成されている。同図（ｂ）に示すように、ヒー
タ部２の下部には、凹部が形成されており、発熱体は、
凹部を覆うような架橋構造を有している。また、同図
（ｃ）に示すように、本実施形態においては、基板１が
Ｎ型シリコン基板２１であり、ヒータ部２が、ボロンが
拡散されたＰ型シリコンヒータ部２２であるため、Ｎ型
シリコン基板２１とＰ型シリコンヒータ部２２の間にＰ
Ｎ接合２３が形成されることになる。ＰＮ接合２３は、
ヒータ部２の両端で形成されるため、ＰＮ接合２３によ
るダイオード特性により、Ｐ型シリコンヒータ部２２か
らＮ型シリコン基板２１への電流のリークを防止するこ
とが可能となる。本実施形態に係る発熱基板は、基板１
として、Ｎ型シリコン基板２１を使用する以外は、第２
の実施の形態で記載したのと同様の方法により製造する
ことができる。なお、本実施形態においては、基板１を
Ｎ型シリコンとし、ヒータ部２をＰ型シリコンとした
が、基板１をＰ型シリコンとし、ヒータ部２をＮ型シリ
コンとしてもよい。このような基板は、例えば、電気化
学エッチングストップ法により製造することができる。

【００６６】実施の形態８．図１０は、第８の実施の形
態に係るマイクロスイッチのヒータ部２の構造を示す平
面図である。ヒータ部２は、１又は複数の発熱体から構
成され、ヒータにより暖められる空気の流路となる流体
通路（凹部）を横断するように設けられており、両端は
基板１に支持されている。配線３は、基板１上に形成さ
れ、発熱体の両端に接続されている。配線の一部は、発
熱体との接続部において発熱体の少なくとも一部に個別
に電力を供給し得るように、分岐した形状となってい
る。具体的には、同図に示すような、分岐した配線３ａ
及び配線３ｂが形成される。この分岐形状部分、すなわ
ち、配線３ａ及び配線３ｂを切断することで、ヒータ部
２（発熱部分）の抵抗が調整可能となる。たとえば、発
熱体の厚みのばらつき等によってヒータ部２の抵抗が下
がり、ヒータ部２の発熱量が下がる場合がある。このよ
うな場合に、分岐部分である配線３ａ及び配線３ｂのい
ずれか若しくは両方をレーザ等で切断することで、当該
配線に繋がる発熱体に電流が流れないようにして、ヒー
タ部２全体としての抵抗を上げることができる。なお、
抵抗調整用の配線３として、上記実施形態では、配線３
ａ及び配線３ｂの２本を挙げたが、このような個別配線
は、１本でも、２本以上であってもよく、又は全部が個
別配線であってもよい。複数の抵抗調整用の配線を設け
ることで、抵抗値の調整の幅を広げることが可能とな
る。

【００６７】また、このような分岐形状の配線３は、上
記実施の形態１の（１−ｇ）工程において、配線３をパ
ターニングする際、発熱体の一部又は全部に個別に配線
３が繋がるように、配線パターンを形成することにより
得られる。たとえば、同図では、平行に並ぶ複数の発熱
体のうち、端の２つの発熱体について、発熱体との接続
部が独立になるように、分岐形状に配線が形成されてお
り、具体的には配線３が配線３ａ及び配線３ｂを有する
ようにパターン形成がされる。なお、配線の材料等につ
いては、上述の説明が適宜参照される。第８の実施の形
態によれば、たとえば、発熱体の厚みのばらつき等によ
ってヒータ部２の抵抗が下がり、発熱量が下がる場合
に、分岐部分をレーザ等で切断することで、ヒータ部２
全体の抵抗を上げることができる。また、発熱体ではな
く、基板１上に形成された配線部分を切断するため、切
断時に、他の配線又は導電部と接触することがないの
で、ショート等の問題を防止し得る。

【００６８】実施の形態９．第９の実施形態に係る発熱
基板は、電力供給により発熱する発熱部分と発熱部分の
下部に設けられた凹部との対を複数有する。当該発熱部
分と凹部の対は、シリコン基板上に一体として形成され
ている。また、当該発熱部分と凹部の各対同士の間に
は、例えば先端が楔形のブレーク溝が形成されている。
これにより、特殊な装置・方法を用いずに、各対を容易
に分離し、チップ化することが可能となる。このような
ブレーク溝は、基板の一面のみに形成されていてもよ
く、また、基板の両面の対向する位置に形成されていて
もよい。特に、厚みのある基板を用いる場合には、基板
の両面にブレーク溝を有することで、より容易にチップ
化が可能となる。また、ダイシングにより切断する場合
には、切断時に生じる熱を冷却するために冷却水を用い
るが、この冷却水の水圧によりヒータ部に損傷が生じる
場合があった。しかし、本実施形態の構成によれば、ダ
イシング等の特別な方法を用いずに、チップ化が可能と
なるので、ヒータ部を破損することなく各対を分離し得
る。したがって、歩留まりよく、チップを製造すること
が可能となる。

【００６９】図１１及び図１２は、第９の実施形態に係
る発熱基板の発熱部及びブレーク溝の製造方法を示す工
程断面図である。両図において、右側は、ブレーク溝の
形成工程を示す断面図であり、左側は、発熱部分（ヒー
タ部）の形成工程を示す端面図（図９（ａ）のＢ−Ｂ’
方向における端面図）である。本実施形態に係る発熱基
板では、シリコン基板の表面に熱酸化膜を形成し、ヒー
タ形成部にのみ、ヒータ面１２の熱酸化膜１１をパター
ニングしてから、ヒータ面１２にボロンドープ層を形成
し、その後、ヒータ面１２全体にエッチングの保護膜５
を形成し、ヒータ面１２からシリコン基板１をドライエ
ッチングとウェットエッチングを行うことで、ヒータ部
２とブレーク溝１５を同時に形成し得る。このように、
ヒータ部２とブレーク溝１５を、余剰の操作を必要とせ
ず、同様の操作で同時に形成できるので、効率がよい。

【００７０】発熱基板の製造工程について、図１１
（ａ）乃至同（ｆ）、及び図１２（ｇ）乃至同（ｌ）に
基づき説明する。 （ａ）まず、シリコン基板１のヒータ面１２と裏面１３
をそれぞれ鏡面研磨し、例えば厚み１４０μｍの基板を
作製する。なお、シリコン基板は、ヒータ面１２が鏡面
であれば良く、必ずしも両面が鏡面でなくてもよい。ま
た、基板の厚みも上記に限定されず、様々なものが使用
できる。このシリコン基板１を、熱酸化炉に入れる。そ
して、酸素及び水蒸気雰囲気中で例えば１０７５℃、４
時間の条件で、熱酸化処理を施す。これによりシリコン
基板１の全面に、たとえば約１．１μｍの熱酸化膜（Ｓ
ｉＯ₂）１１を形成する。 （ｂ）その後、このシリコン基板１の両面にレジストを
コーティングする。この際、ボロン拡散を施す部分のシ
リコン基板１の表面が露出するようにヒータ面１２のパ
ターニングを行う。両面にレジストパターニングを施し
たシリコン基板１をフッ酸水溶液でエッチングして、熱
酸化膜（ＳｉＯ₂）１１をパターニングし、シリコン基
板１の両面のレジストを剥離する。

【００７１】（ｃ）ヒータ面１２にボロン拡散板（図示
せず）を対向させ、例えば１０５０℃で６時間、加熱処
理してヒータ面１２のシリコン露出部にボロン（Ｂ）を
拡散させ、ボロンドープ層１４を形成する。 （ｄ）裏面１３をレジストで保護して、ヒータ面１２の
熱酸化膜（ＳｉＯ₂）１１をフッ酸水溶液でエッチング
除去し、裏面１３のレジストを除去する。 （ｅ）その後、シリコン基板１をプラズマＣＶＤ装置に
より、例えば３６０℃で成膜処理を施し、ヒータ面１２
に、例えば厚さ２μｍの絶縁膜４（ＳｉＯ₂）を形成す
る。 （ｆ）ヒータ及びブレーク溝を形成する部分以外の部分
にレジストをコーティングした後、フッ酸水溶液でヒー
タ及びブレーク溝を形成する部分の絶縁膜４をウェット
エッチングで除去する。その後、レジストを剥離する。

【００７２】（ｇ）配線３（図示せず）をボロンドープ
層の一部に接するようにパターニング形成し、再度、シ
リコン基板１をプラズマＣＶＤ装置により、例えば３６
０℃で成膜処理を施し、ヒータ面１２に、例えば厚み２
μｍの保護膜（ＳｉＯ₂）５を形成する。 （ｈ）レジストパターニングをして、ヒータ面１２のヒ
ータ及びブレーク溝を形成する部分の保護膜（Ｓｉ
Ｏ₂）５のみをフッ酸水溶液でハーフエッチングする。
その後、レジストを剥離する。 （ｉ）シリコン基板１の両面に、レジストをコーティン
グし、ヒータ面１２の酸化膜をヒータ形状及びブレーク
溝形状にパターニングした後、レジストを除去する。

【００７３】（ｊ）ＩＣＰドライエッチング装置でヒー
タ面１２をドライエッチング加工する。 （ｋ）次に、シリコン基板１を３重量％の低濃度の水酸
化カリウム水溶液に浸して、ボロンドープ層１４の下方
に残っているシリコンを除去する。この工程により、ボ
ロンドープ層１４が残される。また、ブレーク溝１５の
先端は、楔形になり、ブレークし易い形状になる。 （ｌ）ヒータ２上の保護膜５（ＳｉＯ₂）だけを除去す
るために、フッ酸水溶液でハーフエッチングを施す。こ
れにより、ヒータ部が完成する。

【００７４】図１３は、本実施形態に係る発熱基板のブ
レーク溝の一態様を示す断面図である。同図に示すよう
に、シリコン基板が厚い場合は、シリコン基板１を水酸
化カリウム水溶液でエッチングする工程（ｋ）の前に、
シリコン基板１の裏面の酸化膜をパターニングし、裏面
１３にも、ヒータ面に形成する溝１５と対向する位置に
先端が楔形の溝１６（Ｖ溝）を形成してもよい。シリコ
ン基板の両面にブレーク溝を形成することで、チップ化
がより容易となる。第９の実施形態によれば、発熱部分
と凹部の各対同士の間に、先端が楔形のブレーク溝が形
成されているので、各対を容易に分離し、チップ化する
ことが可能となる。また、特に、厚みのある基板を用い
る場合には、基板の両面にブレーク溝を有することで、
より容易にチップ化が可能となる。また、ダイシング等
の特別な方法を用いずに各対を分離できるので、ヒータ
部を破損することなくチップ化が可能となり、歩留まり
がよい。

【００７５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、不純物を
拡散させて導電性を具備させたシリコンを材料とし、１
又は複数の開孔部を設けるようにしたので、金属膜を基
板に貼り付けることなく、素子を形成することができ、
安定性、耐久性等に優れた発熱素子を得ることができ
る。また、１又は複数の開孔部により、外気等との接触
面積を広くしたので、昇温効率をよくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る発熱素子を
有する基板を表す図である。

【図２】 本実施の形態における発熱素子の製造工程
（その１）を表す図である。

【図３】 本実施の形態における発熱素子の製造工程
（その２）を表す図である。

【図４】 作製されたマイクロスイッチの一例を表す図
である。

【図５】 本発明の第２の実施の形態に係る発熱素子の
製造工程（その１）を表す図である。

【図６】 本発明の第２の実施の形態に係る発熱素子の
製造工程（その２）を表す図である。

【図７】 本発明の第３の実施の形態に係る保護膜５の
成膜工程を表す図である。

【図８】 本発明の第５の実施の形態にかかるフローセ
ンサ（ガスセンサ）を表す図である。

【図９】 本発明の第７の実施の形態に係るマイクロス
イッチのヒータ部の構造を示す図である。

【図１０】 本発明の第８の実施の形態に係るマイクロ
スイッチのヒータ部の構造を示す平面図である。

【図１１】 本発明の第９の実施形態に係る発熱基板の
発熱部及びブレーク溝の製造方法を示す工程断面図であ
る。

【図１２】 本発明の第９の実施形態に係る発熱基板の
発熱部及びブレーク溝の製造方法を示す工程断面図であ
る。

【図１３】 本発明の第９の実施形態に係る発熱基板の
ブレーク溝の一態様を示す断面図である。

【図１４】 ドライエッチングで形成する溝の深さＤ
と、発熱体の幅Ｗとの関係を説明するための図である。

【図１５】 ドライエッチングで形成する溝の深さＤ
と、発熱体の幅Ｗとの関係を説明するための図である。

【図１６】 ウェットエッチングにより形成する凹部と
発熱体の配置の関係を説明するための図である。

【符号の説明】

１ Ｓｉ基板 ２ ヒータ部 ２ａ 発熱体 ３ 配線 ４ 絶縁膜 ５ 保護膜 １１ 酸化膜 １２ ヒータ部２が形成される面 １３ ヒータ面１２の裏面 １４ ボロンドープ層 １５、１６ ブレーク溝 １００ ヒータ用電極 １０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ 電極 １０２ 液体金属 １０３ チャネル １０４ 上部基板 ２００ センサ部 ２０１ 薄板部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｈ 61/013 Ｈ０１Ｈ 61/013 Ａ (72)発明者 小枝 周史 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 3K092 QB10 QB31 QB40 QB43 QB60 QB80 QC02 QC19 RF22 VV23

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不純物を拡散させて導電性を具備させた
   シリコンを材料とし、１又は複数の開孔部を設けたこと
   を特徴とする発熱素子。
2. 【請求項２】 前記シリコンの基板をエッチング加工し
   て作製することを特徴とする請求項１記載の発熱素子。
3. 【請求項３】 前記開孔部はスリットであることを特徴
   とする請求項１記載の発熱素子。
4. 【請求項４】 前記スリットは、角部分をとった又は角
   部分に丸みを持たせたスリットであることを特徴とする
   請求項３記載の発熱素子。
5. 【請求項５】 前記開孔部は貫通孔であることを特徴と
   する請求項１記載の発熱素子。
6. 【請求項６】 前記不純物はホウ素であることを特徴と
   する請求項１記載の発熱素子。
7. 【請求項７】 電力供給により発熱する部分と前記発熱
   する部分の下部に設けた凹部とをシリコン基板に一体形
   成したことを特徴とする発熱基板。
8. 【請求項８】 前記シリコン基板がＰ型又はＮ型のどち
   らか一方の極性の半導体基板であり、前記発熱する部分
   に前記シリコン基板と異なる極性の不純物が拡散されて
   いる、請求項７記載の発熱基板。
9. 【請求項９】 前記シリコン基板がＮ型半導体基板であ
   り、前記発熱する部分にＰ型不純物としてホウ素が拡散
   されている、請求項８記載の発熱基板。
10. 【請求項１０】 電力供給により発熱する部分と前記発
    熱部分の下部に設けられた凹部との対がシリコン基板上
    に一体として複数形成されており、発熱部分と凹部の各
    対間に該基板をチップ化するためのブレーク溝が形成さ
    れている、発熱基板。
11. 【請求項１１】 前記ブレーク溝がシリコン基板の両面
    の対向する位置に形成されている、請求項１０記載の発
    熱基板。
12. 【請求項１２】 流体通路を横断し両端が基板に支持さ
    れている、１又は複数の発熱体から構成される発熱部分
    と、前記基板上に形成され、前記発熱体の両端に接続さ
    れる配線と、を少なくとも有し、前記配線が、前記発熱
    体と当該配線の接続部において、前記発熱体の少なくと
    も一部に個別に電力を供給し得るように分岐した形状を
    有し、当該分岐形状部分の配線を切断することで前記発
    熱部分の抵抗を調整可能になされた、発熱基板。
13. 【請求項１３】 電力供給により発熱する部分を形成す
    る面側からシリコン基板をエッチング加工し、前記発熱
    する部分と前記発熱する部分の下部に設ける凹部とを一
    体形成したことを特徴とする発熱基板製造方法。
14. 【請求項１４】 シリコン基板の少なくとも一部に導電
    性を具備させるための不純物を拡散させる工程と、 前記不純物を拡散させた部分をドライエッチングし、電
    力供給により発熱する、開孔部を有する発熱部分を形成
    する工程と、 前記発熱部分を形成した面側から前記シリコン基板をウ
    ェットエッチング加工して、前記発熱部分の下部に設け
    る凹部を形成する工程とを少なくとも有することを特徴
    とする発熱基板製造方法。
15. 【請求項１５】 シリコン基板の少なくとも一部に導電
    性を具備させるための不純物を拡散させる工程と、 前記不純物を拡散させた部分をドライエッチングし、溝
    を形成して、電力供給により発熱する発熱体から構成さ
    れる発熱部分を形成する工程と、 前記発熱部分を形成した面側から前記シリコン基板をウ
    ェットエッチング加工して、前記発熱部分の下部に凹部
    を形成する工程と、 を少なくとも有し、 前記ドライエッチングにより形成する溝の深さＤと、前
    記発熱体の幅Ｗが Ｄ ＞ Ｗ×ｔａｎ（５４．７゜） ・・・（Ｉ） の条件を満たすように設定されている、発熱基板製造方
    法。
16. 【請求項１６】 前記発熱部分を形成する工程及び凹部
    を形成する工程において、ドライエッチング処理及びウ
    ェットエッチング処理を行う際に、前記基板をチップ化
    するためのブレーク溝を前記ドライエッチング処理及び
    前記ウェットエッチング処理により同時に形成する、請
    求項１５に記載の発熱基板製造方法。
17. 【請求項１７】 シリコン基板の少なくとも一部に導電
    性を具備させるための不純物を拡散させる工程と、 前記不純物を拡散させた側からウェットエッチングを行
    い、開孔部を有し、電力供給により発熱する発熱部分及
    び発熱部分の下部に設ける凹部を形成する工程とを少な
    くとも有することを特徴とする発熱基板製造方法。
18. 【請求項１８】 形成した前記開孔部の形状に、マスク
    となる膜を成膜してから前記不純物を拡散させることを
    特徴とする請求項１４乃至請求項１７のいずれか１項に
    記載の発熱基板製造方法。
19. 【請求項１９】 表面が（１００）面のシリコン基板の
    少なくとも一部に導電性を具備させるための不純物を拡
    散させる工程と、 前記不純物を拡散させた側からウェットエッチングを行
    い、電力供給により発熱する発熱部分に開孔部を形成し
    て、発熱部分を構成する１又は複数の発熱体となる部位
    を形成し、かつ、当該発熱部分の下部に側壁が（１１
    １）面で構成されるように凹部を形成して、前記発熱体
    が当該凹部に架橋する構造を得る工程と、 を少なくとも有し、 前記発熱体の架橋方向と前記凹部の延在方向が斜めに交
    わるように設計する、発熱基板製造方法。
20. 【請求項２０】 表面が（１１０）面のシリコン基板の
    少なくとも一部に導電性を具備させるための不純物を拡
    散させる工程と、 前記不純物を拡散させた側からウェットエッチングを行
    い、電力供給により発熱する発熱部分に開孔部を形成し
    て、発熱部分を構成する１又は複数の発熱体となる部位
    を形成し、かつ、当該発熱部分の下部に側壁が（１１
    １）面で構成されるように凹部を形成して、前記発熱体
    が当該凹部に架橋する構造を得る工程と、 を少なくとも有し、 前記発熱体の架橋方向と前記凹部の延在方向が斜めに交
    わるように設計する、発熱基板製造方法。
21. 【請求項２１】 内部に複数の電極の一部が露出した筒
    状のチャネルと、前記チャネル内を移動することによ
    り、前記複数の電極のうち２つ以上の前記電極間を電気
    的に接続可能にする導電性部材とを有する基板と、 発熱による加圧で前記導電性部材の移動を制御するため
    の１又は複数の発熱する部分と前記各発熱する部分の下
    部に設ける凹部とを一体形成した基板とを接合して構成
    することを特徴とするマイクロスイッチ。
22. 【請求項２２】 前記導電性部材は、水銀であることを
    特徴とする請求項２１記載のマイクロスイッチ。
23. 【請求項２３】 外気の温度の変化を信号に変換するセ
    ンサ部と、 前記センサ部の真下に設けられ、前記センサ部の周囲の
    外気を加熱する発熱部分と前記発熱部分の下部に設ける
    凹部とを一体形成した基板とを少なくとも備えたことを
    特徴とするフローセンサ。