(57)【要約】【課題】本発明は、マイクロヒーターの加熱要素を化学的及び／または機械的に保護するための保護層を備えたマイクロヒーター及び該マイクロヒーターを製造する方法を提供する。【解決手段】本発明に係るマイクロヒーターは、基板と、前記基板と離間した発熱体としての金属パターンと、前記金属パターン上の保護層と、を含むことを特徴とすることにより、マイクロヒーターの加熱要素を化学的及び／または機械的に保護する。【選択図】図２ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板と離間した発熱体としての金属パターンと、
前記金属パターン上の保護層と、を含むことを特徴とするマイクロヒーター。
【請求項２】
基板と、当該基板の上に載置された支持体と、当該支持体の上に載置された金属パターンとを有し、当該金属パターンの表面に保護層が覆われている、請求項１に記載のマイクロヒーター。
【請求項３】
前記保護層は、非晶質シリコン、シリコン酸化物、シリコン酸化窒化物、シリコン炭化物、チタン窒化物、またはインジウムスズ酸化物を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロヒーター。
【請求項４】
前記シリコン酸化物またはシリコン酸化窒化物は、それぞれＳｉＯｘ（０＜ｘ≦２）またはＳｉＯｘＮｙ（０＜ｘ≦２、ｙ＞０）で表現されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロヒーター。
【請求項５】
前記保護層はリンまたはホウ素を更に含んでなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロヒーター。
【請求項６】
前記基板の上に保護層を更に設けることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロヒーター。
【請求項７】
前記保護層の厚さは、１００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロヒーター。
【請求項８】
前記金属パターンは、タングステン、モリブデン、またはシリコン炭化物を含んでなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイクロヒーター。
【請求項９】
前記保護層は、前記金属パターンを形成する物質を含む固溶体または化合物であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のマイクロヒーター。
【請求項１０】
前記固溶体または化合物はシリコン、チタンまたはスズを更に含むことを特徴とする請求項９に記載のマイクロヒーター。
【請求項１１】
基板と離間して金属パターンを配列する段階、及び
前記金属パターン上に第１保護層を形成する段階を含むことを特徴とするマイクロヒーターの製造方法。
【請求項１２】
前記第１保護層は、スパッタリングまたは化学気相蒸着法によって形成されることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロヒーターの製造方法。
【請求項１３】
前記保護層の厚さは１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１１または１２に記載のマイクロヒーターの製造方法。
【請求項１４】
前記第１保護層は、非晶質シリコン、シリコン酸化物、シリコン酸化窒化物、シリコン炭化物、チタン窒化物、またはインジウムスズ酸化物を含んでなることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のマイクロヒーターの製造方法。
【請求項１５】
前記シリコン酸化物またはシリコン酸化窒化物は、それぞれＳｉＯｘ（０＜ｘ≦２）またはＳｉＯｘＮｙ（０＜ｘ≦２、ｙ＞０）で表現されることを特徴とする請求項１４に記載のマイクロヒーターの製造方法。
【請求項１６】
前記第１保護層は、リンまたはホウ素を更に含んでなることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載のマイクロヒーターの製造方法。
【請求項１７】
前記金属パターンは、タングステン、モリブデン、またはシリコン炭化物を含んでなることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載のマイクロヒーターの製造方法。
【請求項１８】
前記金属パターンに電圧を印加して加熱する段階、及び
前記金属パターンを形成する物質を前記第１保護層に拡散させて第２保護層を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか１項に記載のマイクロヒーターの製造方法。
【請求項１９】
前記第２保護層は、固溶体または化合物であることを特徴とする請求項１１〜１８のいずれか１項に記載のマイクロヒーターの製造方法。
【請求項２０】
前記第２保護層の形成後に存在する前記第１保護層を除去する段階を更に含むことを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか１項に記載のマイクロヒーターの製造方法。
【請求項２１】
前記第１保護層は、湿式エッチングを用いて除去されることを特徴とする請求項１１〜２０のいずれか１項に記載のマイクロヒーターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロヒーター及び該マイクロヒーターの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のマイクロヒーターは、基板上において局所的に高温発熱するものであって、炭素ナノチューブトランジスター、低温多結晶シリコンや薄膜トランジスター、バックライトユニット用ＴＥフィールド放出ソースなどのように高温の製造工程または高温の作動工程が要求される各種の電子装置に応用することができる。また、マイクロヒーターの加熱要素に印加される熱を用いてマイクロヒーター上に物質を合成することもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、マイクロヒーターの加熱要素を化学的及び／または機械的に保護するための保護層を備えたマイクロヒーター及び該マイクロヒーターを製造する方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態によるマイクロヒーターは、基板、該基板と離間した金属パターン、及び上記金属パターン上の保護層を含んで構成される。金属パターン上の保護層は金属パターン物質を含む固溶体または化合物からなってよい。また、保護層は基板及び金属パターン上に位置してもよい。
【０００５】
本発明の一実施形態によるマイクロヒーターの製造方法は、基板と離間して金属パターンを配列する段階、及び上記金属パターン上に第１保護層を形成する段階を含んで構成される。一方、マイクロヒーターの製造方法は、上記金属パターンに電圧を印加して加熱する段階、及び上記金属パターンの構成物質を上記第１保護層に拡散させて第２保護層を形成する段階を更に含んで構成されてよい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の実施形態によるマイクロヒーター及びその製造方法によれば、マイクロヒーターの加熱要素である金属パターン上に保護層が存在するため、化学的及び／または機械的に安定したマイクロヒーターを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】マイクロヒーターの一実施形態を示した斜視図である。
【図２ａ】図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図２ｂ】図１のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図３ａ】マイクロヒーターの製造方法の一実施形態を示した断面図である。
【図３ｂ】マイクロヒーターの製造方法の他の一実施形態を示した断面図である。
【図４ａ】マイクロヒーターの製造方法の他の実施形態を示した断面図である。
【図４ｂ】マイクロヒーターの製造方法の他の実施形態を示した断面図である。
【図４ｃ】マイクロヒーターの製造方法の他の実施形態を示した断面図である。
【図４ｄ】マイクロヒーターの製造方法の他の実施形態を示した断面図である。
【図５】マイクロヒーターの一実施形態の電流−電圧特性を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。なお、本発明が下記実施形態によって制限されるものではない。
【０００９】
図１は、マイクロヒーターの一実施形態を示した斜視図であり、図２ａ及び２ｂは、それぞれ図１のＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【００１０】
図１及び２を参照すれば、本発明のマイクロヒーターは、基板１０、金属パターン２０及び保護層４０を含んで構成される。当該基板１０は、ガラス材質または他の好適な物質からなってよい。基板１０がガラス材質からなる場合、輻射熱（例えば、可視光線、赤外線）が透過することができる。また、基板１０を相対的に大面積化することができる。
【００１１】
本発明に係る金属パターン２０は、基板１０と離間して基板１０上に形成されてよく、基板１０と金属パターン２０とが離間し、かつ基板上に載置された支持体３０により金属パターン２０が設けられていることが好ましい。当該金属パターン２０は、基板１０上において線形に延びる細長い形状であればよい。なお、金属パターン２０の形状は、図に示すものに制限されるものではなく、多角形または閉曲面などの別の形状であってもよい。当該金属パターン２０を形成する物質は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、シリコン炭化物（ＳｉＣ）、または他の好適な物質が挙げられる。当該金属パターン２０は、発熱体としての役割を担い得る。その結果、マイクロヒーターの加熱要素として該金属パターン２０に電圧が印加されると発光及び発熱することができる。
【００１２】
本発明に係る金属パターン２０は、基板１０と金属パターン２０との間の一つ以上の支持体３０によって支持されてよい。当該一つ以上の支持体３０は、金属パターン２０を基板１０と離間したまま基板１０上に固定することができる。当該支持体３０は、金属パターン２０から発生する熱の損失を減少させるか防止するために、相対的に熱伝導率の小さい物質からなってよい。例えば、支持体３０は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）またはシリコン窒化物（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）などの絶縁物質から形成されてもよい。
【００１３】
本発明に係る基板１０及び金属パターン２０の表面上には保護層４０が形成されてもよい。当該金属パターン２０上の保護層４０は、該金属パターン２０が支持体３０と接触する領域のみを除いて金属パターン２０を完全に覆い包むように形成されてよい。保護層４０は、金属パターン２０の表面上に約１００ｎｍ以下の厚さｄで形成されてもよい。
【００１４】
本発明に係る保護層４０は、金属パターン２０を化学的及び／または機械的にパッシベーションさせるための層であれば特に制限されることはなく、例えば、保護層４０が金属パターン２０を外部物質から遮蔽させることで、金属パターン２０の構成物質が化学反応によって破壊されることを減少させまたは防止することができる。また、当該保護層４０によって金属パターン２０が機械的に変形されることを減少させまたは防止することもできる。
【００１５】
金属パターン２０が外部物質に露出することを防止するために、本発明に係る保護層４０は、相対的に小さい気体拡散係数を有する物質からなってよく、例えば、保護層４０は、酸素（Ｏ２）気体及び／または水素（Ｈ２）気体に対する拡散係数が相対的に低い物質からなってよい。また、当該保護層４０は、相対的に大きい機械的安定性を有する物質からなってもよい。例えば、保護層４０は、ヤング率が相対的に大きい物質からなってよい。金属パターン２０への電力の印加を容易にするために、保護層４０は相対的に小さい抵抗を有する物質からなってもよい。
【００１６】
例えば、保護層４０としては、非晶質シリコン（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｓｉ）、シリコン酸化物、シリコン酸化窒化物、シリコン炭化物（ＳｉＣ）、チタン窒化物（ＴｉＮ）、インジウムスズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ；ＩＴＯ）または他の好適な物質を含んでいることが好ましい。
【００１７】
より具体的には、当該保護層４０がシリコン酸化物またはシリコン酸化窒化物からなる場合、これらの物質は、それぞれＳｉＯｘ（０＜ｘ≦２）またはＳｉＯｘＮｙ（０＜ｘ≦２、ｙ＞０）の一般式によって表現されてもよい。上記一般式において、ｘは２より０に近接した値を有して相対的に小さい抵抗を有する保護層４０を得ることができる。
【００１８】
さらに、当該保護層４０は、リン（Ｐ）またはホウ素（Ｂ）などのドーパント（ｄｏｐａｎｔ）が添加された物質からなってもよい。例えば、ホスフィン（ｐｈｏｓｐｈｉｎｅ；ＰＨ３）を用いて保護層４０にＰを添加するか、またはジボラン（ｄｉｂｏｒａｎｅ；Ｂ２Ｈ６）を用いて保護層４０にＢを添加することができる。ドーパントを添加することで保護層４０の抵抗を更に減少させることができる。
【００１９】
本発明に係る保護層４０は、本発明に係る金属パターンを構成する物質を含む固溶体または化合物であることが好ましい。本発明に係る金属パターンは、上記説明のように、電圧が印加されると発光及び発熱することができれば特に制限されることはなく、例えば金属パターンの成分（モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、シリコン炭化物（ＳｉＣ）などから形成されていることが好ましく、これらの金属パターンを形成する物質（モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、シリコン炭化物（ＳｉＣ）など））と、上記保護層の成分（非晶質シリコン（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｓｉ）、シリコン酸化物、シリコン酸化窒化物、シリコン炭化物（ＳｉＣ）、チタン窒化物（ＴｉＮ）、インジウムスズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ；ＩＴＯ）または他の好適な物質、ＳｉＯｘ（０＜ｘ≦２）またはＳｉＯｘＮｙ（０＜ｘ≦２、ｙ＞０）の一般式に含まれる物質、リン（Ｐ）またはホウ素（Ｂ）などのドーパント（ｄｏｐａｎｔ）が添加された物質など）とを含む固溶体または化合物が好ましく、金属パターンの成分（＝金属パターンを形成する物質）と保護層の成分との配合割合としては、目的とする生成物に応じて適宜選択できる。なお、本明細書の「固溶体」とは、二種以上の金属あるいは金属酸化物などの金属化合物を混合した後、一般的に加熱処理することによって、一部または全体を溶融状態とすることにより、相溶状態にしたものである。このとき、金属バターンの成分と保護層の成分との配合割合は、当該温度において、保護層の成分に対する金属バターンの成分の固体溶解度の範囲内で選択され得る。また、保護層は、金属バターンの成分と保護層の成分とが固定の割合で配合された化合物からなってもよい。他の実施形態では、基板１０上にも保護層４０が存在する代わりに金属パターン２０上だけに保護層４０が存在してもよい。この場合、金属パターン２０上の保護層４０は、金属パターン２０を構成する物質が臨時の保護層に拡散してなる固溶体または化合物であってもよい。例えば、保護層４０は、シリサイドであってもよい。このような固溶体または化合物は、相対的に導電性が高いため、マイクロヒーターを素子に適用する場合に電極として使用することもできる。
【００２０】
図３ａ及び３ｂは、マイクロヒーターの製造方法の一実施形態を示した断面図である。
図３ａを参照すれば、まず、金属パターン２０を基板１０と離間して配列する。例えば、金属パターン２０は、一つ以上の支持体３０（図１参照）によって基板１０と離間したまま支持されてよい。基板１０はガラスまたは他の好適な物質からなってよい。また、金属パターン２０は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、またはシリコン炭化物（ＳｉＣ）、または他の好適な物質を含んでもよい。
【００２１】
図３ｂを参照すれば、基板１０及び金属パターン２０上にそれぞれ第１保護層４００を形成することができる。金属パターン２０上の第１保護層４００は、約１００ｎｍ以下の厚さｄにて形成されてよい。第１保護層４００は、スパッタリング、化学気相蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＶＤ）、または他の好適な方法によって形成すればよい。例えば、第１保護層４００は、プラズマを用いたＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＣＶＤ）または熱ＣＶＤ（ｔｈｅｒｍａｌ  ＣＶＤ）によって蒸着してもよい。
【００２２】
本発明に係る第１保護層４００は、金属パターン２０を外部気体（外部雰囲気）に露出させないよう気体に対する拡散係数が相対的に低い物質から形成されてもよい。また、当該第１保護層４００は、機械的安定性が相対的に高い物質からなってもよい。また、金属パターン２０への電力の印加を容易にするために、当該第１保護層４００は、相対的に低い抵抗を有する物質からなってもよい。
【００２３】
例えば、本発明に係る第１保護層４００を形成する物質は、非晶質シリコン、シリコン酸化物、シリコン酸化窒化物、シリコン炭化物、チタン窒化物、またはインジウムスズ酸化物を含んでもよい。当該第１保護層４００がシリコン酸化物またはシリコン酸化窒化物からなる場合、これらの物質は、それぞれＳｉＯｘ（０＜ｘ≦２）またはＳｉＯｘＮｙ（０＜ｘ≦２、ｙ＞０）の一般式によって表現されてもよい。上記一般式において、ｘは２より０に近接した値を有してよい。また、第１保護層４００は、リン（Ｐ）またはホウ素（Ｂ）などのドーパントによってドーピングしてもよい。
【００２４】
本発明において、金属パターン２０上に化学的及び／または機械的安定性が相対的に高い第１保護層４００が設けられているため、金属パターン２０が破壊されまたは変形される可能性を減少させるか防止することができる。結果的に、化学的及び／または機械的に安定したマイクロヒーターを得ることができ、上記マイクロヒーターは、ｐｎ接合を含む素子、微細熱電子放出源（ｔｈｅｒｍｉｏｎｉｃ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｏｕｒｃｅ）、薄膜トランジスター（ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、マイクロヒーターを利用したパターニング（ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）方法、または他の好適な応用例に活用することができる。
【００２５】
図４ａないし４ｄは、マイクロヒーターの製造方法の他の実施形態を示した断面図である。図４ａ及び４ｂを参照すれば、基板１０と離間して金属パターン２０を配列し、基板１０及び金属パターン２０上に第１保護層４００を形成することができる。図４ａ及び４ｂに示された段階は、それぞれ図３ａ及び３ｂを参照して上述した各段階と同じであり得るので、図４ａ及び図４ｂに対する詳細な説明を省略する。
【００２６】
図４ｃを参照すれば、金属パターン２０に電圧を印加して金属パターン２０を加熱することができる。金属パターン２０が加熱されると、金属パターン２０を形成する物質の一部が、当該金属パターン２０と接触している第１保護層４００に拡散する。また、この拡散した金属パターン２０を形成する物質は、第１保護層４００を形成する物質と反応して第２保護層４００’を形成することができる。
【００２７】
本発明に係る第２保護層４００’は、金属パターン２０を形成する物質である金属パターンの成分と、既存の第１保護層４００を形成する物質である保護層の成分を含む固溶体または化合物であってもよい。例えば、金属パターン２０がモリブデン（Ｍｏ）からなり、第１保護層４００がシリコン（Ｓｉ）を含む物質からなる場合、第２保護層４００’は、珪化モリブデン（ＭｏＳｉｘ）からなってよい。一方、工程条件に応じては、第２保護層４００’内に一つ以上のシリコン（Ｓｉ）膜が含まれていてもよい。
【００２８】
図４ｄを参照すれば、基板１０上の第１保護層４００及び金属パターン２０上に存在している第１保護層４００を除去することができる。例えば、第１保護層４００は、湿式エッチングまたは他の好適な方法によって除去すればよい。
【００２９】
本発明に係る第２保護層４００’は、第１保護層４００と異なる物質組成を有するため、結果的に、第１保護層４００をエッチングするためのエッチング液に対して選択性（ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を有し得る。このため、第１保護層４００のみを基板１０及び金属パターン２０から選択的に除去し、金属パタン２０上に第２保護層４００’のみが存在することができる。このため、第１保護層４００はエッチングによって基板１０から除去され得る。第２保護層４００’は、相対的に高い導電性を有し得るため、マイクロヒーターを素子に適用する場合に電極として使用することもできる。
【００３０】
図５は、本発明に係る一実施形態によるマイクロヒーターの金属パターンに印加される電圧によって金属パターンに流れる電流を示したグラフである。図５に示されたグラフ５００は電圧を増大させながら測定した電流値を示し、グラフ５０１は電圧を減少させながら測定した電流値を示す。化学的に不安定なマイクロヒーターは、電圧が増大する際、外部物質との化学反応によって金属パターンが破壊されることがあり、これは電流の減少につながり得る。しかし、保護層が備えられたマイクロヒーターは、図５に示すように電圧が増大する場合にも安定した電圧−電流特性を示すことができる。
【００３１】
上述した本発明は、図面に示した実施形態を参考して説明したが、これら実施形態は例示的なものに過ぎず、当該分野における通常の知識を有する者であれば種々の変形が可能であることが理解できるであろう。なお、かかる変形は本発明の技術的保護範囲内にあるとみるべきである。よって、本発明の真正な技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決められるべきである。
【符号の説明】
【００３２】
１０：基板
２０：金属パターン
３０：支持体
４０：保護層
４００：第１保護層
４００’：第２保護層
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５】
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