知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ 上海汽▲車▼集▲團▼股▲フン▼有限公司の特許一覧 ▶ ▲蘇▼州納格光▲電▼科技有限公司の特許一覧
特表2022-506000セラミックベースマイクロホットプレート及びその製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-17
(54)【発明の名称】セラミックベースマイクロホットプレート及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H05B 3/20 20060101AFI20220107BHJP
【ＦＩ】
H05B3/20 328
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2020573472
(86)(22)【出願日】2019-06-27
(85)【翻訳文提出日】2020-12-25
(86)【国際出願番号】 CN2019093361
(87)【国際公開番号】W WO2020001555
(87)【国際公開日】2020-01-02
(31)【優先権主張番号】201810714351.7
(32)【優先日】2018-06-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520512915
【氏名又は名称】上海汽▲車▼集▲團▼股▲フン▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＩＣ ＭＯＴＯＲ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ ＬＩＭＩＴＥＤ
(71)【出願人】
【識別番号】520512926
【氏名又は名称】▲蘇▼州納格光▲電▼科技有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＳＵＺＨＯＵ ＮＡＮＯＧＲＩＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．， ＬＴＤ
(74)【代理人】
【識別番号】110000729
【氏名又は名称】特許業務法人 ユニアス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】王 ▲錦▼
(72)【発明者】
【氏名】▲張▼ 程
(72)【発明者】
【氏名】▲張▼ 克▲棟▼
(72)【発明者】
【氏名】▲馮▼ 奇
【テーマコード（参考）】
3K034
【Ｆターム（参考）】
3K034AA02
3K034AA15
3K034AA33
3K034BB06
3K034BB14
3K034CA02
3K034CA17
3K034JA01
3K034JA10
(57)【要約】
本出願はセラミックベースマイクロホットプレート及びその製造方法を開示している。
セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、シリコン基板（１１）の第１表面（１１１）に、セラミック膜（１２）及び加熱層が順に形成され、加熱層は電気接続された加熱電極（１３）と加熱抵抗（１４）とを有し、セラミック膜（１２）は所定のセラミックスラリーから焼結されることで形成され、加熱層は所定の導電スラリーから焼結されることで形成される。該セラミックベースマイクロホットプレートの製造方法は、乾燥と焼結工程を順に介して第１表面に付着されるセラミック膜、及びセラミック膜の表面に付着される加熱層を形成し、シリコン基板（１１）の第２表面（１１２）をエッチングし、第１表面及び第２表面を貫通する空気断熱室を形成する。該セラミックベースマイクロホットプレートは優れた耐高温性を有し、安定性及び確実性を向上でき、加熱の消費電力、及び製造コストを低減できる。
【選択図】図１
セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、シリコン基板（１１）の第１表面（１１１）に、セラミック膜（１２）及び加熱層が順に形成され、加熱層は電気接続された加熱電極（１３）と加熱抵抗（１４）とを有し、セラミック膜（１２）は所定のセラミックスラリーから焼結されることで形成され、加熱層は所定の導電スラリーから焼結されることで形成される。該セラミックベースマイクロホットプレートの製造方法は、乾燥と焼結工程を順に介して第１表面に付着されるセラミック膜、及びセラミック膜の表面に付着される加熱層を形成し、シリコン基板（１１）の第２表面（１１２）をエッチングし、第１表面及び第２表面を貫通する空気断熱室を形成する。該セラミックベースマイクロホットプレートは優れた耐高温性を有し、安定性及び確実性を向上でき、加熱の消費電力、及び製造コストを低減できる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
前記セラミックベースマイクロホットプレートであって、対向する第１表面と第２表面とを有するシリコン基板であって、前記第１表面が中心加熱領域と周辺支持領域とを有し、前記中心加熱領域が前記第１表面及び前記第２表面を貫通する空気断熱室を有するシリコン基板と、
前記シリコン基板の第１表面に設けられたセラミック膜と、
前記セラミック膜の、シリコン基板から離反した側の表面に設けられており、電気接続された加熱電極と加熱抵抗とを有する加熱層であって、前記加熱抵抗が前記中心加熱領域にある加熱層と、を備え、
前記セラミック膜は前記シリコン基板の表面に形成された所定のセラミックスラリーから焼結されることで形成され、前記加熱層は前記セラミック膜の表面に形成された所定の導電スラリーから焼結されることで形成されることを特徴とするセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項2】
前記シリコン基板は両面酸化、片面酸化または酸化されていない単結晶シリコンウェハであり、前記単結晶シリコンウェハの結晶方位は１００または１１１であり、または、前記シリコン基板は両面酸化、片面酸化または酸化されていない多結晶シリコンウェハであることを特徴とする請求項１に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項3】
前記シリコン基板の厚さは、端点値が含まれているように、５０μｍ～７００μｍであることを特徴とする請求項１に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項4】
前記セラミックスラリーはガラス及びセラミック系の混合材料であり、または、前記セラミックスラリーは微結晶ガラス系であり、
または、前記セラミックスラリーは単相セラミックであることを特徴とする請求項１に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項5】
前記セラミック膜の厚さは、端点値が含まれているように、１μｍ～５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項6】
前記セラミック膜の抵抗率は１０１３Ω・ｃｍより大きいことを特徴とする請求項１に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項7】
前記セラミック膜の熱膨張係数は、端点値が含まれているように、０.５×１０－６／℃～１０×１０－６／℃であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項8】
前記セラミック膜の誘電率は、端点値が含まれているように、３～１０であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項9】
前記セラミック膜の熱伝導率は、端点値が含まれているように、０.５Ｗ／（ｍ・Ｋ）～１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項10】
前記セラミック膜の応力は、端点値が含まれているように、１００ＭＰａ～１０００ＭＰａであることを特徴とする請求項１に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項11】
前記セラミック膜は、前記セラミック膜の粗さが端点値を含むように０.５ｎｍ～１μｍになるように、つや出し処理することを特徴とする請求項１に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項12】
前記セラミック膜は前記第１表面の全部または一部を覆うことを特徴とする請求項１に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項13】
前記セラミックベースマイクロホットプレートは、セラミックスラリー及び厚さが異なる多層の前記セラミック膜を有することを特徴とする請求項１に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項14】
前記セラミックスラリーがガラス及びセラミック系の混合材料である場合、前記セラミックスラリーにおいて、セラミック相材料は酸化アルミニウムセラミック、酸化マグネシウムセラミック、酸化ベリリウムセラミック、酸化ジルコニウムセラミック、窒化アルミニウムセラミック、窒化ケイ素セラミック、窒化ホウ素セラミック、窒化チタンセラミック、炭化ケイ素セラミック、炭化チタンセラミック、炭化ホウ素セラミックのうちの１つまたは複数を有し、ガラス相材料は多種の無機鉱物を主原料として、補助原料を添加することで製造された不規則な構成の非晶質固体であり、セラミック相材料の結晶粒をガラス相材料の無定形のメッシュに溶かして前記セラミック膜を形成することを特徴とする請求項４に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項15】
前記セラミックスラリーが微結晶ガラス系である場合、前記セラミックスラリーにおいて、微結晶ガラスはベースガラスから加熱処理されることで形成され、結晶方位とガラス相とを同時に有する固体複合材料であり、前記ベースガラスは複数組の酸化物を有し、所定条件で、前記ベースガラスの一部は規則的に配列されるように形成され、ガラス相において、微結晶ガラス相が形成されることを特徴とする請求項４に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項16】
前記ベースガラスはケイ酸塩ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、フルオロケイ酸塩ガラス、リンケイ酸塩ガラスのうちの１つまたは複数を有することを特徴とする請求項１５に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項17】
前記セラミックスラリーにおいて、微結晶ガラス相はＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２コージエライト系、Ｌｉ２Ｏ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２リシア輝石系、Ｌｉ２Ｏ－ＺｎＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２リシア輝石系、ＢａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２セルシアン系、ＢａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２－ＴｉＯ２セルシアン系、ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２灰長石系、ＣａＯ－Ｂ２Ｏ３－ＳｉＯ２カルシウムボロンケイガラス系、Ｌｉ２Ｏ－ＺｎＯ－ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２β石英系、Ｆ－Ｋ２Ｏ－Ｎａ２Ｏ－ＣａＯ－ＳｉＯ２カナサイト系、Ｆ－Ｘ－ＭｇＯ－ＳｉＯ２フッ素角閃石系、Ｆ－Ｘ－ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２フッ素雲母系、Ｐ２Ｏ５－Ｌｉ２Ｏ－ＳｉＯ２珪酸リチウム系のうちのいずれか１つまたは複数を有することを特徴とする請求項１５に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項18】
前記セラミックスラリーが単相セラミックである場合、前記セラミックスラリーにおいて、単相セラミックはホウ酸バリウムスズセラミックまたはホウ酸ジルコニウムバリウムセラミックであることを特徴とする請求項４に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項19】
前記加熱電極の厚さは、端点値が含まれているように、０.５ｕｍ～５０ｕｍであり、前記加熱電極の材料はＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ａｇ／Ｐｄ合金及びＰｔ／Ａｕ合金のうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項20】
前記加熱抵抗の厚さは、端点値が含まれているように、０.５ｕｍ～５０ｕｍであり、前記加熱抵抗は導電膜層のパターニング処理により形成された所定形状の抵抗配線であり、
前記加熱抵抗の材料は、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ／Ｃｒ合金、Ｍｏ／Ｍｎ合金、Ｃｕ／Ｚｎ合金、Ａｇ／Ｐｄ合金、Ｐｔ／Ａｕ合金、Ｆｅ／Ｃｏ合金、ＲｕＯ２及びＳｎＯ２:Ｓｂ２Ｏ３のうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載のセラミックベースマイクロホットプレート。
【請求項21】
請求項１～２０のいずれか１項に記載のセラミックベースマイクロホットプレートを製造するための、セラミックベースマイクロホットプレートの製造方法であって、前記製造方法は、対向する第１表面と第２表面とを有するシリコン基板を提供するステップであって、前記第１表面は中心加熱領域と周辺支持領域とを有するステップと、
前記第１表面に所定のセラミックスラリーの膜層を形成するステップと、
乾燥工程及び焼結工程を順に介して、前記第１表面に付着されるセラミック膜を形成するステップと、
前記セラミック膜の表面に、所定の導電スラリーの導電膜層を形成するステップと、
乾燥工程及び焼結工程を順に介して、前記セラミック膜の表面に付着される加熱層を形成するステップと、
前記第２表面をエッチングして、前記中心加熱領域に対応するように、前記第１表面及び前記第２表面を貫通する空気断熱室を形成するステップと、を有することを特徴とする製造方法。
【請求項22】
乾燥際の工程温度は、端点値が含まれているように、４０℃～２００℃であり、焼結際の工程温度は、端点値が含まれているように、５００℃～１４００℃であることを特徴とする請求項２１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【相互参照】
【0001】
本出願は２０１８年０６月２９日にて中国特許庁に提出され、出願番号が２０１８１０７１４３５１.７であり、発明名称が「セラミックベースマイクロホットプレート及びその製造方法」である中国特許出願の優先権を主張して、その全ての内容は援用されることで、本出願に結合される。
【技術分野】
【0002】
本発明は電子機器製造という技術分野に関わり、より具体的に、セラミックベースマイクロホットプレート及びその製造方法に関わる。
【背景技術】
【0003】
シリコン微細加工技術によるマイクロホットプレート（ＭｉｃｒｏＨｏｔｐｌａｔｅ、ＭＨＰ）は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）における通常の加熱プラットフォームであり、マイクロガスセンサ、マイクロ熱式流量計、マイクロ赤外線検出器及び気圧計などのマイクロ機器に大幅に応用されている。マイクロホットプレートの基本的な構成は、吊り下げ式誘電体フィルム及び抵抗バーを有する。電流が抵抗バーを通過する場合、抵抗から発生したジュール熱の一部は、マイクロホットプレートの加熱のために用いられ、他の一部は、伝導、対流及び放射という方式で、周囲環境における吊り下げ構成に消散することで、マイクロホットプレートに、非常に小さい熱慣性及び非常に高い電熱結合効率を具備させ、ミリワットレベルの熱パワーだげでは、その中心温度領域を数ミリ秒内で迅速に昇温させることができる。従って、マイクロホットプレートは非常に速い熱応答時間及び低い熱消費電力を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
現在、ＭＥＭＳ技術に基づき製造されたシリコンベースマイクロホットプレートの加工工程は、主に裏面体シリコン加工、前面体シリコン加工及び表面加工という３つがあり、主な工程フローは、化学気相堆積工程により、シリコンウェハ基板に、一定の厚さを有する窒化ケイ素薄膜及び酸化ケイ素薄膜を堆積させ、そして、物理気相堆積工程により、パターニングされた抵抗加熱膜を製造し、更に、ディープシリコンエッチング工程により、窒化ケイ素と酸化ケイ素薄膜の下方にあるシリコンウェハ基板をエッチングすることで、窒化ケイ素と酸化ケイ素薄膜とが吊り下げられ、断熱機能が優れたマイクロホットプレートを取得する。ただし、現在、マイクロホットプレートが採用した物理気相堆積により製造された抵抗加熱膜は、一般的に、数百ナノメートルの厚さを有するプラチナ、タングステン、モリブデンまたは多結晶シリコンであり、これらの材料は厚さが小さく、成膜結晶粒が小さいから、高温熱処理（６００℃以上）を受ける場合、加熱抵抗は一般的に、不可逆変化が生じて、そして、高温処理の後、表面の酸化は一般的にゴールドワイヤボールボンディング工程を行うだけではなく、または、一定の高温（６００℃以上）まで加熱された場合、抵抗も変化し、例えば、シリコンベースマイクロホットプレートによる触媒燃焼ガスセンサは、センサが高濃度の可燃性ガスに晒す際、可燃性ガスが燃焼放熱を促進するから、マイクロホットプレートの温度が７００℃～８００℃に達する可能性があり、マイクロホットプレートは該温度に耐えられないと、マイクロホットプレートの確実性は１つの問題になり、このように、マイクロホットプレートの使用環境が制約され、製品のロバストネスが試練を受ける。そして、採用した二酸化ケイ素材料は相変わらず高い熱伝導率（７Ｗ／ｍ・Ｋ）を有するため、マイクロホットプレートの消費電力のさらなる低減には不利である。且つ、窒化ケイ素薄膜、二酸化ケイ素薄膜及び抵抗加熱膜はいずれも化学または物理気相堆積工程を利用して製造され、必要な機器は高価で、製造工程のコストも高く、マイクロホットプレートのコストのさらなる低減には不利である。
【0005】
前記記載から分かるように、従来技術において、マイクロホットプレートは主に以下の問題を有し、即ち、物理気相堆積から形成された抵抗加熱膜の耐高温の機能が劣るから、製品の安定性及び確実性も劣って、そして、二酸化ケイ素膜は高い熱伝導率を有し、放熱が速いから、所定の作業温度を保持するために、大きい入力電力を必要とし、マイクロホットプレートの消費電力のさらなる低減には不利であり、その同時、物理気相堆積機器及び化学気相堆積機器は高価であるから、製造コストも高くなり、マイクロホットプレートのコストのさらなる低減には不利である。
【0006】
前記問題を解決するために、本発明の技術案は、優れた安定性及び確実性を有し、製造工程が簡単で、製造コストが低く、低い加熱の消費電力を有するセラミックベースマイクロホットプレートを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記目的を実現するために、本発明は以下の技術案を提供し、
セラミックベースマイクロホットプレートであって、
対向する第１表面と第２表面とを有するシリコン基板であって、前記第１表面が中心加熱領域と周辺支持領域とを有し、前記中心加熱領域が前記第１表面及び前記第２表面を貫通する空気断熱室を有するシリコン基板と、
前記シリコン基板の第１表面に設けられたセラミック膜と、
前記セラミック膜の、シリコン基板から離反した側の表面に設けられており、電気接続された加熱電極と加熱抵抗とを有する加熱層であって、前記加熱抵抗が前記中心加熱領域にある加熱層と、を備え、
前記セラミック膜は前記シリコン基板の表面に形成された所定のセラミックスラリーから焼結されることで形成され、前記加熱層は前記セラミック膜の表面に形成された所定の導電スラリーから焼結されることで形成される。
セラミックベースマイクロホットプレートであって、
対向する第１表面と第２表面とを有するシリコン基板であって、前記第１表面が中心加熱領域と周辺支持領域とを有し、前記中心加熱領域が前記第１表面及び前記第２表面を貫通する空気断熱室を有するシリコン基板と、
前記シリコン基板の第１表面に設けられたセラミック膜と、
前記セラミック膜の、シリコン基板から離反した側の表面に設けられており、電気接続された加熱電極と加熱抵抗とを有する加熱層であって、前記加熱抵抗が前記中心加熱領域にある加熱層と、を備え、
前記セラミック膜は前記シリコン基板の表面に形成された所定のセラミックスラリーから焼結されることで形成され、前記加熱層は前記セラミック膜の表面に形成された所定の導電スラリーから焼結されることで形成される。
【0008】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記シリコン基板は両面酸化、片面酸化または酸化されていない単結晶シリコンウェハであり、前記単結晶シリコンウェハの結晶方位は１００または１１１であり、
または、前記シリコン基板は両面酸化、片面酸化または酸化されていない多結晶シリコンウェハである。
または、前記シリコン基板は両面酸化、片面酸化または酸化されていない多結晶シリコンウェハである。
【0009】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記シリコン基板の厚さは、端点値が含まれているように、５０μｍ～７００μｍである。
【0010】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミックスラリーはガラス及びセラミック系の混合材料であり、
または、前記セラミックスラリーは微結晶ガラス系であり、
または、前記セラミックスラリーは単相セラミックである。
または、前記セラミックスラリーは微結晶ガラス系であり、
または、前記セラミックスラリーは単相セラミックである。
【0011】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミック膜の厚さは、端点値が含まれているように、１μｍ～５０μｍである。
【0012】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミック膜の抵抗率は１０１３Ω・ｃｍより大きい。
【0013】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミック膜の熱膨張係数は、端点値が含まれているように、０.５×１０－６／℃～１０×１０－６／℃である。
【0014】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミック膜の誘電率は、端点値が含まれているように、３～１０である。
【0015】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミック膜の熱伝導率は、端点値が含まれているように、０.５Ｗ／（ｍ・Ｋ）～１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
【0016】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミック膜の応力は、端点値が含まれているように、１００ＭＰａ～１０００ＭＰａである。
【0017】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミック膜は、前記セラミック膜の粗さが端点値を含むように０.５ｎｍ－１μｍになるように、つや出し処理をする。
【0018】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミック膜は前記第１表面の全部または一部を覆う。
【0019】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミックベースマイクロホットプレートは、セラミックスラリー及び厚さが異なる多層の前記セラミック膜を有する。
【0020】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミックスラリーがガラス及びセラミック系の混合材料である場合、前記セラミックスラリーにおいて、セラミック相材料は酸化アルミニウムセラミック、酸化マグネシウムセラミック、酸化ベリリウムセラミック、酸化ジルコニウムセラミック、窒化アルミニウムセラミック、窒化ケイ素セラミック、窒化ホウ素セラミック、窒化チタンセラミック、炭化ケイ素セラミック、炭化チタンセラミック、炭化ホウ素セラミックのうちの１つまたは複数を有し、ガラス相材料は多種の無機鉱物を主原料として、補助原料を添加することで製造された不規則な構成の非晶質固体であり、セラミック相材料の結晶粒をガラス相材料の無定形のメッシュに溶かして前記セラミック膜を形成する。
【0021】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミックスラリーは微結晶ガラス系である場合、前記セラミックスラリーにおいて、微結晶ガラスはベースガラスから、加熱処理されることで形成されており、結晶方位とガラス相とを同時に有する固体複合材料であり、
前記ベースガラスは複数組の酸化物を有し、所定条件で、前記ベースガラスの一部は規則的に配列されるように形成され、ガラス相において、微結晶ガラス相が形成される。
前記ベースガラスは複数組の酸化物を有し、所定条件で、前記ベースガラスの一部は規則的に配列されるように形成され、ガラス相において、微結晶ガラス相が形成される。
【0022】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記ベースガラスはケイ酸塩ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、フルオロケイ酸塩ガラス、リンケイ酸塩ガラスのうちの１つまたは複数を有する。
【0023】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートでは、前記セラミックスラリーにおいて、微結晶ガラス相はＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２コージエライト系、Ｌｉ２Ｏ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２リシア輝石系、Ｌｉ２Ｏ－ＺｎＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２リシア輝石系、ＢａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２セルシアン系、ＢａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２－ＴｉＯ２セルシアン系、ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２灰長石系、ＣａＯ－Ｂ２Ｏ３－ＳｉＯ２カルシウムボロンケイガラス系、Ｌｉ２Ｏ－ＺｎＯ－ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２β石英系、Ｆ－Ｋ２Ｏ－Ｎａ２Ｏ－ＣａＯ－ＳｉＯ２カナサイト系、Ｆ－Ｘ－ＭｇＯ－ＳｉＯ２フッ素角閃石系、Ｆ－Ｘ－ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２フッ素雲母系、Ｐ２Ｏ５－Ｌｉ２Ｏ－ＳｉＯ２珪酸リチウム系のうちのいずれか１つまたは複数を有する。
【0024】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記セラミックスラリーが単相セラミックである場合、前記セラミックスラリーにおいて、単相セラミックはホウ酸バリウムスズセラミックまたはホウ酸ジルコニウムバリウムセラミックである。
【0025】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記加熱電極の厚さは、端点値が含まれているように、０.５ｕｍ～５０ｕｍであり、
前記加熱電極の材料はＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ａｇ／Ｐｄ合金及びＰｔ／Ａｕ合金のうちのいずれか１つである。
前記加熱電極の材料はＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ａｇ／Ｐｄ合金及びＰｔ／Ａｕ合金のうちのいずれか１つである。
【0026】
好ましくは、前記セラミックベースマイクロホットプレートにおいて、前記加熱抵抗の厚さは、端点値が含まれているように、０.５ｕｍ～５０ｕｍであり、
前記加熱抵抗は導電膜層のパターニング処理により形成された所定形状の抵抗配線であり、
前記加熱抵抗の材料は、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ／Ｃｒ合金、Ｍｏ／Ｍｎ合金、Ｃｕ／Ｚｎ合金、Ａｇ／Ｐｄ合金、Ｐｔ／Ａｕ合金、Ｆｅ／Ｃｏ合金、ＲｕＯ２及びＳｎＯ２:Ｓｂ２Ｏ３のうちのいずれか１つである。
前記加熱抵抗は導電膜層のパターニング処理により形成された所定形状の抵抗配線であり、
前記加熱抵抗の材料は、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ／Ｃｒ合金、Ｍｏ／Ｍｎ合金、Ｃｕ／Ｚｎ合金、Ａｇ／Ｐｄ合金、Ｐｔ／Ａｕ合金、Ｆｅ／Ｃｏ合金、ＲｕＯ２及びＳｎＯ２:Ｓｂ２Ｏ３のうちのいずれか１つである。
【0027】
本発明はさらに、前記いずれか１項に記載のセラミックベースマイクロホットプレートの製造のためのセラミックベースマイクロホットプレートの製造方法を提供し、前記製造方法は、
対向する第１表面と第２表面とを有するシリコン基板を提供するステップであって、前記第１表面は中心加熱領域と周辺支持領域とを有するステップと、
前記第１表面に所定のセラミックスラリーの膜層を形成するステップと、
乾燥工程及び焼結工程を順に介して、前記第１表面に付着されるセラミック膜を形成するステップと、
前記セラミック膜の表面に、所定の導電スラリーの導電膜層を形成するステップと、
乾燥工程及び焼結工程を順に介して、前記セラミック膜の表面に付着される加熱層を形成するステップと、
前記第２表面をエッチングして、前記中心加熱領域に対応するように、前記第１表面及び前記第２表面を貫通する空気断熱室を形成するステップと、を有することを特徴とする。
対向する第１表面と第２表面とを有するシリコン基板を提供するステップであって、前記第１表面は中心加熱領域と周辺支持領域とを有するステップと、
前記第１表面に所定のセラミックスラリーの膜層を形成するステップと、
乾燥工程及び焼結工程を順に介して、前記第１表面に付着されるセラミック膜を形成するステップと、
前記セラミック膜の表面に、所定の導電スラリーの導電膜層を形成するステップと、
乾燥工程及び焼結工程を順に介して、前記セラミック膜の表面に付着される加熱層を形成するステップと、
前記第２表面をエッチングして、前記中心加熱領域に対応するように、前記第１表面及び前記第２表面を貫通する空気断熱室を形成するステップと、を有することを特徴とする。
【0028】
好ましくは、前記製造方法において、乾燥際の工程温度は、端点値が含まれているように、４０℃～２００℃であり、
焼結際の工程温度は、端点値が含まれているように、５００℃～１４００℃である。
焼結際の工程温度は、端点値が含まれているように、５００℃～１４００℃である。
【0029】
前記記載から分かるように、本発明の技術案が提供したセラミックベースマイクロホットプレート及びその製造方法において、シリコン基板の第１表面には、セラミック膜及び加熱層が順に形成され、前記セラミック膜は所定のセラミックスラリーから焼結されることで形成され、前記加熱層は所定の導電スラリーから焼結されることで形成され、このように、前記セラミック膜及び前記加熱層はいずれも高温焼結工程から形成され、優れた耐高温機能を有するから、低温工程条件の物理気相堆積から形成される加熱層の従来技術と比べると、高温焼結工程から形成される加熱層は、よりよい耐高温性を有し、安定性及び確実性を向上できる。そして、セラミックスラリーの構成を調節することで、セラミック膜の熱伝導率を調節でき、放熱が速いという問題を避け、加熱の消費電力を低減させる。その同時、対応するスラリーから焼結されることで、セラミック膜及び加熱層を形成した機器は、化学気相堆積及び物理気相堆積の機器に対して、機器のコストが低く、製造コストを低減させる。
【図面の簡単な説明】
【0030】
本発明の実施例または従来技術の技術案をより明らかに説明するために、以下は実施例または従来技術の記載にとって必要な図面を簡単に紹介し、明らかに、以下の記載の図面は本発明の実施例のみであり、当業者にとって、進歩性に値する労働をしない前提で、提供した図面に応じて、他の図面を取得できる。
【図1】本発明の実施例が提供したセラミックベースマイクロホットプレートの構成模式図である。
【図2】本発明の実施例が提供したセラミック膜マイクロホットプレートの平面図である。
【図3】本発明の実施例が提供した他のセラミック膜マイクロホットプレートの構成模式図である。
【図4】本発明の実施例が提供した加熱層の構成模式図である。
【図5】本発明の実施例が提供した製造方法のフロー模式図である。
【図6】本発明の実施例が提供したセラミックベースマイクロホットプレートの平面図である。
【図7】本発明の実施例が提供した他の製造方法のフロー模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
以下は、本発明の実施例の図面を結合して、本発明の実施例の技術案を明らか且つ完全に記載し、明らかに、記載の実施例は全ての実施例ではなく、本発明の一部の実施例のみである。本発明の実施例に基づき、当業者は進歩性に値する労働をしない前提で取得した他の全ての実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。
【0032】
従来技術に記載するように、従来のマイクロホットプレートは、シリコンウェハ基板の一側の表面で、化学気相堆積を介して窒化ケイ素薄膜及び二酸化ケイ素薄膜を順に形成し、そして、二酸化ケイ素の表面で、物理気相堆積を介して抵抗加熱膜を形成する。
【0033】
物理気相堆積工程の温度が低く、形成された抵抗加熱膜の耐高温機能が劣って、マイクロホットプレートは、後続のゴールドワイヤボールボンディング工程、または触媒燃焼ガスセンサとする場合、高い温度を有し、抵抗加熱膜の耐高温機能が劣ると、製品の確実性及び安定性の劣りを招致して、製品の品質に影響する。
【0034】
二酸化ケイ素は高い熱伝導率を有するから、放熱速度が速くなり、このように、マイクロホットプレートは加熱作業に用いられる場合、例えば、触媒燃焼センサにおいて、該マイクロホットプレートによりガスの燃焼温度に加熱される場合、放熱速度が速いことによる熱の流失を克服するように、高い消費電力を必要とし、このように、製品の作業際の消費電力が大きくなる。
【0035】
その同時、物理気相堆積機器及び化学気相堆積機器は高価であるから、製品の製造コストが高くなる。
【0036】
発明者は研究することで発見するように、シリコン基板の成熟の加工技術とセラミック基板の優れた電気学、力学、熱学特性とを結合して、シリコン基板でセラミック膜を製造すれば、特定の製品の需求を満たす。つまり、所定のセラミックスラリーによりシリコン基板でセラミック膜を形成することで、優れた電気学、力学、熱学特性を有するセラミック基板を形成でき、且つ製造コストが低い。そして、所定の導電スラリーによりセラミックベースの表面で、焼結してから耐高温の加熱層を形成することで、製品の確実性及び安定性を向上するとともに、製造コストを大幅に低減できる。
【0037】
本発明の前記目的、特徴及び利点をより明らかにするために、以下は図面と具体的な実施形態を結合して本発明をさらに詳しく説明する。
【0038】
図１を参照して、図１は本発明の実施例が提供したセラミックベースマイクロホットプレートの構成模式図であり、該セラミックベースマイクロホットプレート１０は、対向する第１表面１１１と第２表面１１２とを有する前記シリコン基板１１であって、前記第１表面が中心加熱領域Ａと周辺支持領域Ｂとを有し、前記中心加熱領域Ａが前記第１表面と前記第２表面を貫通する空気断熱室１５を有するシリコン基板１１と、前記シリコン基板１１の第１表面に設けられたセラミック膜１２と、前記セラミック膜１２のシリコン基板１１から離反した側の表面に設けられた加熱層と、を有し、前記加熱層は電気接続された加熱電極１３及び加熱抵抗１４を有し、前記加熱抵抗１４は前記中心加熱領域Ａにある。
【0039】
加熱電極１３と加熱抵抗１４とは、同一の導電スラリーから形成された同一の加熱層により製造されてもよい。他の形態において、両者は異なる抵抗スラリー及び電極スラリーによりそれぞれ製造されてもよく、この場合、加熱電極１３は一定の面積を有する導電パッドであり、外部回路は圧着、ボンディング、スポット熔接などの熔接方式を介して加熱電極１３に電気接続されてもよい。加熱電極１３は主に、マイクロホットプレートに外部から付与された電気信号を提供し、加熱抵抗１４はマイクロホットプレートの主な発熱素子であり、外部の電流は加熱電極を介して加熱抵抗に伝送される際、加熱抵抗はジュール熱を発生させ、さらに、マイクロホットプレートに熱源を提供する。マイクロホットプレートにより小さい熱容量、より速い熱応答を具備させるために、加熱抵抗と接触するセラミック膜を吊り下げ膜になるように配置して、エッチング技術を介して、基板１１の、セラミック膜と接触する全てのケイ素をエッチングして削除し、空気断熱室１５を形成し、空気は低い熱伝導率を有するから、優れた断熱性を備える。加熱抵抗１４の形状は、加熱層の異なる形状に応じて適切に調整されるが、どんな形状にも関わらず、加熱電極１３は加熱抵抗１４に電気接続され、加熱抵抗１４は必要に応じて特定の形状に配置され、加熱後、マイクロホットプレートの作業に特定の温度を提供する。
【0040】
前記セラミック膜１２は前記シリコン基板１１の表面に形成された所定のセラミックスラリーから焼結されることで形成され、前記加熱層は、前記セラミック膜１２の表面に形成された所定の導電スラリーから焼結されることで形成される。加熱電極１３は、外部回路から入力された電気信号を取得することで、加熱抵抗に作業電圧を提供する。
【0041】
所定のセラミックスラリーを厚膜印刷工程に採用して、シリコン基板１１の表面でセラミック膜１２を形成し、高温焼結を介した後、緻密なセラミック膜１２を形成し、セラミック膜１２とシリコン基板１１とを安定且つ確実に結合でき、結合力が優れて、緻密且つ硬い。
【0042】
従来技術に比べると、本発明の実施例が提供したセラミックベースマイクロホットプレート１０のセラミック膜１２と加熱層とは、それぞれ所定のスラリーから成膜し、高温焼結されることで、製造される。高温熱処理を介するまたは一定の高温まで加熱されると、加熱層とセラミック膜１２とはいずれも優れた耐高温性を有し、加熱層の加熱抵抗１４の抵抗値が安定で、製品のロバストネスがよりよい。セラミック膜１２はより低い熱伝導率、より優れた断熱機能を有し、セラミックベースマイクロホットプレート１０の消費電力のさらなる低減に寄与する。また、セラミック膜１２と加熱層とは、全部で厚膜印刷の技術により成膜してもよく、高価の物理気相堆積または化学気相堆積機器を採用することがなく、低コストの成膜工程を採用することは、さらに、製品コストの低減に寄与する。
【0043】
前記シリコン基板１１は両面酸化、片面酸化または酸化されていない単結晶シリコンウェハであり、前記単結晶シリコンウェハの結晶方位は１００または１１１であり、セラミック膜１２及びシリコン基板１１に安定の接触効果を具備させる。または、前記シリコン基板は両面酸化、片面酸化または酸化されていない多結晶シリコンウェハである。単結晶シリコンウェハまたは多結晶シリコンウェハを採用することで、セラミック膜１２及びシリコン基板１１に安定の接触効果を具備させる。
【0044】
前記シリコン基板１１の厚さは、端点値が含まれているように、５０μｍ～７００μｍである。具体的に、前記シリコン基板１１の厚さは１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、５０μｍまたは６００μｍであってもよい。前記厚さの値のシリコン基板１１を利用することで、セラミック膜マイクロホットプレート１０は薄い厚さを有するように保証するとともに、セラミック膜マイクロホットプレート１０に優れた機械的強度を具備させる。
【0045】
本出願の実施例において、前記セラミックスラリーはガラス及びセラミック系の混合材料であってもよく、または、前記セラミックスラリーは微結晶ガラス系であってもよく、または、前記セラミックスラリーは単相セラミックであってもよい。
【0046】
前記セラミックスラリーはガラス及びセラミック系の混合材料である場合、前記セラミックスラリーは、ガラス相とセラミック相という２つの晶相を含む。セラミック相材料は酸化アルミニウムセラミック、酸化マグネシウムセラミック、酸化ベリリウムセラミック、酸化ジルコニウムセラミック、窒化アルミニウムセラミック、窒化ケイ素セラミック、窒化ホウ素セラミック、窒化チタンセラミック、炭化ケイ素セラミック、炭化チタンセラミック、炭化ホウ素セラミックのうちの１つまたは複数を有し、ガラス相材料は多種の無機鉱物（石英砂、ホウ砂、ホウ酸、重晶石、炭酸バリウム、石灰石、カリ長石、曹長石、炭酸ナトリウム、酸化亜鉛、酸化ビスマス、酸化鉛、酸化銅以及酸化クロムなどのうちの１つまたは複数）を主原料として、補助原料を添加することで製造された不規則な構成の非晶質固体であり、無定形のメッシュ構成を有する。主な原料に少量の補助原料を添加しており、必要に応じて、主な原料と補助原料との比例を設定できる。高温条件で、セラミック相材料の結晶粒をガラス相材料の無定形のメッシュに溶かして前記セラミック膜を形成する。
【0047】
前記セラミックスラリーは微結晶ガラス系である場合、前記セラミックスラリーにおいて、微結晶ガラスはベースガラスから、加熱処理されることで形成され、結晶方位とガラス相とを同時に有する固体複合材料である。前記ベースガラスは複数組の酸化物を有し、所定条件で、前記ベースガラスの一部は規則的に配列されるように形成され、ガラス相において、微結晶ガラス相が形成される。具体的に、前記ベースガラスはケイ酸塩ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、フルオロケイ酸塩ガラス、リンケイ酸塩ガラスのうちの１つまたは複数を有する。
【0048】
前記セラミックスラリーは微結晶ガラス系である場合、前記セラミックスラリーの結晶方位は微結晶ガラス相を有し、好ましくは、微結晶ガラス相はＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２コージエライト系、Ｌｉ２Ｏ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２リシア輝石系、Ｌｉ２Ｏ－ＺｎＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２リシア輝石系、ＢａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２セルシアン系、ＢａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２－ＴｉＯ２セルシアン系、ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２灰長石系、ＣａＯ－Ｂ２Ｏ３－ＳｉＯ２カルシウムボロンケイガラス系、Ｌｉ２Ｏ－ＺｎＯ－ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２β石英系、Ｆ－Ｋ２Ｏ－Ｎａ２Ｏ－ＣａＯ－ＳｉＯ２カナサイト系、Ｆ－Ｘ－ＭｇＯ－ＳｉＯ２フッ素角閃石系（ＸはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａなどの酸化物である）、Ｆ－Ｘ－ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２フッ素雲母系（Ｘはアルカリ金属及びアルカリ土類金属酸化物である）、Ｐ２Ｏ５－Ｌｉ２Ｏ－ＳｉＯ２珪酸リチウム系のうちのいずれか１つまたは複数を有する。
【0049】
前記セラミックスラリーは単相セラミックである場合、前記セラミックスラリーにおいて、単相セラミックはホウ酸バリウムスズセラミックまたはホウ酸ジルコニウムバリウムセラミックである。
【0050】
前記セラミック膜１２の厚さは、端点値が含まれるように、１μｍ～５０μｍである。具体的に、前記セラミック膜１２の厚さは、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍまたは４０μｍであってもよい。前記シリコン基板１１の表面に前記厚さの値のセラミック膜１２を形成することで、セラミック膜１２の厚さが薄いように保証するとともに、セラミック膜１２に優れた電気学、力学及び熱学機能を具備させる。
【0051】
前記セラミック膜１２の抵抗率は１０１３Ω・ｃｍより大きい。本発明の実施例に記載のシリコンベースセラミック膜１０は大きい抵抗率、及び優れた絶縁機能を有する。
【0052】
前記セラミック膜１２の熱膨張係数は、端点値が含まれるように、０.５×１０－６／℃～１０×１０－６／℃である。具体的に、前記セラミック膜１２の熱膨張係数は１×１０－６／℃、４×１０－６／℃、６×１０－６／℃または８×１０－６／℃であってもよい。シリコン基板１１の表面に前記熱膨張係数の値のセラミック膜１２を形成することで、セラミック膜１２の熱膨張係数をシリコン基板１１の熱膨張係数に適応させ、温度の変化によるセラミック膜１２とシリコン基板１１との熱膨張程度の幅が異なることによる、セラミック膜の反りまたは破断などの問題を避け、セラミック膜マイクロホットプレート１０の確実性及び安定性を保証できる。
【0053】
前記セラミック膜１２の誘電率は、端点値が含まれるように、３～１０である。具体的に、該セラミック膜１２の誘電率は４、５、６、７または９であってもよい。シリコン基板１１の表面に前記誘電率の値のセラミック膜１２を形成することで、セラミック膜１２に優れた電気学特性を具備させる。
【0054】
前記セラミック膜１２の熱伝導率は、端点値が含まれるように、０.５Ｗ／（ｍ・Ｋ）－１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。具体的に、該セラミック膜１２の熱伝導率は２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、６Ｗ／（ｍ・Ｋ）または８Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。シリコン基板１１の表面に前記熱伝導率の値のセラミック膜１２を形成することで、セラミック膜１２に優れた熱学特性を具備させ、熱伝導の速度が適切になる。このように、該セラミック膜マイクロホットプレート１０は触媒燃焼センサのマイクロホットプレートに適用される場合、触媒燃焼センサが触媒の最適な作業温度でガス検出を行うから、本出願の技術案は、放熱が速すぎることにより触媒の活性が劣るから、電流を大きくすることで熱補償を行わなければならないという問題、及び、放熱が遅すぎることにより温度が触媒の最適な作業温度を超えたという問題を避け、このように、本出願の技術案は、シリコンベースセラミック膜に適切な熱伝導速度、優れた熱学特性を具備させ、マイクロホットプレートに適用される場合、温度を触媒の最適な作業温度に維持させ、温度が高すぎ及び低すぎるという問題の発生を避ける。
【0055】
前記セラミック膜１２の応力は、端点値が含まれるように、１００ＭＰａ～１０００ＭＰａである。具体的に、前記セラミック膜１２の応力は２００Ｍｐａ、５００Ｍｐａ、８００Ｍｐａまたは９００Ｍｐａである。シリコン基板１１の表面に前記応力の値のセラミック膜１２を形成することで、セラミック膜１２に優れた力学特性を具備させ、大きい応力に耐えることができ、応力の変化によってセラミック膜には反りまたは脱落などの問題が生じることを避ける。
【0056】
前記セラミック膜１２はつや出し処理を介して、前記セラミック膜１２の粗さが、端点値が含まれるように、０.５ｎｍ～１μｍになる。具体的に、前記セラミック膜１２の粗さは１０ｎｍ、１００ｎｍ、５００ｎｍまたは８００ｎｍであってもよい。シリコン基板１１の表面に前記粗さの値のセラミック膜１２を形成することで、セラミック膜１２に優れた平坦性を具備させ、その表面に他の構成を便利に製造できる。
【0057】
本発明の実施例が提供したセラミック膜マイクロホットプレートにおいて、前記セラミック膜１２は前記第１表面の全部または一部を覆う。セラミック膜１２が第１表面の一部を覆う場合、複数の領域を有し、隣接する領域の間には隙間がある。第１表面領域におけるセラミック膜１２により区画された領域の大きさ、数量及び隙間距離を調節し、シリコン基板１１の応力とセラミック膜１２の応力とをマッチングするように調節することで、セラミック膜マイクロホットプレートの安定性及び確実性を保証する。
【0058】
図２を参照し、図２は本発明の実施例が提供したセラミック膜マイクロホットプレートの平面図であり、図２の左図に示される形態において、セラミック膜１２１はシリコンベース基層１１の第１表面の全部を覆っており、図２の右図に示される形態において、セラミック膜１２３はシリコンベース基層１１の一部を覆っており、図２の中間図に示される形態において、セラミック膜１２２はシリコンベース基層１１の一部を覆う。
【0059】
前記セラミック膜マイクロホットプレート１０は、セラミックスラリー及び厚さが異なる多層の前記セラミック膜１２を有するように配置されることで、シリコン基板１１の応力とセラミック膜１２の応力とのマッチング効果がよりよくなり、セラミックベースマイクロホットプレートに反りという問題が生じることを避ける。
【0060】
図３を参照し、図３は本発明の実施例が提供した他のセラミック膜マイクロホットプレートの構成模式図であり、図３に示されるセラミック膜マイクロホットプレート２０において、シリコン基板２１は同じように、対向する第１表面と第２表面とを有し、前記実施例のシリコン基板と同様である。図３に示される形態と図２に示される形態との相違点は、図３に示される形態において、シリコン基板２１の表面は、セラミック膜２２１とセラミック膜２２２という２層のセラミック膜を有することにある。セラミック膜２２１はシリコン基板２１の表面にあり、セラミック膜２２２はセラミック膜２２１の表面にある。説明しようとするのは、応力マッチングの必要に応じて、セラミック膜の層数を設定でき、図３に示される２層の構成が含まれるが、それに限定されていない。最も外側のセラミック膜２２２の表面には加熱層が設けられ、前記実現形態と同じように、該加熱層は加熱電極２３と加熱抵抗２４とを有する。
【0061】
好ましくは、前記加熱電極１３の厚さは、端点値が含まれているように、０.５ｕｍ～５０ｕｍであり、例えば、１０μｍ、２０μｍまたは３０μｍなどであってもよい。前記加熱電極１３の材料はＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ａｇ／Ｐｄ合金及びＰｔ／Ａｕ合金のうちのいずれか１つであり、前記材料が含まれるが、それに限定されていない。
【0062】
前記加熱抵抗１４の厚さは、端点値が含まれているように、０.５ｕｍ～５０ｕｍであり、例えば、１０μｍ、２０μｍまたは３０μｍなどであってもよい。前記加熱抵抗１４は導電膜層のパターニング処理から形成された所定形状の抵抗配線である。導電膜層のパターン構成は図４に示される。
【0063】
図４を参照し、図４は本発明の実施例が提供した加熱層の構成模式図であり、図４において、図４ａに示される加熱層は加熱抵抗１４１と加熱電極１３１とを有し、加熱抵抗１４１は異形状の曲線であり、図４ｂに示される加熱層は加熱抵抗１４２と加熱電極１３２とを有し、加熱抵抗１４２は蚊取り線香状の曲線であり、図４ｃに示される加熱層は加熱抵抗１４３と加熱電極１３３とを有し、加熱抵抗１４３は蛇形の曲線であり、加熱抵抗１４３の線幅は均一であり、図４ｄに示される加熱層は加熱抵抗１４４と加熱電極１３４とを有し、加熱抵抗１４４は蛇形の曲線であり、加熱抵抗１４４の線幅は均一ではなく、図４ｅは加熱抵抗１４４と加熱電極１３４とを有し、加熱抵抗１４４は矩形である。加熱層のパターン構成は図４における４つの形態に限定されず、１つのパターン構成に限定されず、さらに、多種のパターン構成の結合であってもよく、例えば、同一の加熱層には、前記４つの形態のうちの、少なくとも２つの組み合わせが含まれても良い。
【0064】
マイクロホットプレートの熱電界均一性に応じて、加熱抵抗の形状を変更し、加熱抵抗の線幅を制御し、さらに、加熱抵抗の抵抗値を調節制御でき、例えば、図４において、加熱抵抗１４３の線条の幅が同一であり、各本の線条の抵抗値も同様である。加熱抵抗１４４の線条の幅は不一致であり、中間が粗く、両辺が細く、中間の線条の抵抗が、両辺の線条の抵抗より小さく、同じ電流が通過する場合、両辺の線条から発生したジュール熱が、中間の線条の抵抗から発生したジュール熱より大きく、両辺の線条がより断熱室の縁に近接するから、熱伝導がより高く、これによって、両辺の線条の温度が低くなり、可変な線幅設計を介して、熱電界がより均一且つ一致になる。同じように、蚊取り線香状の曲線の加熱抵抗１４２に対しても、可変な線幅設計を行う。
【0065】
前記加熱抵抗１４の材料はＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ／Ｃｒ合金、Ｍｏ／Ｍｎ合金、Ｃｕ／Ｚｎ合金、Ａｇ／Ｐｄ合金、Ｐｔ／Ａｕ合金、Ｆｅ／Ｃｏ合金、ＲｕＯ２及びＳｎＯ２:Ｓｂ２Ｏ３のうちのいずれか１つであり、前記材料が含まれるが、それに限定されていない。
【0066】
本発明の実施例において、セラミック膜１２は、強誘電体、圧電または磁気電気結合効果を実現する伝統のセラミック膜層と違って、伝統のセラミック膜層のセラミック膜層は機能性セラミックであり、力、電気、磁気の間の優れた変換機能を具備しなければならなく、本発明の実施例のセラミック膜１２は構造用セラミックであり、応力歪み、弾性率などの力学パラメータを実現でき、隣接する膜層の間に確実且つ安定の付着性を具備させる。
【0067】
従って、本出願の実施例に記載のセラミック膜１２は構造用セラミックであり、伝統のセラミック膜層は機能性セラミックであり、本質的な違いを有し、シリコン基板の機能性セラミックは、本出願のシリコンベースセラミック膜と違っている。機能性セラミックは主にその非力学機能を利用したセラミック材料であり、このようなセラミック材料は一般的に、電気、磁気、光、熱、化学生物などの１種または多種の機能を有し、または、圧電、圧磁、熱電、電気光学、音響光学、磁気光学などの結合機能を有する。そして、半導体技術の発展に連れて、機能性セラミックはいずれも薄膜という形式でシリコン基板に堆積され、金属電極を蒸着させ、主に研究及び利用するのは、セラミック材料の機能性である。一方、本発明の実施例のセラミック膜材料は、セラミック膜とシリコン基板とにマッチングする優れた力学機能を具備させ、伝統のセラミック膜の前記非力学的な特性を備えていなくても良い。
【0068】
構造用セラミックの種類は多いが、一般的に、構造用セラミックはいずれも独立且つ単一の形態で使用され、次元でも、大きいサイズの構造性であり、本発明の実施例のセラミック膜は、ミクロサイズのセラミック膜と微細加工しやすいシリコン基板とを結合でき、ＭＥＭＳマイクロヒーターという分野に適用される。
【0069】
前記のように、伝統の機能性セラミックとの違いに基づき、本発明の実施例のセラミック膜は、特定の力学特性を実現でき、特定の応力及び熱膨張係数を具備する必要があり、いくつかの電気学機能パラメータ、例えば誘電率の範囲は３～１０のみであり、一方、圧電セラミック、強誘電体セラミックのような伝統の機能性セラミックは、一般的に、誘電率が高いほどよく、高い誘電率ほど、その機能性がよりよくなり、圧電セラミックと強誘電体セラミックとの誘電率は、一般的に数千から数万であるから、本発明の技術案は、セラミック膜の材料の選択に対して、優れた力学特性を重視し、大多数の機能性セラミックの材料の力学特性は、本発明の技術案の必要を満たしていなく、本発明の技術案は力学特性が劣る機能性セラミック材料を含まなく、本発明の実施例のセラミック膜は加熱される際、一定の弾性及び歪みを有し、圧電材料を採用すれば、スマート歪みは両端で電荷を発生させるから、必ずセラミック膜の後続の応用拡張に影響する。
【0070】
本発明の実施例の前記技術案において、所定のセラミックスラリーを利用して、厚膜印刷技術により、シリコン基板の表面で成膜した後、所定温度の高温焼結により、目的特性のセラミック膜を形成でき、該目的特性のセラミック膜は優れた抵抗率、熱膨張係数、誘電率、熱伝導率及び応力特性を有し、その抵抗率、熱膨張係数、誘電率、熱伝導率及び応力は、所定の数値範囲を満たして、優れた電気学、熱学及び力学特性を有し、セラミック膜マイクロホットプレートに、優れた安定性及び確実性を具備させる。
【0071】
従来技術に比べると、本発明の実施例が提供したセラミック膜マイクロホットプレートにおいて、シリコン基板の成熟の微細加工技術と、セラミックの優れた電気学、力学及び熱学特性とを結合することで、セラミック膜に機能回路を形成し、シリコン基板で微細構造加工を実現でき、該セラミック膜マイクロホットプレートは、機能が優れたマイクロ機械システム、微小光学電子機械システムシステム、マイクロホットプレート及びマイクロ流体などの微細構造システムの製造に適用される。低コストの厚膜印刷工程によりセラミック膜を形成でき、高価の物理気相堆積または化学気相堆積機器を利用する必要がなく、さらに、製品コストの低減に寄与する。
【0072】
所定の導電スラリーにより、厚膜印刷技術を介してセラミック膜の表面で成膜した後、所定温度の高温焼結から加熱層を形成でき、伝統の物理気相堆積と比べると、本発明の実施例のセラミックベースマイクロホットプレートにおいて、加熱層の耐高温性が優れて、製品の安定性及び確実性を保証する。加熱層において、加熱抵抗及び加熱電極は、同じ導電スラリーにより同時に製造される。他の形態において、異なる抵抗スラリー及び電極スラリーによりそれぞれ製造されてもよく、例えば、加熱抵抗は、抵抗スラリーをスクリーン印刷し、高温焼結することで製造され。加熱電極は電極スラリーをスクリーン印刷し、高温焼結することで製造される。
【0073】
前記実施例に記載のセラミックベースマイクロホットプレートに基づき、本発明の他の実施例はさらに、前記セラミックベースマイクロホットプレートの製造のための製造方法を提供し、該製造方法は図５に示すように、図５は本発明の実施例が提供した製造方法のフロー模式図であり、該製造方法は以下のステップを有し、
ステップＳ１１：対向する第１表面と第２表面とを有するシリコン基板を提供し、前記第１表面は中心加熱領域と周辺支持領域とを有する。
ステップＳ１１：対向する第１表面と第２表面とを有するシリコン基板を提供し、前記第１表面は中心加熱領域と周辺支持領域とを有する。
【0074】
シリコン基板の材料及び厚さについて、前記記載を参照すればよく、ここで、贅言していない。
【0075】
ステップＳ１２：前記第１表面に所定のセラミックスラリーの膜層を形成する。
【0076】
必要なセラミック膜の目的特性に応じてセラミックスラリーを製造する。セラミックスラリーはセラミック粉体と有機担体からなる。具体的に、セラミック粉体の実現形態は、ガラス及びセラミック系の混合材料、微結晶ガラス系構成、単相セラミックという３つがある。前記所定のセラミックスラリーの実現形態について、前記記載を参照すればよく、ここで、贅言していない。
【0077】
スクリーン印刷、平板印刷、凹版印刷、凸版印刷、流延、ナイフ塗布及び塗装のうちのいずれか１つの方式で、前記セラミックスラリーによりシリコン基板で成膜してもよい。
【0078】
ステップＳ１３：乾燥工程及び焼結工程を順に介して、前記第１表面に付着されるセラミック膜を形成する。
【0079】
セラミック膜の目的特性について、前記記載を参照すればよく、ここで、贅言していない。所定温度の高温焼結によって、シリコン基板の表面に一定の厚さのセラミック膜を形成でき、該セラミック膜は緻密且つ硬くて、シリコン基板と優れた付着力を有する。
【0080】
好ましくは、乾燥際の温度は４０℃～２００℃であり、例えば、５０℃、８０℃、１００℃または１５０℃であってもよい。該温度の値で乾燥することで、優れた乾燥効果を具備するように保証でき、温度が高すぎまたは低すぎることにより膜層の乾燥品質が劣って、後続の焼結品質に影響することを避け、セラミック膜の確実性及び安定性を保証できる。
【0081】
好ましくは、焼結際の温度は、端点値が含まれているように、５００℃～１４００℃であり、例えば、５５０℃、８００℃、１０００℃または１２００℃であってもよい。該温度の値で焼結することで、優れた焼結効果を具備するように保証でき、セラミック膜が緻密で、硬度特性がよく、シリコンベース板との付着力が強く、温度が高すぎまたは低すぎることにより膜層の焼結が劣ることを避け、セラミック膜の確実性及び安定性を保証する。所定のスラリーは厚膜印刷工程を介してシリコン基板の表面で成膜した後、焼結後、厚さが大きく、緻密且つ付着力が優れたセラミック膜を形成でき、セラミック膜とシリコン基板との接触面の間は互いに安定に接触し、高価の物理気相堆積または化学気相堆積機器と比べると、両者の間の接触構成は異なり、接触構成はより確実且つ安定であり、製造コストが低い。
【0082】
焼結後、前記製造方法はさらに、研磨つや出し工程を介して、前記セラミック膜の粗さは、端点値が含まれているように、０.５ｎｍ～１μｍになるステップを有する。
【0083】
ステップＳ１４：前記セラミック膜の表面に、所定の導電スラリーの導電膜層を形成する。
【0084】
ステップＳ１５：乾燥工程及び焼結工程を順に介して、前記セラミック膜の表面に付着される加熱層を形成する。
【0085】
スクリーン印刷工程を介してセラミック膜の表面に導電スラリーの導電膜層を形成し、乾燥、焼結工程を介して、セラミック膜との付着力が優れた加熱層を取得できる。乾燥と焼結との温度範囲は前記と同様である。セラミック膜と加熱層との乾燥温度は同様または異なっても良く、焼結温度は同様または異なってもよい。該ステップにおいて、焼結が完成した後、同じように、研磨つや出し工程を介して、前記加熱層の粗さは端点値が含まれているように、０.５ｎｍ～１μｍになる。スクリーン印刷の網版パターンを設定することで、加熱層に所定のパターン構成を具備させ、特定構成の加熱抵抗及び加熱電極を形成する。
【0086】
ステップＳ１６：前記第２表面をエッチングして、前記中心加熱領域に対応するように、前記第１表面及び前記第２表面を貫通する空気断熱室を形成する。
【0087】
ディープシリコンエッチング工程により前記空気断熱室を形成してもよい。具体的に、第２表面に１層のフォトレジスト層を形成し、スピンコーティング工程により、該フォトレジスト層を形成し、該フォトレジスト層に対してパターニング露光及びパターニング現像を行うことで、所定のパターン構成を有するフォトレジスト層を形成し、周辺の支持領域に正対するフォトレジストを保留し、中心加熱領域に正対するフォトレジストを除去し、そして、パターニングのフォトレジスト層をマスク版として、シリコン基板をエッチングし、前記空気断熱室を形成することで、中心加熱領域のセラミック膜を吊り下げさせ、最後は、縁の支持領域のフォトレジストを除去し、断熱機能が優れたセラミックベースマイクロホットプレートを形成する。フォトレジストはポジ型フォトレジスト、またはネガ型フォトレジストであってもよい。フォトレジスト層の厚さは、端点値が含まれているように、１μｍ～３０μｍである。
【0088】
図６を参照し、図６は本発明の実施例が提供したセラミックベースマイクロホットプレートの平面図であり、本発明の実施例に記載の製造方法において、大きいサイのズウェハを介して複数のセラミックベースマイクロホットプレートを同時に製造し、そして、切断工程を介して、複数の単粒子のセラミックベースマイクロホットプレートに分割し、切断後、各セラミックマイクロホットプレートはいずれもシリコン基板１１、セラミック膜１２及び加熱層を有する。図６に示すように、ウェハにはセラミック膜１２が形成されている。セラミック膜１２における加熱層パターンは複数のサブ領域を有し、各サブ領域はいずれも加熱電極１３及び加熱抵抗１４を有する。対応するように、各サブ領域の中心加熱領域に空気断熱室を形成した後、切断工程を介して、大きいサイズのウェハを複数の小さいサイズのシリコン基板１１に分割し、各小さいサイズのシリコン基板１１はいずれも１つのサブ領域に対応し、１つの単粒子のセラミックベースマイクロホットプレートを形成する。
【0089】
【0090】
該シリコン基板は両面酸化されており、１００結晶方位を有する単結晶シリコン基板１１であってもよく、アセトン超音波で１０ｍｉｎ洗浄し、イソプロパノール超音波で５ｍｉｎ洗浄し、そして、脱イオン水で５ｍｉｎ洗浄し、窒素ガスで吹き乾かす。
【0091】
ステップＳ２２：セラミックスラリーを配置し、該スラリーによりシリコン基板の表面で成膜した後、乾燥処理を行う。
【0092】
適切な仕様のセラミック粉体を選択して、有機担体を添加することで、セラミックスラリーになるように配置する。スクリーン印刷という方式で、基板１１に印刷され、一定の温度で乾燥される。
【0093】
ステップＳ２３：乾燥されたシリコン基板をマッフル炉に入れて焼結することで、セラミック膜を形成する。
【0094】
１０ｕｍ厚さを有し、緻密且つ硬いセラミック膜１２を取得し、研磨つや出しという方式で、セラミック膜１２の表面を処理することで、セラミック膜１２の表面の粗さを０.２ｕｍに制御する。
【0095】
ステップＳ２４：導電スラリーにより、スクリーン印刷工程を介して、セラミック膜の表面に加熱電極と加熱抵抗とのパターン構成を形成する。
【0096】
加熱電極及び加熱抵抗に対して、同じ導電スラリーを採用して、１回のスクリーン印刷を介して、対応するパターン構成を形成する。他の形態において、加熱電極スラリー及び加熱抵抗スラリーに対して、それぞれスクリーン印刷という方式で、セラミック膜に印刷され、対応する加熱電極パターン構成と加熱抵抗パターン構成を形成する。
【0097】
スクリーン印刷が完成した後、乾燥及び焼結を行って、加熱電極及び加熱抵抗を得て、そして、加熱電極及び加熱抵抗に対して、つや出し処理を行うことで、加熱電極及び加熱抵抗の表面の粗さが１００ｎｍになる。
【0098】
ステップＳ２５：シリコン基板の他側をエッチングし、加熱抵抗に正対する中心加熱領域で空気断熱室を形成する。
【0099】
基板の裏面にフォトレジストをスピンコーティングし、加熱ステージで乾燥するとともに、パターニング露光及びパターニング現像を行って、反応性イオンエッチング技術により、裏面にある二酸化ケイ素を除去し、そして、ディープシリコンエッチング技術により、セラミック膜の下方の、フォトレジストによって保護されていないケイ素をエッチング除去し、断熱空気腔１５を形成し、セラミックベースマイクロホットプレートを得て、切断技術により、セラミックベースマイクロホットプレートチップを得る。
【0100】
従来技術において、セラミック膜層を製造するための材料は、高い焼結温度を有し、例えば、酸化ジルコニウムセラミック材料に対して、焼結温度が１３５０℃の以上であるように要求され、高い焼結温度は、シリコンウェハを基板とすることができず、なぜならば、シリコンウェハはこのような高い焼結温度に耐えず、該焼結温度は既にシリコンウェハの融点（１４００℃）に接近する。そして、伝統のセラミック材料から製造されたセラミック膜層の応力は、シリコンウェハとマッチングできない（全体応力は５００ＭＰａの以下である）。その同時、伝統のセラミック材料から製造されたセラミック膜層は、緻密なセラミック膜を形成できず、後続で、ディープシリコンエッチング工程を採用する場合、セラミック基板は破断するおそれがある。
【0101】
本発明の実施例において、特定のセラミックスラリーから形成されたシリコンベースセラミック膜は、優れた力学特性を有し、シリコン基板と優れた付着効果を有し、そして、セラミック膜を製造するための材料の焼結温度はシリコンウェハの融点温度より小さく、例えば、ガラス及びセラミック系の混合材料に対して、焼結温度は１２００℃の以下であり、シリコンウェハでの印刷焼結に適して、セラミックスラリーの成分及びシールドを調節することで、製造されたセラミック膜の熱膨張係数がシリコンウェハにマッチングし、確実な力学接触を形成し、熱歪みによる反り及び脱落という問題を避ける。
【実施例】
【0102】
本発明をよりよく説明するために、以下はいくつかのセラミックベースマイクロホットプレートの製造方法の具体的な実施例を提供する。
【0103】
実施例１
両面つや出し、両面酸化され、１００結晶方位を有する４インチ単結晶ケイ素ウェハを提供し、アセトン超音波で１５ｍｉｎ洗浄し、イソプロパノール超音波で５ｍｉｎ洗浄し、そして、脱イオン水で５ｍｉｎ洗浄し、窒素ガスで吹き乾かし、適切な仕様のセラミック粉体を選択して、有機担体を添加し、セラミックスラリーになるように配置し、スクリーン印刷という方式で、ウェハに印刷し、１２０℃で１０ｍｉｎ乾燥し、乾燥されたウェハをマッフル炉に入れて、１０００℃で３０ｍｉｎ焼結し、１０ｕｍの厚さを有する緻密且つ硬いセラミック膜を得て、研磨つや出しという方式で、セラミック膜の表面を処理することで、セラミック膜の表面の粗さを０.２ｕｍになるように制御する。
両面つや出し、両面酸化され、１００結晶方位を有する４インチ単結晶ケイ素ウェハを提供し、アセトン超音波で１５ｍｉｎ洗浄し、イソプロパノール超音波で５ｍｉｎ洗浄し、そして、脱イオン水で５ｍｉｎ洗浄し、窒素ガスで吹き乾かし、適切な仕様のセラミック粉体を選択して、有機担体を添加し、セラミックスラリーになるように配置し、スクリーン印刷という方式で、ウェハに印刷し、１２０℃で１０ｍｉｎ乾燥し、乾燥されたウェハをマッフル炉に入れて、１０００℃で３０ｍｉｎ焼結し、１０ｕｍの厚さを有する緻密且つ硬いセラミック膜を得て、研磨つや出しという方式で、セラミック膜の表面を処理することで、セラミック膜の表面の粗さを０.２ｕｍになるように制御する。
【0104】
スクリーン印刷という方式で、セラミック膜に、長さと幅が３００ｕｍ×３００ｕｍである蛇形の加熱抵抗アレイと加熱電極アレイを印刷し、１２０℃で５ｍｉｎ乾燥し、８５０℃で１５ｍｉｎ焼結し、加熱電極と加熱抵抗を得て、そして、加熱電極と加熱抵抗に対してつや出し処理を行うことで、加熱電極と加熱抵抗との表面の粗さが１００ｎｍになり、基板の裏面でポジ型フォトレジストをスピンコーティングし、１００℃で５ｍｉｎ乾燥し、パターニング露光及びパターニング現像を行って、厚さが１０ｕｍで、長さと幅が５００ｕｍ×５００ｕｍである、フォトレジストによって保護されていない領域を得て、反応性イオンエッチングという技術により、非保護の領域の二酸化ケイ素を除去し、ディープシリコンエッチング技術により、フォトレジストによって保護されていないケイ素をエッチング除去し、断熱空気腔を形成し、セラミックベースマイクロホットプレートを得て、切断技術により、長さと幅が１.０ｍｍ×１.０ｍｍであるセラミックベースマイクロホットプレートチップを得る。
【0105】
実施例２
両面つや出し、両面酸化されていなく、１００結晶方位を有する６インチ単結晶ケイ素ウェハを提供し、アセトン超音波で１０ｍｉｎ洗浄し、イソプロパノール超音波で１０ｍｉｎ洗浄し、そして、脱イオン水で５ｍｉｎ洗浄し、窒素ガスで吹き乾かし、適切な仕様のセラミック粉体を選択して、有機担体を添加し、セラミックスラリーを配置し、流延という方式でセラミックスラリーをウェハに成膜させ、１５０℃で１０ｍｉｎ乾燥し、乾燥されたウェハをマッフル炉に入れて、１０００℃で３０ｍｉｎ焼結し、２０ｕｍの厚さを有し、緻密且つ硬いセラミック膜を得て、研磨つや出しという方式により、セラミック膜の表面を処理することで、セラミック膜の表面の粗さを０.２ｕｍになるように制御する。
両面つや出し、両面酸化されていなく、１００結晶方位を有する６インチ単結晶ケイ素ウェハを提供し、アセトン超音波で１０ｍｉｎ洗浄し、イソプロパノール超音波で１０ｍｉｎ洗浄し、そして、脱イオン水で５ｍｉｎ洗浄し、窒素ガスで吹き乾かし、適切な仕様のセラミック粉体を選択して、有機担体を添加し、セラミックスラリーを配置し、流延という方式でセラミックスラリーをウェハに成膜させ、１５０℃で１０ｍｉｎ乾燥し、乾燥されたウェハをマッフル炉に入れて、１０００℃で３０ｍｉｎ焼結し、２０ｕｍの厚さを有し、緻密且つ硬いセラミック膜を得て、研磨つや出しという方式により、セラミック膜の表面を処理することで、セラミック膜の表面の粗さを０.２ｕｍになるように制御する。
【0106】
スクリーン印刷という方式で、セラミック膜に、長さと幅が４００ｕｍ×４００ｕｍである可変線幅の蛇形加熱抵抗アレイと加熱電極アレイを印刷し、１３０℃で５ｍｉｎ乾燥し、９００℃で３０ｍｉｎ焼結し、加熱電極と加熱抵抗を得て、加熱電極と加熱抵抗に対してつや出し処理を行うことで、加熱電極と加熱抵抗との表面の粗さが５０ｎｍになり、基板の裏面にポジ型フォトレジストをスピンコーティングし、１００℃で５ｍｉｎ乾燥し、パターニング露光及びパターニング現像を行って、厚さが１５ｕｍで、長さと幅が５００ｕｍ×５００ｕｍである、フォトレジストによって保護されていない領域を得て、反応性イオンエッチング技術により、非保護領域の二酸化ケイ素を除去し、そして、ディープシリコンエッチング技術により、フォトレジストによって保護されていないケイ素をエッチング除去することで、断熱空気腔を形成し、セラミックベースマイクロホットプレートを得て、切断技術により、長さと幅が１.０ｍｍ×１.０ｍｍであるセラミックベースマイクロホットプレートチップを得る。
【0107】
実施例３
両面つや出し、片面酸化されており、１００結晶方位を有する２インチ単結晶ケイ素ウェハを提供し、アセトン超音波で１０ｍｉｎ洗浄し、イソプロパノール超音波で１０ｍｉｎ洗浄し、そして、脱イオン水で５ｍｉｎ洗浄し、窒素ガスで吹き乾かし、適切な仕様のセラミック粉体を選択し、有機担体を添加し、セラミックスラリーになるように配置し、ナイフ塗布という方式で、セラミックスラリーをウェハの酸化されていない一面に成膜させ、１００℃で１０ｍｉｎ乾燥し、乾燥されたウェハをマッフル炉に入れて、１２００℃で３０ｍｉｎ焼結し、６ｕｍの厚さを有し、緻密且つ硬いセラミック膜を得て、研磨つや出しという方式により、セラミック膜の表面を処理することで、セラミック膜の表面の粗さを０.１ｕｍになるように制御する。
両面つや出し、片面酸化されており、１００結晶方位を有する２インチ単結晶ケイ素ウェハを提供し、アセトン超音波で１０ｍｉｎ洗浄し、イソプロパノール超音波で１０ｍｉｎ洗浄し、そして、脱イオン水で５ｍｉｎ洗浄し、窒素ガスで吹き乾かし、適切な仕様のセラミック粉体を選択し、有機担体を添加し、セラミックスラリーになるように配置し、ナイフ塗布という方式で、セラミックスラリーをウェハの酸化されていない一面に成膜させ、１００℃で１０ｍｉｎ乾燥し、乾燥されたウェハをマッフル炉に入れて、１２００℃で３０ｍｉｎ焼結し、６ｕｍの厚さを有し、緻密且つ硬いセラミック膜を得て、研磨つや出しという方式により、セラミック膜の表面を処理することで、セラミック膜の表面の粗さを０.１ｕｍになるように制御する。
【0108】
スクリーン印刷という方式で、セラミック膜に、長さと幅が５００ｕｍ×５００ｕｍである蚊香形の加熱抵抗アレイと加熱電極アレイを印刷し、１５０℃で５ｍｉｎ乾燥し、１０００℃で１０ｍｉｎ焼結し、加熱電極と加熱抵抗を得て、そして、加熱電極と加熱抵抗に対してつや出し処理を行うことで、加熱電極と加熱抵抗との表面の粗さが１０ｎｍになり、基板の裏面にネガ型フォトレジストをスピンコーティングし、１５０℃で５ｍｉｎ乾燥し、パターニング露光及びパターニング現像を行って、厚さが２５ｕｍで、長さと幅が７００ｕｍ×７００ｕｍである、フォトレジストによって保護されていない領域を得て、反応性イオンエッチング技術により、非保護領域の二酸化ケイ素を除去し、そして、ディープシリコンエッチング技術により、フォトレジストによって保護されていないケイ素をエッチング除去することで、断熱空気腔を形成し、セラミックベースマイクロホットプレートを得て、切断技術により、長さと幅が１.０ｍｍ×１.０ｍｍであるセラミックベースマイクロホットプレートチップを得る。
【0109】
実施例４
両面つや出し、両面酸化されており、１００結晶方位を有する８インチ単結晶ケイ素ウェハを提供し、アセトン超音波で１０ｍｉｎ洗浄し、イソプロパノール超音波で５ｍｉｎ洗浄し、そして、脱イオン水で５ｍｉｎ洗浄し、窒素ガスで吹き乾かし、適切な仕様のセラミック粉体を選択し、有機担体を添加し、セラミックスラリーになるように配置し、スクリーン印刷という方式で、セラミックスラリーをウェハに成膜させ、１５０℃で１０ｍｉｎ乾燥し、乾燥されたウェハをマッフル炉に入れて、１２００℃で６０ｍｉｎ焼結し、８ｕｍの厚さを有し、緻密且つ硬いセラミック膜を得て、研磨つや出しという方式により、セラミック膜の表面を処理することで、セラミック膜の表面の粗さを０.５ｕｍに制御する。
両面つや出し、両面酸化されており、１００結晶方位を有する８インチ単結晶ケイ素ウェハを提供し、アセトン超音波で１０ｍｉｎ洗浄し、イソプロパノール超音波で５ｍｉｎ洗浄し、そして、脱イオン水で５ｍｉｎ洗浄し、窒素ガスで吹き乾かし、適切な仕様のセラミック粉体を選択し、有機担体を添加し、セラミックスラリーになるように配置し、スクリーン印刷という方式で、セラミックスラリーをウェハに成膜させ、１５０℃で１０ｍｉｎ乾燥し、乾燥されたウェハをマッフル炉に入れて、１２００℃で６０ｍｉｎ焼結し、８ｕｍの厚さを有し、緻密且つ硬いセラミック膜を得て、研磨つや出しという方式により、セラミック膜の表面を処理することで、セラミック膜の表面の粗さを０.５ｕｍに制御する。
【0110】
スクリーン印刷という方式で、セラミック膜に、長さと幅が５００ｕｍ×５００ｕｍである異形状の加熱抵抗アレイと加熱電極アレイを印刷し、１５０℃で５ｍｉｎ乾燥し、１１００℃で１０ｍｉｎ焼結し、加熱電極と加熱抵抗を得て、そして、加熱電極と加熱抵抗に対してつや出し処理を行うことで、加熱電極と加熱抵抗との表面の粗さが１００ｎｍになり、基板の裏面にポジ型フォトレジストをスピンコーティングし、１５０℃で５ｍｉｎ乾燥し、パターニング露光及びパターニング現像を行って、厚さが１０ｕｍであり、長さと幅が８００ｕｍ×８００ｕｍである、フォトレジストによって保護されていない領域を得て、反応性イオンエッチング技術により、非保護領域の二酸化ケイ素を除去し、そして、ディープシリコンエッチング技術により、フォトレジストによって保護されていないケイ素をエッチング除去することで、断熱空気腔を形成し、セラミックベースマイクロホットプレートを得て、切断技術により、長さと幅が１.５ｍｍ×１.５ｍｍであるセラミックベースマイクロホットプレートチップを得る。
【0111】
実施例５
両面つや出し、両面酸化されていなく、１００結晶方位を有する１２インチ単結晶ケイ素ウェハを提供し、アセトン超音波で１０ｍｉｎ洗浄し、イソプロパノール超音波で５ｍｉｎ洗浄し、そして、脱イオン水で５ｍｉｎ洗浄し、窒素ガスで吹き乾かし、適切な仕様のセラミック粉体を選択し、有機担体を添加し、セラミックスラリーを配置し、ウェハ円心を中心として、互いに間隔を持った４つの象限領域に分けられ、凹版印刷という方式により、セラミックスラリーをウェハに成膜させ、１５０℃で１０ｍｉｎ乾燥し、乾燥されたウェハをマッフル炉に入れて、１３００℃で２０ｍｉｎ焼結し、２５ｕｍの厚さを有し、緻密且つ硬いセラミック膜を得て、研磨つや出しという方式により、セラミック膜の表面を処理することで、セラミック膜の表面の粗さを０.５ｕｍに制御する。
両面つや出し、両面酸化されていなく、１００結晶方位を有する１２インチ単結晶ケイ素ウェハを提供し、アセトン超音波で１０ｍｉｎ洗浄し、イソプロパノール超音波で５ｍｉｎ洗浄し、そして、脱イオン水で５ｍｉｎ洗浄し、窒素ガスで吹き乾かし、適切な仕様のセラミック粉体を選択し、有機担体を添加し、セラミックスラリーを配置し、ウェハ円心を中心として、互いに間隔を持った４つの象限領域に分けられ、凹版印刷という方式により、セラミックスラリーをウェハに成膜させ、１５０℃で１０ｍｉｎ乾燥し、乾燥されたウェハをマッフル炉に入れて、１３００℃で２０ｍｉｎ焼結し、２５ｕｍの厚さを有し、緻密且つ硬いセラミック膜を得て、研磨つや出しという方式により、セラミック膜の表面を処理することで、セラミック膜の表面の粗さを０.５ｕｍに制御する。
【0112】
スクリーン印刷という方式で、セラミック膜に、長さと幅が３００ｕｍ×３００ｕｍである正方形の加熱抵抗アレイと加熱電極アレイを印刷し、１３０℃で５ｍｉｎ乾燥し、８００℃で６０ｍｉｎ焼結し、加熱電極と加熱抵抗を得て、加熱電極と加熱抵抗に対してつや出し処理を行うことで、加熱電極と加熱抵抗との表面の粗さが１００ｎｍになり、基板の裏面にポジ型フォトレジストをスピンコーティングし、１５０℃で５ｍｉｎ乾燥し、パターニング露光及びパターニング現像を行って、厚さが１２ｕｍであり、長さと幅が６００ｕｍ×６００ｕｍである、フォトレジストによって保護されていない領域を得て、反応性イオンエッチング技術により、非保護領域の二酸化ケイ素を除去し、そして、ディープシリコンエッチング技術により、フォトレジストによって保護されていないケイ素をエッチングすることで、断熱空気腔を形成し、セラミックベースマイクロホットプレートを得て、切断技術により、長さと幅が１.５ｍｍ×１.５ｍｍであるセラミックベースマイクロホットプレートチップを得る。
【0113】
実施例６
両面つや出し、両面酸化されており、１１１結晶方位を有する１０インチ単結晶ケイ素ウェハを提供し、アセトン超音波で１０ｍｉｎ洗浄し、イソプロパノール超音波で５ｍｉｎ洗浄し、そして、脱イオン水で５ｍｉｎ洗浄し、窒素ガスで吹き乾かし、適切な仕様のセラミック粉体を選択し、有機担体を添加し、セラミックスラリーになるように配置し、ウェハの円心を中心として、互いに間隔を持った１６個の領域に分けられ、スクリーン印刷という方式で、セラミックスラリーをウェハに成膜させ、１５０℃で１０ｍｉｎ乾燥し、乾燥されたウェハをマッフル炉に入れて、１１００℃で２０ｍｉｎ焼結し、１５ｕｍの厚さを有し、緻密且つ硬いセラミック膜を得て、研磨つや出しという方式により、セラミック膜の表面を処理することで、セラミック膜の表面の粗さを０.８ｕｍに制御する。
両面つや出し、両面酸化されており、１１１結晶方位を有する１０インチ単結晶ケイ素ウェハを提供し、アセトン超音波で１０ｍｉｎ洗浄し、イソプロパノール超音波で５ｍｉｎ洗浄し、そして、脱イオン水で５ｍｉｎ洗浄し、窒素ガスで吹き乾かし、適切な仕様のセラミック粉体を選択し、有機担体を添加し、セラミックスラリーになるように配置し、ウェハの円心を中心として、互いに間隔を持った１６個の領域に分けられ、スクリーン印刷という方式で、セラミックスラリーをウェハに成膜させ、１５０℃で１０ｍｉｎ乾燥し、乾燥されたウェハをマッフル炉に入れて、１１００℃で２０ｍｉｎ焼結し、１５ｕｍの厚さを有し、緻密且つ硬いセラミック膜を得て、研磨つや出しという方式により、セラミック膜の表面を処理することで、セラミック膜の表面の粗さを０.８ｕｍに制御する。
【0114】
スクリーン印刷という方式で、セラミック膜に、長さと幅が５００ｕｍ×４００ｕｍである長方形の加熱抵抗アレイと加熱電極アレイを印刷し、１５０℃で５ｍｉｎ乾燥し、８５０℃で６０ｍｉｎ焼結し、加熱電極と加熱抵抗を得て、そして、加熱電極と加熱抵抗に対してつや出し処理を行うことで、加熱電極と加熱抵抗との表面の粗さが１００ｎｍになり、基板の裏面にポジ型フォトレジストをスピンコーティングし、１５０℃で５ｍｉｎ乾燥し、パターニング露光及びパターニング現像を行って、厚さが８ｕｍであり、長さと幅が６００ｕｍ×６００ｕｍであり、フォトレジストによって保護されていない領域を得て、反応性イオンエッチング技術により、非保護領域の二酸化ケイ素を除去し、そして、ディープシリコンエッチング技術により、フォトレジストによって保護されていないケイ素をエッチング除去することで、断熱空気腔を形成し、セラミックベースマイクロホットプレートを得て、切断技術により、長さと幅が１.２ｍｍ×１.２ｍｍであるセラミックベースマイクロホットプレートチップを得る。
【0115】
前記記載から分かるように、本発明の実施例に記載の製造方法は、前記実施例に記載のセラミックベースマイクロホットプレートの製造に適用され、高価な物理気相堆積機器及び化学気相堆積機器を必要とせず、低コストの厚膜印刷工程、乾燥工程及び焼結工程を介してセラミック膜及び加熱層を形成でき、製造コストが低くて、耐高温の加熱層を形成でき、製品の安定性及び確実性を向上する。
【0116】
本明細書の各実施例に対して、漸進という方式で記載し、各実施例は、主に他の実施例との相違点を説明し、各実施例の間の同様または類似の部分について、互いに参照すればよい。実施例が開示した製造方法にとって、実施例が開示したセラミックベースマイクロホットプレートに対応するから、記載は比較的に簡単で、関するところは、セラミックベースマイクロホットプレートの対応する部分の説明を参照すればよい。
【0117】
開示した実施例に対する前記説明により、当業者は、本発明を実現または利用できる。これらの実施例に対する多種の補正は、当業者にとって自明であり、本明細書が定義した一般的な原理は、本発明の精神または範囲から逸脱しない場合、他の実施例で実現されることができる。従って、本発明は本明細書が開示したこれらの実施例に限定されず、本明細書が開示した原理及び新規特点と一致する、最も広い範囲に合う。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】