ラッチ（ｌａｔｃｈｉｎｇ）型熱駆動マイクロリレー素子
【課題】 集積化が可能な超小型のラッチ型熱駆動マイクローリレー素子を提供する。
【解決手段】 所定の体積を持ち、その内部の空気を加熱するヒータ１２が設置されている能動貯蔵庫１０と、能動貯蔵庫１０と所定の間隔に離隔されてその内部にヒータ４２が設置されている、同一な体積を持つ受動貯蔵庫４０と、能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０の間の空間に延長されて液体金属５０の移動路としての役割を果すチャンネル２０と、互いに離隔されてチャンネル２０の所定の領域で各々チャンネルの内部に一端が挿入され外部に伸びる第１信号電極３０と、第１信号電極３０と一定の間隔に離隔されて同一な形状で形成された第２信号電極３２と、チャンネルの内部に実装されて第１信号電極３０と第２信号電極３２の接点としての役割を果す液体金属５０と、半導体基板１００の上、下側面に接合された上、下部ガラス基板１２０，１３０を含む。
【解決手段】 所定の体積を持ち、その内部の空気を加熱するヒータ１２が設置されている能動貯蔵庫１０と、能動貯蔵庫１０と所定の間隔に離隔されてその内部にヒータ４２が設置されている、同一な体積を持つ受動貯蔵庫４０と、能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０の間の空間に延長されて液体金属５０の移動路としての役割を果すチャンネル２０と、互いに離隔されてチャンネル２０の所定の領域で各々チャンネルの内部に一端が挿入され外部に伸びる第１信号電極３０と、第１信号電極３０と一定の間隔に離隔されて同一な形状で形成された第２信号電極３２と、チャンネルの内部に実装されて第１信号電極３０と第２信号電極３２の接点としての役割を果す液体金属５０と、半導体基板１００の上、下側面に接合された上、下部ガラス基板１２０，１３０を含む。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はラッチ（ｌａｔｃｈｉｎｇ）型熱駆動マイクロリレー素子に関するもので、より詳しくは他の電子部品との集積化が可能になるように超小型化して製作の可能なラッチ型熱駆動マイクロリレーおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、電気信号を中継するリレー（ｒｅｌａｙ）は電子力あるいは圧力等の手段によって二つの接点の間に伝導体を連結させ一側接点より他側接点に電気信号を伝達する電気部品の中の一つである。
【０００３】従来のリレーは電子交換器、自動充電器機、交通信号制御システム等広い応用分野で電流の開、閉を担当するスイッチ素子として使用されているが、大きさが大きくて、高価であり、リレーアレイ構成が不可能だけでなく他の電子部品との集積化が難しいので利用に不便があった。
【０００４】すなわち、従来の技術として汎用化されているリレーは主に駆動コイルとこの駆動コイルに印加される電圧によって発生する電子力でスイッチをオン／オフさせる方式が利用された。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電子技術の発達につれて電子部品の小型化が進むようになり、これらの電子部品と同一な回路基板上にリレーを設置して回路を構成しなければならない必要性が増大している。
【０００６】したがって、従来のリレーをより小型化すると同時に半導体基板上に集積させることができるマイクロリレーの開発が進行されてきた。
【０００７】上述した条件を満足させるためには大きさが数ｍｍ以下で小型であり、他の電子部品とともに集積化が可能でなければならない。
【０００８】こうした条件を満足させるためには半導体工程技術を使用して微細な構造を持つ形状で製造が可能なリレーが開発されなければならない。
【０００９】従来技術のリレーの例として、提示されたヨーロッパの特許ＥＰ−５７３２６７号は磁気（ｍａｇｎｅｔｉｃ）駆動方式を使用し、信号電極部分に金属を使用するため接触抵抗を１Ω以下にすることができず、リレーアレイ構造が複雑であるという短所をもっている。
【００１０】又、１９９５年トランスデューサー誌（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）に発表されたジェイ．ドレイク（Ｊ．Ｄｒａｋｅ）の停電力駆動マイクロリレーは駆動電圧が５０Ｖ以上、接触抵抗２Ωで実用化に問題点をもっている。
【００１１】したがって、上述した従来技術の問題点を解決するための本発明の目的は、液体金属接点で１Ω以下の接触抵抗を保持しながら半導体工程技術とシリコンウェハーの表面（ｓｕｒｆａｃｅ）およびバルク マイクロマシニング（ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）を利用した湿式食刻方法で集積化が可能な超小型のマイクロリレーを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するための本発明は、半導体基板のバルク内に所定の体積を持ち、その内部の空気を加熱するヒータ１２が設置されている能動貯蔵庫と、上記の能動貯蔵庫と所定の間隔に離隔され、その内部にヒータが設置された、同一の体積を持つ受動貯蔵庫と、上記の能動貯蔵庫と受動貯蔵庫の間の空間に延長され、接点金属である液体金属５０の移動路としての役割を果すチャンネルと、互いに離隔されて上記のチャンネルの所定の領域から各々チャンネルの内部に一端が挿入され外部へ伸びる第１信号電極と、上記の第１信号電極と一定の間隔に離隔されて同一な形状で形成されている第２信号電極と、上記のチャンネルの内部に実装されて第１信号電極と第２信号電極の接点としての役割を果す液体金属と、半導体基板の上、下側面に接合されている上、下部ガラス基板とを含むことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００１４】図１は本発明による熱駆動マイクロリレーの平面構造を概略的に図示した平面図であり、図２は本発明のラッチ型熱駆動マイクロリレー素子の平面レイアウトである。
【００１５】まず、図１と図２を参照すると、本発明による熱駆動マイクロリレーは所定の体積を持つ能動貯蔵庫１０と、この能動貯蔵庫１０と所定の間隔に離隔されて同一な体積を持つ受動貯蔵庫４０が形成されている。能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０の間に所定の直径を持つ流通路としてチャンネル２０が形成されている。このチャンネル２０の中間部に上記のチャンネルより小さい直径を持つマイクロチャンネル領域２１が形成されている。チャンネル２０の内部に液体金属５０が実装されている。
【００１６】図１のような構造を持つ熱駆動マイクロリレーの動作原理は、リレーの能動貯蔵庫（ａｃｔｉｖｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）１０の圧力が上昇してチャンネル内部に実装されているリレーの電極接点用で使用される液体金属５０が受動貯蔵庫（ｐａｓｓｉｖｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）４０側に移動し、受動貯蔵庫４０の圧力が上昇すると液体金属が能動貯蔵庫１０側の元の位置に引き返すようになる。
【００１７】これをより詳しく説明すると、マイクロチャンネル領域２１で液体金属５０の形状は液体金属５０の表面張力とシリコンとの親和力によって決定され、この液体金属を駆動するのに必要な圧力はチャンネル２０に液体金属を注入するための圧力と貯蔵庫とマイクロチャンネル領域２１の体積比に対する圧力の合計で表わされる。
【００１８】マイクロチャンネル領域２１で液体金属５０を駆動するための圧力Ｐは次の数式に表現される。
【００１９】
【数１】
【００２０】この時、Ｐはチャンネル２０で液体金属５０を駆動するために必要な圧力、γ1は表面張力（ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｎｓｉｏｎ）、Ｄはチャンネル直径、θcは液体金属の接触角（ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌｅ）である。
【００２１】図１のようなマイクロリレー素子で液体金属５０滴が距離ｘほど移動すると、能動貯蔵庫１０の圧力および体積が変動し、液体金属５０が動くことが可能な距離が制限される。
【００２２】能動貯蔵庫１０の圧力、体積がＰ1（Ｖ1（ｘ＝０））からＰａ，Ｖａ（ｘ＝ｘ）に、受動貯蔵庫４０の圧力、体積がＰ0，Ｖ0（ｘ＝０）から、Ｐp，Ｖp（ｘ＝ｘ）に変ったと仮定し、この時の大気圧はＰ0とし、体積比に対する圧力に対して数式に表現すると次のようである。
【００２３】
【数２】
【００２４】
【数３】
【００２５】
【数４】
【００２６】
【数５】
【００２７】
【数６】
【００２８】上の数式で、Ｖ1＋Ａcｘ＝Ｖ0，Ｖ1＝ｋＡcｘに仮定した。Ａcはマイクロリレー素子のマイクロチャンネル領域２１部分の断面積である。
【００２９】それゆえ、マイクロリレー素子で液体金属５０を駆動するための圧力は数式（１），（６）の合計である（７）式のＰ２に表われる。
【００３０】この時、ボイル（Ｂｏｙｌｅ′ｓ）の法則とシャルル（Ｃｈａｒｌｅｓ′ｓ）の法則によりＰＶ／Ｔ＝一定であるため、圧力変化に必要な温度差を数式で表現すると次のようである。
【００３１】
【数７】
【００３２】
【数８】
【００３３】結果的に温度変化によって圧力が増加するようになり、これによって液体金属５０をリレー素子のチャンネル２０内で移動させ、電気的な信号を導通および遮断できるリレー素子の動作特性が得られる。
【００３４】図２は本発明による熱駆動マイクロリレー素子を平面上に表した詳細図である。
【００３５】図２を参照して、本発明による熱駆動マイクロリレー素子の詳細な構成を説明する。
【００３６】本発明による熱駆動マイクロリレーは、半導体基板１００の所定の領域に一定の体積を持ち、それの底面にヒータ１２がカンチレバー形状で設置されている。このヒータ１２の通過ラインの下部に一方向へ一列に各々断続して進行するヒータ支持台１４が設置されている能動貯蔵庫１０と、上記の能動貯蔵庫１０と所定の間隔に隔離されてヒータ４２とヒータ支持台４４が能動貯蔵庫１０と同一な形状で設置されている受動貯蔵庫４０が形成されている。能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０の間に流通路としてチャンネル２０が形成されている。このチャンネル２０の全体構成は、次のごとくである。すなわち、そのチャンネル２０より小さい直径を持つマイクロチャンネル２１が中間領域に形成されている。能動貯蔵庫１０とマイクロチャンネル領域２１の間に第１チャンネル領域２２が設置されている。受動貯蔵庫４０とマイクロチャンネル領域２１の間に第２チャンネル領域２３が形成されている。第１チャンネル領域２２は、能動貯蔵庫１０側において、二つの狭いチャンネルで形成され、この二つの狭いチャンネルが一つの狭いチャンネルに延長される形態で第１の狭いチャンネル領域２４と接続されている。第２チャンネル領域２３は、受動貯蔵庫４０側において、二つの狭いチャンネルで形成され、この二つの狭いチャンネルが一つの狭いチャンネルに延長される形態を持つ第２の狭いチャンネル領域２５を含んでいる。
【００３７】そして、互いに分離され第１チャンネル領域２２で各々の内部から外部に進行する信号電極として二つの電極に分れている第１信号電極３１，３２と第２チャンネル２３に第１信号電極３１，３２と同一な形状を持つ二つの電極になった第２信号電極３４，３５が形成されている。
【００３８】そして、チャンネル２０内部に導電性接触金属として液体金属５０が実装されている構成を持つ。
【００３９】図３は図２のＡ−Ａ線によるラッチ型マイクロリレーの断面図を図示する。
【００４０】図３を参照して、本発明によるラッチ型マイクロリレーの断面構造を説明する。
【００４１】半導体基板１００の表面の所定の領域に所定の面積と深さを持つ能動貯蔵庫１０が配置されている。その内部の底面には内部の空気を加熱させるためのヒータ１２がヒータ支持台１４の上を通過して設置されている。
【００４２】この能動貯蔵庫１０と所定の間隔に離隔され、同一な形状を持つヒータ４２とヒータ支持台４４が設置されている受動貯蔵庫４０が設置されている。
【００４３】能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０との間に図３で点線に表した部分２０Ｌまで溝でチャンネル２０（図示せず）が形成されている。
【００４４】上記の図示されなかったチャンネル２０の進行方向で所定の間隔に離隔され、各々同一方向に対向する第１信号電極３１，３２と第２信号電極３４，３５が設置されている。
【００４５】そして、第１信号電極３１，３２および第２信号電極３４，３５と半導体基板１００の間は絶縁のために酸化膜１１２，１１４が形成されている。
【００４６】半導体基板１００の表面には能動貯蔵庫１０、受動貯蔵庫４０およびチャンネル２０を上部より密閉させるための上部ガラス基板１２０が合着されている。半導体基板１００の下部面よりチャンネル２０に貫通する第１穴１１６と第２穴１１８を密閉させるための下部ガラス基板１３０が設置されている。上記第１，２穴１１６，１１８を除外した半導体基板１００の下部には酸化膜１０６と窒化膜１０８でできた絶縁膜が形成されている。
【００４７】上記のような構造でチャンネル２０の両端部に形成されている第１の狭いチャンネル領域２４と第２狭いチャンネル領域２５はマイクロリレーの駆動時、能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０から発生する圧力により液体金属５０が第１チャンネル領域２２、マイクロチャンネル領域２１および第２チャンネル領域２３の範囲をはずれないようにする役割を果す。
【００４８】同じように、第１チャンネル領域２２と第２チャンネル領域２３の間に形成されているマイクロチャンネル領域２１は能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０から発生する圧力によって液体金属５０が第１チャンネル領域２２と第２チャンネル領域２３に移動された後、上記のチャンネル領域を離脱しないようにする役割を果す。
【００４９】すなわち、上記のように広い幅を持つ第１チャンネル領域２２と第２チャンネル領域２３より狭い幅を持つマイクロチャンネル領域２１、このマイクロチャンネル領域２１より狭い幅を持つ第１の狭いチャンネル２４と第２の狭いチャンネル２５により構成されたチャンネル２０は、液体金属５０が動いた後、逆方向に引き返すことを防止するラッチ作用とヒータ１２，４２に印加される電圧変動幅の範囲を大きくする作用を果たすように形成されている。
【００５０】又、ヒータ支持台１４，４４は熱伝達が少ない酸化膜を使用し、ヒータ支持台１４，４４の配置はヒータ１２，４２に電圧が印加されて熱膨脹が生じる場合を考慮してカンチレバー（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ）形態に製作されている。
【００５１】そして、第１穴１１６は液体金属５０をリレーの第１チャンネル領域２２に注入するためのものであり、第２穴１１８は液体金属５０に注入時、逆方向の圧力発生による注入圧力の上昇を防ぐために形成されている。
【００５２】この時、第１穴１１６と第２穴１１８は体積比を大きくするために下部部分が広く上部に行くにつれて狭い直径を持つように形成されている。
【００５３】すなわち、能動貯蔵庫１０および受動貯蔵庫４０から発生する圧力がチャンネル２０の液体金属５０に加わる時、空気圧力の加圧方向に対して反対に作用する圧力の効果を最小化するため、第１，２穴１１６，１１８と貯蔵庫１０，４０の体積比を３０：１になるように形成した。
【００５４】又、能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０の側壁部分は上部部分が広くて、下部部分が狭い傾斜型構造に形成された。これは、ヒータ１２，４２によって加熱された空気が効果的にチャンネル２０に伝達できるようにするためである。
【００５５】そして、上記の第１信号電極３１，３２と第２信号電極３４，３５はマイクロメータ単位厚さのＴｉＷ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｎｉ等で形成され、ヒータ１２，４２の材料としてはプラチナ（Ｐｔ）、ポリシリコン、ニッケル等で製作される。
【００５６】上述した構造を持つ熱駆動マイクロリレーは、受動貯蔵庫４０のヒータ４２に電源が印加されず能動貯蔵庫１０のヒータ１２に電源が印加される場合、能動貯蔵庫１０内部の空気が加熱されることによって内部圧力が上昇する。
【００５７】この時、この圧力がリレーの接点として使用される水銀、ガリウム等の液体金属５０の表面張力（ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｎｓｉｏｎ）である上記の式（１）の力（圧力）より強くなった時、上記の液体金属５０が右側に移動して第２信号電極３４，３５の両端に接触することによって第２信号電極３４，３５が伝導（ＯＮ）状態になる。
【００５８】これと反対に能動貯蔵庫１０のヒータ１２に電源が印加されず受動貯蔵庫４０のヒータ４２に電源が印加される場合、受動貯蔵庫４０の内部圧力が上昇して第２チャンネル領域２３にある液体金属５０が第１チャンネル領域２２に移動する。これによって第２信号電極３４，３５を通じて一側に流れる電流が遮断され、第１信号電極３１，３２が伝導状態になる。
【００５９】すなわち、上記の二つの動作状態で、能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０の各ヒータ１２，４２に電源を選択的に印加できるようにすることによって各々二つの電極で構成された第１信号電極３１，３２と第２信号電極３４，３５で構成される電源ラインを流れる電流をオン／オフさせることができる。
【００６０】又、上記のような動作で一側の電源ラインをオンさせて、他側の電源ラインはオフさせるために能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０のヒータ１２，４２に印加される電源は所定の時間、たとえば、液体金属５０を第１チャンネル領域１０より第２チャンネル領域４０に、あるいはその反対に移動させるのに必要な時間の間だけ印加することもできる。
【００６１】図４は本発明のラッチ型熱駆動リレー素子の変形例を図示した平面図である。
【００６２】図４に図示された変形例によるラッチ型熱駆動マイクロリレー素子は図２および図３に図示したリレー素子と狭いチャンネル領域だけが異なるだけで他の構成部分は同一である。
【００６３】すなわち、本発明の変形例によると、先の実施の形態での第１の狭いチャンネル領域２４と第２の狭いチャンネル領域２５が、能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０から各々第１チャンネル領域２２と第２チャンネル領域２３に延長されている第１の狭いチャンネル領域２８と第２の狭いチャンネル領域２９が一つの流通路形状に置き換わっている。
【００６４】以下、図２と図３で説明した平面構造と断面構造を持つラッチ型マイクロリレー素子の製造工程を図５ないし図１１を参照して説明すると次のようである。
【００６５】図５ないし図６を参照すると、〔１００〕あるいは〔１１０〕の結晶方向を持つ半導体基板１００の前面と後面に写真食刻工程時、パターンニングされて食刻遮蔽マスクとして使用される絶縁膜で各々１０００Åの厚さを持つ酸化膜１０２，１０６と２０００Åの厚さを持つ窒化膜１０４，１０８を基板の前面と後面に次列に形成する。
【００６６】続いて、半導体基板１００上部面の酸化膜１０２と窒化膜１０６を写真食刻法で半導体基板１００上部面にマイクロリレーの配線領域を形成するための領域が露出されるように窒化膜１０４と酸化膜１０２を除去して配線領域形成用食刻マスクパターン（図示せず）を形成する。
【００６７】次に、上記の食刻マスクパターンを食刻遮蔽膜に利用して露出された半導体基板１００を異方性湿式食刻して図５に示されたように互いに一定の間隔に隔離されて縦方向に伸びる第１配線領域６０ａと第２配線領域６０ｂを形成する。
【００６８】続いて、残存する窒化膜１０４と酸化膜１０２を写真食刻法で再パターンニングして能動貯蔵庫領域、チャンネル領域および受動貯蔵庫領域用の食刻マスクパターン（図示されない）を形成した後、半導体基板１００の露出された部分を異方性湿式食刻して図５に図示されたように互いに一定の間隔を保持し、大きい面積を持つ能動貯蔵庫領域１０ａと受動貯蔵庫領域４０ａを形成すると同時に二つの領域を連結させるチャンネル２０を互いに一体形の溝で形成する。
【００６９】この時、このチャンネル２０はその中間部分に狭い幅を持つマイクロチャンネル領域２２ａが形成されている。能動貯蔵庫領域１０ａとマイクロチャンネル領域２１の間には上記のマイクロチャンネル領域より狭い幅を持つ第１の狭いチャンネル領域２４および第１チャンネル領域２２が形成されている。上記のマイクロチャンネル領域２１と受動貯蔵庫領域４０ａの間には第２チャンネル領域２３と第２の狭いチャンネル２５が形成されている構造を持つように形成される。
【００７０】続いて、半導体基板１００上に残存する酸化膜１０２と窒化膜１０４を次例に乾式食刻して除去した後、半導体基板１００の全面に電極形成用食刻マスクパターン（図示せず）を形成し、半導体基板１００の露出された部分を乾式食刻して図５と図６に図示されたように所定の間隔に隔離されて形成されている第１チャンネル領域２２と第２チャンネル領域２３の縦方向へ両側に各々分離されている第１信号電極領域３１ａ，３２ａと第２信号電極領域３４ａ，３５ａを定義する。
【００７１】この時、食刻される第１信号電極領域３１ａ，３２ａと第２信号電極領域３４ａ，３５ａとして食刻される厚さは能動、受動貯蔵庫領域１０ａ，４０ａおよびチャンネル領域２０ａの食刻深さより浅い深さを持つように形成される。これは電極として形成される金属がチャンネル２２の中間の深さの範囲に形成されるようにするためである。
【００７２】上述した食刻工程により図５に図示したように半導体基板１００の内部に互いに空間的に連結される一定の形状を持つ溝が形成される。
【００７３】続いて、図７と図８に図示したように、半導体基板１００の露出された部分である第１配線領域６０ａ，６０ｂおよび第２配線領域７０ａ，７０ｂ、能動貯蔵庫領域１０ａ、受動貯蔵庫領域４０ａおよびチャンネル領域２０ａに各々酸化膜１１２を形成する。
【００７４】この時、酸化膜１１２の形成工程は上述した形成方法に限定されないし、露出された半導体基板１００を熱酸化して熱酸化膜を形成したり陽極酸化法等によって形成したりすることもできる。
【００７５】上記の酸化膜１１２は、後続形成される電極およびヒータ用金属と配線用金属を半導体基板１００より電気的に絶縁させるために形成される。
【００７６】続いて、能動貯蔵庫領域１０ａと受動貯蔵庫領域４０ａに厚いＣＶＤ酸化膜１１４を形成する。これは後続工程で形成されるヒータを貯蔵庫領域１０ａ，４０ａの床面より浮遊させる支持台として利用するために形成される。
【００７７】続いて、図９と図１０に図示したように、露出された基板の全面に導電性であるプラチナ（Ｐｔ）、ポリシリコンおよびニッケルを蒸着した後、これをパターンニングして上記の能動貯蔵庫領域１０ａおよび受動貯蔵庫領域４０ａにカンチレバー形を持つヒータ１２，４２を形成すると同時に第１配線領域６０ａと第２配線領域７０ａに第１配線６０と第２配線７０を形成する。
【００７８】その後、上記のヒータ１２，４２を貯蔵庫領域１０ａ，４０ａの床面より浮遊させるためにヒータ１２，４２ラインが通過する下部の酸化膜１１４が縦方向に断続されてヒータの下部に残存するように酸化膜１１４を１次湿式食刻した後、２次に乾式食刻してヒータ支持台１４，４４を形成する。これはヒータ１２，４２が各々能動貯蔵庫領域１０ａと受動貯蔵庫領域４０ｂを底面より浮遊させて電圧印加の時、熱効率を高めるためである。
【００７９】この時、酸化膜１１４を湿式食刻で完全に食刻する場合、ヒータ用金属が食刻溶液の表面張力によって貯蔵庫領域１０ａ，４０ａの床面に接触するおそれがあるから湿式食刻と乾式食刻を並行した。
【００８０】続いて、上記の半導体基板１００の全面に導電性金属であるＴｉＷ，Ａｕ，ＣｕおよびＮｉ等の金属を蒸着し、これをパターンニングして第１チャンネル領域２２と第２チャンネル領域２３に各々隔離されて縦方向へ外部に伸びる第１信号電極３１，３２と第２信号電極３４，３５を同時にパターンニングする。
【００８１】続いて、半導体基板１００の全面に食刻遮蔽物（図示せず）を形成した後、半導体基板１００の下側面に形成されている酸化膜１０６と窒化膜１０８をパターンニングして所定の直径で上記チャンネル領域２０の中、各々第１の狭いチャンネル領域２４と第２の狭いチャンネル２５に垂直で対応する領域が露出するように食刻マスクパターン（残存する酸化膜と窒化膜）を形成した後、半導体基板１００の下側より上側に食刻して第１の狭いチャンネル２４と第２の狭いチャンネル２５の所定の領域に貫通するように異方性乾式食刻して第１穴１１６と第２穴１１８を形成する。
【００８２】この時、形成される第１穴１１２と第２穴１１４は下側面が広くて上側面に行くにつれて狭くなり、第１狭いチャンネル２４と第２狭いチャンネル２５面が狭い直径で露出されるように形成する。導電性液体金属のチャンネル２０の注入を容易にするため、このような傾斜型に形成される。
【００８３】続いて、図１１に図示したように、上記の食刻マスクパターンを除去し、半導体基板１００の上部表面にガラス基板１２０を陽極（ａｎｏｄｉｃ）結合し、半導体基板１００の下側面が上側面になるように裏返した状態で上記の第１穴１１６あるいは第２穴１１８を通じて導電性金属として水銀あるいはガリウム等の液体金属５０を注入する。
【００８４】続いて、半導体基板１００の下側面にガラス基板１３０を紫外線接着剤で接着してマイクロリレー素子を製造する。
【００８５】
【発明の効果】上述した本発明のラッチ型熱駆動マイクロリレー素子は、シリコンウェハーのバルク内にマイクロマシニング技術、電気鍍金技術および半導体工程技術を利用してリレー素子を集積させることができるので、既存のリレー素子より小型で製作することが可能である。
【００８６】又、本発明のリレー素子は集積回路工程と互換性があるのでリレーアレイ（ａｒｒａｙ）を構成できる長所がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のラッチ型熱駆動マイクロリレー素子の平面概略図。
【図２】本発明のラッチ型熱駆動マイクロリレー素子の平面レイアウト図。
【図３】図２のＡ−Ａ線による断面を概略的に表したラッチ型熱駆動マイクロリレー素子の断面図。
【図４】本発明のラッチ型熱駆動マイクロリレー素子の変形例を表した概略的な平面図。
【図５】ラッチ型熱駆動マイクロリレー素子の平面図。
【図６】図５のＡ−Ａ線によるラッチ型マイクロリレー素子の断面図。
【図７】半導体基板の食刻部分である貯蔵庫形成領域、チャンネル形成領域、電極形成領域および配線領域に酸化膜を形成した状態を表した平面図。
【図８】図７のＡ−Ａ線による半導体基板の断面を表した断面図。
【図９】熱駆動マイクロリレー素子の形成領域に各々ヒータ、ヒータ支持台と信号電極を形成して液体金属を注入した状態を概略的に表した平面図。
【図１０】半導体基板上に貯蔵庫、第１，２信号電極および第１，２穴の形成状態を表した断面図。
【図１１】ラッチ型熱駆動マイクロリレー素子の上部面と下部面にガラス基板を合着してリレー素子の製作を完了した状態を表した断面図。
【符号の説明】
１０ 能動貯蔵庫
２０ チャンネル
２１ マイクロチャンネル領域
２２ 第１チャンネル領域
２３ 第２チャンネル領域
２４ 第１狭いチャンネル領域
３１，３２ 第１信号電極
３４，３５ 第２信号電極
６０ 第１配線
７０ 第２配線
１００ 半導体基板
１０２，１０６ 酸化膜
１０４，１０８ 窒化膜
１１２，１１４ 酸化膜
１１６，１１８ 第１，２穴
１２０ 上部ガラス基板
１３０ 下部ガラス基板
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はラッチ（ｌａｔｃｈｉｎｇ）型熱駆動マイクロリレー素子に関するもので、より詳しくは他の電子部品との集積化が可能になるように超小型化して製作の可能なラッチ型熱駆動マイクロリレーおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、電気信号を中継するリレー（ｒｅｌａｙ）は電子力あるいは圧力等の手段によって二つの接点の間に伝導体を連結させ一側接点より他側接点に電気信号を伝達する電気部品の中の一つである。
【０００３】従来のリレーは電子交換器、自動充電器機、交通信号制御システム等広い応用分野で電流の開、閉を担当するスイッチ素子として使用されているが、大きさが大きくて、高価であり、リレーアレイ構成が不可能だけでなく他の電子部品との集積化が難しいので利用に不便があった。
【０００４】すなわち、従来の技術として汎用化されているリレーは主に駆動コイルとこの駆動コイルに印加される電圧によって発生する電子力でスイッチをオン／オフさせる方式が利用された。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電子技術の発達につれて電子部品の小型化が進むようになり、これらの電子部品と同一な回路基板上にリレーを設置して回路を構成しなければならない必要性が増大している。
【０００６】したがって、従来のリレーをより小型化すると同時に半導体基板上に集積させることができるマイクロリレーの開発が進行されてきた。
【０００７】上述した条件を満足させるためには大きさが数ｍｍ以下で小型であり、他の電子部品とともに集積化が可能でなければならない。
【０００８】こうした条件を満足させるためには半導体工程技術を使用して微細な構造を持つ形状で製造が可能なリレーが開発されなければならない。
【０００９】従来技術のリレーの例として、提示されたヨーロッパの特許ＥＰ−５７３２６７号は磁気（ｍａｇｎｅｔｉｃ）駆動方式を使用し、信号電極部分に金属を使用するため接触抵抗を１Ω以下にすることができず、リレーアレイ構造が複雑であるという短所をもっている。
【００１０】又、１９９５年トランスデューサー誌（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）に発表されたジェイ．ドレイク（Ｊ．Ｄｒａｋｅ）の停電力駆動マイクロリレーは駆動電圧が５０Ｖ以上、接触抵抗２Ωで実用化に問題点をもっている。
【００１１】したがって、上述した従来技術の問題点を解決するための本発明の目的は、液体金属接点で１Ω以下の接触抵抗を保持しながら半導体工程技術とシリコンウェハーの表面（ｓｕｒｆａｃｅ）およびバルク マイクロマシニング（ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）を利用した湿式食刻方法で集積化が可能な超小型のマイクロリレーを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するための本発明は、半導体基板のバルク内に所定の体積を持ち、その内部の空気を加熱するヒータ１２が設置されている能動貯蔵庫と、上記の能動貯蔵庫と所定の間隔に離隔され、その内部にヒータが設置された、同一の体積を持つ受動貯蔵庫と、上記の能動貯蔵庫と受動貯蔵庫の間の空間に延長され、接点金属である液体金属５０の移動路としての役割を果すチャンネルと、互いに離隔されて上記のチャンネルの所定の領域から各々チャンネルの内部に一端が挿入され外部へ伸びる第１信号電極と、上記の第１信号電極と一定の間隔に離隔されて同一な形状で形成されている第２信号電極と、上記のチャンネルの内部に実装されて第１信号電極と第２信号電極の接点としての役割を果す液体金属と、半導体基板の上、下側面に接合されている上、下部ガラス基板とを含むことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００１４】図１は本発明による熱駆動マイクロリレーの平面構造を概略的に図示した平面図であり、図２は本発明のラッチ型熱駆動マイクロリレー素子の平面レイアウトである。
【００１５】まず、図１と図２を参照すると、本発明による熱駆動マイクロリレーは所定の体積を持つ能動貯蔵庫１０と、この能動貯蔵庫１０と所定の間隔に離隔されて同一な体積を持つ受動貯蔵庫４０が形成されている。能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０の間に所定の直径を持つ流通路としてチャンネル２０が形成されている。このチャンネル２０の中間部に上記のチャンネルより小さい直径を持つマイクロチャンネル領域２１が形成されている。チャンネル２０の内部に液体金属５０が実装されている。
【００１６】図１のような構造を持つ熱駆動マイクロリレーの動作原理は、リレーの能動貯蔵庫（ａｃｔｉｖｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）１０の圧力が上昇してチャンネル内部に実装されているリレーの電極接点用で使用される液体金属５０が受動貯蔵庫（ｐａｓｓｉｖｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）４０側に移動し、受動貯蔵庫４０の圧力が上昇すると液体金属が能動貯蔵庫１０側の元の位置に引き返すようになる。
【００１７】これをより詳しく説明すると、マイクロチャンネル領域２１で液体金属５０の形状は液体金属５０の表面張力とシリコンとの親和力によって決定され、この液体金属を駆動するのに必要な圧力はチャンネル２０に液体金属を注入するための圧力と貯蔵庫とマイクロチャンネル領域２１の体積比に対する圧力の合計で表わされる。
【００１８】マイクロチャンネル領域２１で液体金属５０を駆動するための圧力Ｐは次の数式に表現される。
【００１９】
【数１】
【００２０】この時、Ｐはチャンネル２０で液体金属５０を駆動するために必要な圧力、γ1は表面張力（ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｎｓｉｏｎ）、Ｄはチャンネル直径、θcは液体金属の接触角（ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌｅ）である。
【００２１】図１のようなマイクロリレー素子で液体金属５０滴が距離ｘほど移動すると、能動貯蔵庫１０の圧力および体積が変動し、液体金属５０が動くことが可能な距離が制限される。
【００２２】能動貯蔵庫１０の圧力、体積がＰ1（Ｖ1（ｘ＝０））からＰａ，Ｖａ（ｘ＝ｘ）に、受動貯蔵庫４０の圧力、体積がＰ0，Ｖ0（ｘ＝０）から、Ｐp，Ｖp（ｘ＝ｘ）に変ったと仮定し、この時の大気圧はＰ0とし、体積比に対する圧力に対して数式に表現すると次のようである。
【００２３】
【数２】
【００２４】
【数３】
【００２５】
【数４】
【００２６】
【数５】
【００２７】
【数６】
【００２８】上の数式で、Ｖ1＋Ａcｘ＝Ｖ0，Ｖ1＝ｋＡcｘに仮定した。Ａcはマイクロリレー素子のマイクロチャンネル領域２１部分の断面積である。
【００２９】それゆえ、マイクロリレー素子で液体金属５０を駆動するための圧力は数式（１），（６）の合計である（７）式のＰ２に表われる。
【００３０】この時、ボイル（Ｂｏｙｌｅ′ｓ）の法則とシャルル（Ｃｈａｒｌｅｓ′ｓ）の法則によりＰＶ／Ｔ＝一定であるため、圧力変化に必要な温度差を数式で表現すると次のようである。
【００３１】
【数７】
【００３２】
【数８】
【００３３】結果的に温度変化によって圧力が増加するようになり、これによって液体金属５０をリレー素子のチャンネル２０内で移動させ、電気的な信号を導通および遮断できるリレー素子の動作特性が得られる。
【００３４】図２は本発明による熱駆動マイクロリレー素子を平面上に表した詳細図である。
【００３５】図２を参照して、本発明による熱駆動マイクロリレー素子の詳細な構成を説明する。
【００３６】本発明による熱駆動マイクロリレーは、半導体基板１００の所定の領域に一定の体積を持ち、それの底面にヒータ１２がカンチレバー形状で設置されている。このヒータ１２の通過ラインの下部に一方向へ一列に各々断続して進行するヒータ支持台１４が設置されている能動貯蔵庫１０と、上記の能動貯蔵庫１０と所定の間隔に隔離されてヒータ４２とヒータ支持台４４が能動貯蔵庫１０と同一な形状で設置されている受動貯蔵庫４０が形成されている。能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０の間に流通路としてチャンネル２０が形成されている。このチャンネル２０の全体構成は、次のごとくである。すなわち、そのチャンネル２０より小さい直径を持つマイクロチャンネル２１が中間領域に形成されている。能動貯蔵庫１０とマイクロチャンネル領域２１の間に第１チャンネル領域２２が設置されている。受動貯蔵庫４０とマイクロチャンネル領域２１の間に第２チャンネル領域２３が形成されている。第１チャンネル領域２２は、能動貯蔵庫１０側において、二つの狭いチャンネルで形成され、この二つの狭いチャンネルが一つの狭いチャンネルに延長される形態で第１の狭いチャンネル領域２４と接続されている。第２チャンネル領域２３は、受動貯蔵庫４０側において、二つの狭いチャンネルで形成され、この二つの狭いチャンネルが一つの狭いチャンネルに延長される形態を持つ第２の狭いチャンネル領域２５を含んでいる。
【００３７】そして、互いに分離され第１チャンネル領域２２で各々の内部から外部に進行する信号電極として二つの電極に分れている第１信号電極３１，３２と第２チャンネル２３に第１信号電極３１，３２と同一な形状を持つ二つの電極になった第２信号電極３４，３５が形成されている。
【００３８】そして、チャンネル２０内部に導電性接触金属として液体金属５０が実装されている構成を持つ。
【００３９】図３は図２のＡ−Ａ線によるラッチ型マイクロリレーの断面図を図示する。
【００４０】図３を参照して、本発明によるラッチ型マイクロリレーの断面構造を説明する。
【００４１】半導体基板１００の表面の所定の領域に所定の面積と深さを持つ能動貯蔵庫１０が配置されている。その内部の底面には内部の空気を加熱させるためのヒータ１２がヒータ支持台１４の上を通過して設置されている。
【００４２】この能動貯蔵庫１０と所定の間隔に離隔され、同一な形状を持つヒータ４２とヒータ支持台４４が設置されている受動貯蔵庫４０が設置されている。
【００４３】能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０との間に図３で点線に表した部分２０Ｌまで溝でチャンネル２０（図示せず）が形成されている。
【００４４】上記の図示されなかったチャンネル２０の進行方向で所定の間隔に離隔され、各々同一方向に対向する第１信号電極３１，３２と第２信号電極３４，３５が設置されている。
【００４５】そして、第１信号電極３１，３２および第２信号電極３４，３５と半導体基板１００の間は絶縁のために酸化膜１１２，１１４が形成されている。
【００４６】半導体基板１００の表面には能動貯蔵庫１０、受動貯蔵庫４０およびチャンネル２０を上部より密閉させるための上部ガラス基板１２０が合着されている。半導体基板１００の下部面よりチャンネル２０に貫通する第１穴１１６と第２穴１１８を密閉させるための下部ガラス基板１３０が設置されている。上記第１，２穴１１６，１１８を除外した半導体基板１００の下部には酸化膜１０６と窒化膜１０８でできた絶縁膜が形成されている。
【００４７】上記のような構造でチャンネル２０の両端部に形成されている第１の狭いチャンネル領域２４と第２狭いチャンネル領域２５はマイクロリレーの駆動時、能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０から発生する圧力により液体金属５０が第１チャンネル領域２２、マイクロチャンネル領域２１および第２チャンネル領域２３の範囲をはずれないようにする役割を果す。
【００４８】同じように、第１チャンネル領域２２と第２チャンネル領域２３の間に形成されているマイクロチャンネル領域２１は能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０から発生する圧力によって液体金属５０が第１チャンネル領域２２と第２チャンネル領域２３に移動された後、上記のチャンネル領域を離脱しないようにする役割を果す。
【００４９】すなわち、上記のように広い幅を持つ第１チャンネル領域２２と第２チャンネル領域２３より狭い幅を持つマイクロチャンネル領域２１、このマイクロチャンネル領域２１より狭い幅を持つ第１の狭いチャンネル２４と第２の狭いチャンネル２５により構成されたチャンネル２０は、液体金属５０が動いた後、逆方向に引き返すことを防止するラッチ作用とヒータ１２，４２に印加される電圧変動幅の範囲を大きくする作用を果たすように形成されている。
【００５０】又、ヒータ支持台１４，４４は熱伝達が少ない酸化膜を使用し、ヒータ支持台１４，４４の配置はヒータ１２，４２に電圧が印加されて熱膨脹が生じる場合を考慮してカンチレバー（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ）形態に製作されている。
【００５１】そして、第１穴１１６は液体金属５０をリレーの第１チャンネル領域２２に注入するためのものであり、第２穴１１８は液体金属５０に注入時、逆方向の圧力発生による注入圧力の上昇を防ぐために形成されている。
【００５２】この時、第１穴１１６と第２穴１１８は体積比を大きくするために下部部分が広く上部に行くにつれて狭い直径を持つように形成されている。
【００５３】すなわち、能動貯蔵庫１０および受動貯蔵庫４０から発生する圧力がチャンネル２０の液体金属５０に加わる時、空気圧力の加圧方向に対して反対に作用する圧力の効果を最小化するため、第１，２穴１１６，１１８と貯蔵庫１０，４０の体積比を３０：１になるように形成した。
【００５４】又、能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０の側壁部分は上部部分が広くて、下部部分が狭い傾斜型構造に形成された。これは、ヒータ１２，４２によって加熱された空気が効果的にチャンネル２０に伝達できるようにするためである。
【００５５】そして、上記の第１信号電極３１，３２と第２信号電極３４，３５はマイクロメータ単位厚さのＴｉＷ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｎｉ等で形成され、ヒータ１２，４２の材料としてはプラチナ（Ｐｔ）、ポリシリコン、ニッケル等で製作される。
【００５６】上述した構造を持つ熱駆動マイクロリレーは、受動貯蔵庫４０のヒータ４２に電源が印加されず能動貯蔵庫１０のヒータ１２に電源が印加される場合、能動貯蔵庫１０内部の空気が加熱されることによって内部圧力が上昇する。
【００５７】この時、この圧力がリレーの接点として使用される水銀、ガリウム等の液体金属５０の表面張力（ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｎｓｉｏｎ）である上記の式（１）の力（圧力）より強くなった時、上記の液体金属５０が右側に移動して第２信号電極３４，３５の両端に接触することによって第２信号電極３４，３５が伝導（ＯＮ）状態になる。
【００５８】これと反対に能動貯蔵庫１０のヒータ１２に電源が印加されず受動貯蔵庫４０のヒータ４２に電源が印加される場合、受動貯蔵庫４０の内部圧力が上昇して第２チャンネル領域２３にある液体金属５０が第１チャンネル領域２２に移動する。これによって第２信号電極３４，３５を通じて一側に流れる電流が遮断され、第１信号電極３１，３２が伝導状態になる。
【００５９】すなわち、上記の二つの動作状態で、能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０の各ヒータ１２，４２に電源を選択的に印加できるようにすることによって各々二つの電極で構成された第１信号電極３１，３２と第２信号電極３４，３５で構成される電源ラインを流れる電流をオン／オフさせることができる。
【００６０】又、上記のような動作で一側の電源ラインをオンさせて、他側の電源ラインはオフさせるために能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０のヒータ１２，４２に印加される電源は所定の時間、たとえば、液体金属５０を第１チャンネル領域１０より第２チャンネル領域４０に、あるいはその反対に移動させるのに必要な時間の間だけ印加することもできる。
【００６１】図４は本発明のラッチ型熱駆動リレー素子の変形例を図示した平面図である。
【００６２】図４に図示された変形例によるラッチ型熱駆動マイクロリレー素子は図２および図３に図示したリレー素子と狭いチャンネル領域だけが異なるだけで他の構成部分は同一である。
【００６３】すなわち、本発明の変形例によると、先の実施の形態での第１の狭いチャンネル領域２４と第２の狭いチャンネル領域２５が、能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０から各々第１チャンネル領域２２と第２チャンネル領域２３に延長されている第１の狭いチャンネル領域２８と第２の狭いチャンネル領域２９が一つの流通路形状に置き換わっている。
【００６４】以下、図２と図３で説明した平面構造と断面構造を持つラッチ型マイクロリレー素子の製造工程を図５ないし図１１を参照して説明すると次のようである。
【００６５】図５ないし図６を参照すると、〔１００〕あるいは〔１１０〕の結晶方向を持つ半導体基板１００の前面と後面に写真食刻工程時、パターンニングされて食刻遮蔽マスクとして使用される絶縁膜で各々１０００Åの厚さを持つ酸化膜１０２，１０６と２０００Åの厚さを持つ窒化膜１０４，１０８を基板の前面と後面に次列に形成する。
【００６６】続いて、半導体基板１００上部面の酸化膜１０２と窒化膜１０６を写真食刻法で半導体基板１００上部面にマイクロリレーの配線領域を形成するための領域が露出されるように窒化膜１０４と酸化膜１０２を除去して配線領域形成用食刻マスクパターン（図示せず）を形成する。
【００６７】次に、上記の食刻マスクパターンを食刻遮蔽膜に利用して露出された半導体基板１００を異方性湿式食刻して図５に示されたように互いに一定の間隔に隔離されて縦方向に伸びる第１配線領域６０ａと第２配線領域６０ｂを形成する。
【００６８】続いて、残存する窒化膜１０４と酸化膜１０２を写真食刻法で再パターンニングして能動貯蔵庫領域、チャンネル領域および受動貯蔵庫領域用の食刻マスクパターン（図示されない）を形成した後、半導体基板１００の露出された部分を異方性湿式食刻して図５に図示されたように互いに一定の間隔を保持し、大きい面積を持つ能動貯蔵庫領域１０ａと受動貯蔵庫領域４０ａを形成すると同時に二つの領域を連結させるチャンネル２０を互いに一体形の溝で形成する。
【００６９】この時、このチャンネル２０はその中間部分に狭い幅を持つマイクロチャンネル領域２２ａが形成されている。能動貯蔵庫領域１０ａとマイクロチャンネル領域２１の間には上記のマイクロチャンネル領域より狭い幅を持つ第１の狭いチャンネル領域２４および第１チャンネル領域２２が形成されている。上記のマイクロチャンネル領域２１と受動貯蔵庫領域４０ａの間には第２チャンネル領域２３と第２の狭いチャンネル２５が形成されている構造を持つように形成される。
【００７０】続いて、半導体基板１００上に残存する酸化膜１０２と窒化膜１０４を次例に乾式食刻して除去した後、半導体基板１００の全面に電極形成用食刻マスクパターン（図示せず）を形成し、半導体基板１００の露出された部分を乾式食刻して図５と図６に図示されたように所定の間隔に隔離されて形成されている第１チャンネル領域２２と第２チャンネル領域２３の縦方向へ両側に各々分離されている第１信号電極領域３１ａ，３２ａと第２信号電極領域３４ａ，３５ａを定義する。
【００７１】この時、食刻される第１信号電極領域３１ａ，３２ａと第２信号電極領域３４ａ，３５ａとして食刻される厚さは能動、受動貯蔵庫領域１０ａ，４０ａおよびチャンネル領域２０ａの食刻深さより浅い深さを持つように形成される。これは電極として形成される金属がチャンネル２２の中間の深さの範囲に形成されるようにするためである。
【００７２】上述した食刻工程により図５に図示したように半導体基板１００の内部に互いに空間的に連結される一定の形状を持つ溝が形成される。
【００７３】続いて、図７と図８に図示したように、半導体基板１００の露出された部分である第１配線領域６０ａ，６０ｂおよび第２配線領域７０ａ，７０ｂ、能動貯蔵庫領域１０ａ、受動貯蔵庫領域４０ａおよびチャンネル領域２０ａに各々酸化膜１１２を形成する。
【００７４】この時、酸化膜１１２の形成工程は上述した形成方法に限定されないし、露出された半導体基板１００を熱酸化して熱酸化膜を形成したり陽極酸化法等によって形成したりすることもできる。
【００７５】上記の酸化膜１１２は、後続形成される電極およびヒータ用金属と配線用金属を半導体基板１００より電気的に絶縁させるために形成される。
【００７６】続いて、能動貯蔵庫領域１０ａと受動貯蔵庫領域４０ａに厚いＣＶＤ酸化膜１１４を形成する。これは後続工程で形成されるヒータを貯蔵庫領域１０ａ，４０ａの床面より浮遊させる支持台として利用するために形成される。
【００７７】続いて、図９と図１０に図示したように、露出された基板の全面に導電性であるプラチナ（Ｐｔ）、ポリシリコンおよびニッケルを蒸着した後、これをパターンニングして上記の能動貯蔵庫領域１０ａおよび受動貯蔵庫領域４０ａにカンチレバー形を持つヒータ１２，４２を形成すると同時に第１配線領域６０ａと第２配線領域７０ａに第１配線６０と第２配線７０を形成する。
【００７８】その後、上記のヒータ１２，４２を貯蔵庫領域１０ａ，４０ａの床面より浮遊させるためにヒータ１２，４２ラインが通過する下部の酸化膜１１４が縦方向に断続されてヒータの下部に残存するように酸化膜１１４を１次湿式食刻した後、２次に乾式食刻してヒータ支持台１４，４４を形成する。これはヒータ１２，４２が各々能動貯蔵庫領域１０ａと受動貯蔵庫領域４０ｂを底面より浮遊させて電圧印加の時、熱効率を高めるためである。
【００７９】この時、酸化膜１１４を湿式食刻で完全に食刻する場合、ヒータ用金属が食刻溶液の表面張力によって貯蔵庫領域１０ａ，４０ａの床面に接触するおそれがあるから湿式食刻と乾式食刻を並行した。
【００８０】続いて、上記の半導体基板１００の全面に導電性金属であるＴｉＷ，Ａｕ，ＣｕおよびＮｉ等の金属を蒸着し、これをパターンニングして第１チャンネル領域２２と第２チャンネル領域２３に各々隔離されて縦方向へ外部に伸びる第１信号電極３１，３２と第２信号電極３４，３５を同時にパターンニングする。
【００８１】続いて、半導体基板１００の全面に食刻遮蔽物（図示せず）を形成した後、半導体基板１００の下側面に形成されている酸化膜１０６と窒化膜１０８をパターンニングして所定の直径で上記チャンネル領域２０の中、各々第１の狭いチャンネル領域２４と第２の狭いチャンネル２５に垂直で対応する領域が露出するように食刻マスクパターン（残存する酸化膜と窒化膜）を形成した後、半導体基板１００の下側より上側に食刻して第１の狭いチャンネル２４と第２の狭いチャンネル２５の所定の領域に貫通するように異方性乾式食刻して第１穴１１６と第２穴１１８を形成する。
【００８２】この時、形成される第１穴１１２と第２穴１１４は下側面が広くて上側面に行くにつれて狭くなり、第１狭いチャンネル２４と第２狭いチャンネル２５面が狭い直径で露出されるように形成する。導電性液体金属のチャンネル２０の注入を容易にするため、このような傾斜型に形成される。
【００８３】続いて、図１１に図示したように、上記の食刻マスクパターンを除去し、半導体基板１００の上部表面にガラス基板１２０を陽極（ａｎｏｄｉｃ）結合し、半導体基板１００の下側面が上側面になるように裏返した状態で上記の第１穴１１６あるいは第２穴１１８を通じて導電性金属として水銀あるいはガリウム等の液体金属５０を注入する。
【００８４】続いて、半導体基板１００の下側面にガラス基板１３０を紫外線接着剤で接着してマイクロリレー素子を製造する。
【００８５】
【発明の効果】上述した本発明のラッチ型熱駆動マイクロリレー素子は、シリコンウェハーのバルク内にマイクロマシニング技術、電気鍍金技術および半導体工程技術を利用してリレー素子を集積させることができるので、既存のリレー素子より小型で製作することが可能である。
【００８６】又、本発明のリレー素子は集積回路工程と互換性があるのでリレーアレイ（ａｒｒａｙ）を構成できる長所がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のラッチ型熱駆動マイクロリレー素子の平面概略図。
【図２】本発明のラッチ型熱駆動マイクロリレー素子の平面レイアウト図。
【図３】図２のＡ−Ａ線による断面を概略的に表したラッチ型熱駆動マイクロリレー素子の断面図。
【図４】本発明のラッチ型熱駆動マイクロリレー素子の変形例を表した概略的な平面図。
【図５】ラッチ型熱駆動マイクロリレー素子の平面図。
【図６】図５のＡ−Ａ線によるラッチ型マイクロリレー素子の断面図。
【図７】半導体基板の食刻部分である貯蔵庫形成領域、チャンネル形成領域、電極形成領域および配線領域に酸化膜を形成した状態を表した平面図。
【図８】図７のＡ−Ａ線による半導体基板の断面を表した断面図。
【図９】熱駆動マイクロリレー素子の形成領域に各々ヒータ、ヒータ支持台と信号電極を形成して液体金属を注入した状態を概略的に表した平面図。
【図１０】半導体基板上に貯蔵庫、第１，２信号電極および第１，２穴の形成状態を表した断面図。
【図１１】ラッチ型熱駆動マイクロリレー素子の上部面と下部面にガラス基板を合着してリレー素子の製作を完了した状態を表した断面図。
【符号の説明】
１０ 能動貯蔵庫
２０ チャンネル
２１ マイクロチャンネル領域
２２ 第１チャンネル領域
２３ 第２チャンネル領域
２４ 第１狭いチャンネル領域
３１，３２ 第１信号電極
３４，３５ 第２信号電極
６０ 第１配線
７０ 第２配線
１００ 半導体基板
１０２，１０６ 酸化膜
１０４，１０８ 窒化膜
１１２，１１４ 酸化膜
１１６，１１８ 第１，２穴
１２０ 上部ガラス基板
１３０ 下部ガラス基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】 半導体基板１００のバルク内に所定の体積を持ち、その内部の空気を加熱するヒータ１２が設置されている能動貯蔵庫１０と、上記の能動貯蔵庫１０と所定の間隔に離隔されてその内部にヒータ４２が設置されている、同一な体積を持つ受動貯蔵庫４０と、上記の能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０の間の空間に延長されて接点金属である液体金属５０の移動路としての役割を果すチャンネル２０と、互いに離隔されて上記のチャンネル２０の所定の領域で各々チャンネルの内部に一端が挿入されて外部に伸びる第１信号電極３１，３２と、上記の第１信号電極３１，３２と一定の間隔に離隔されて同一な形状で形成されている第２信号電極３４，３５と、上記のチャンネルの内部に実装されて第１信号電極３１，３２と第２信号電極３４，３５の接点としての役割を果たす液体金属５０と、半導体基板１００の上、下側面に接合されている上、下部ガラス基板１２０，１３０とを含むことを特徴とするラッチ型熱駆動マイクローリレー素子。
【請求項２】 第１項において、上記のヒータ１２，４２はカンチレバー形態で形成されたことを特徴とするラッチ型熱駆動マイクローリレー素子。
【請求項３】 第２項において、上記のヒータ１２，４２は、各々能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０の床面に上記のヒータの進行方向に垂直方向に断続して一列に形成されているヒータ支持台１４，４４の上に支持され、床面より浮遊されていることを特徴とするラッチ型熱駆動マイクローリレー素子。
【請求項４】 第１項において、上記の液体金属５０は水銀あるいはガリウムであることを特徴とするラッチ型熱駆動マイクローリレー素子。
【請求項５】 第１項において、上記の第１信号電極３１，３２と第２信号電極３４，３５はＴｉＷ，Ａｕ，ＣｕおよびＮｉの中、いずれ一つの金属であることを特徴とするラッチ型熱駆動マイクローリレー素子。
【請求項６】 第１項において、上記のヒータ１２，４２はプラチナ、ポリシリコンおよびニッケルで形成されたことを特徴とするラッチ型熱駆動マイクローリレー素子。
【請求項７】 第１項において、上記のチャンネル２０は、その中間領域にチャンネルの幅が狭いマイクロチャンネル領域２１を有し、上記のマイクロチャンネル領域２１の両端に上記のマイクロチャンネル領域２１より広い幅を持つ第１チャンネル領域２２と第２チャンネル領域２３を有し、上記の第１，２チャンネル領域２２，２３と貯蔵庫１０，４０の間に各々上記のマイクロチャンネル領域２１より狭い幅を持つ第１の狭いチャンネル領域２４と第２の狭いチャンネル領域２５を有することを特徴とするラッチ型熱駆動マイクローリレー素子。
【請求項８】 第７項において、上記の第１，２の狭いチャンネル２４，２５は、各々能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０側に二つの狭いチャンネルで延長される形態を持つことを特徴とするラッチ型熱駆動マイクローリレー素子。
【請求項９】 第１項において、上記半導体基板１００の下側から上側に行くにつれて狭くなり、上部が上記能動貯蔵庫１０と上記第１信号電極３１，３２間のチャンネル２０の領域と、受動貯蔵庫４０と上記第２信号電極３４，３５間のチャンネル２０の領域に各々連通されるように形成されて上記液体金属５０を注入するための注入通路に使用される第１，第２穴１１６，１１８を有して構成されることを特徴とするラッチ型マイクロリレー素子。
【請求項１０】 第９項において、上記第１，２穴１１６，１１８と、能動貯蔵用１０および受動貯蔵庫４０との体積費が３０：１であることを特徴とするラッチ型熱駆動マイクロ素子。
【請求項１１】 第１項において、上記の能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０の両端のヒータ１２，１４に電源を供給する第１配線６０と第２配線７０が追加で形成されていることを特徴とするラッチ型熱駆動マイクローリレー素子。
【請求項１】 半導体基板１００のバルク内に所定の体積を持ち、その内部の空気を加熱するヒータ１２が設置されている能動貯蔵庫１０と、上記の能動貯蔵庫１０と所定の間隔に離隔されてその内部にヒータ４２が設置されている、同一な体積を持つ受動貯蔵庫４０と、上記の能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０の間の空間に延長されて接点金属である液体金属５０の移動路としての役割を果すチャンネル２０と、互いに離隔されて上記のチャンネル２０の所定の領域で各々チャンネルの内部に一端が挿入されて外部に伸びる第１信号電極３１，３２と、上記の第１信号電極３１，３２と一定の間隔に離隔されて同一な形状で形成されている第２信号電極３４，３５と、上記のチャンネルの内部に実装されて第１信号電極３１，３２と第２信号電極３４，３５の接点としての役割を果たす液体金属５０と、半導体基板１００の上、下側面に接合されている上、下部ガラス基板１２０，１３０とを含むことを特徴とするラッチ型熱駆動マイクローリレー素子。
【請求項２】 第１項において、上記のヒータ１２，４２はカンチレバー形態で形成されたことを特徴とするラッチ型熱駆動マイクローリレー素子。
【請求項３】 第２項において、上記のヒータ１２，４２は、各々能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０の床面に上記のヒータの進行方向に垂直方向に断続して一列に形成されているヒータ支持台１４，４４の上に支持され、床面より浮遊されていることを特徴とするラッチ型熱駆動マイクローリレー素子。
【請求項４】 第１項において、上記の液体金属５０は水銀あるいはガリウムであることを特徴とするラッチ型熱駆動マイクローリレー素子。
【請求項５】 第１項において、上記の第１信号電極３１，３２と第２信号電極３４，３５はＴｉＷ，Ａｕ，ＣｕおよびＮｉの中、いずれ一つの金属であることを特徴とするラッチ型熱駆動マイクローリレー素子。
【請求項６】 第１項において、上記のヒータ１２，４２はプラチナ、ポリシリコンおよびニッケルで形成されたことを特徴とするラッチ型熱駆動マイクローリレー素子。
【請求項７】 第１項において、上記のチャンネル２０は、その中間領域にチャンネルの幅が狭いマイクロチャンネル領域２１を有し、上記のマイクロチャンネル領域２１の両端に上記のマイクロチャンネル領域２１より広い幅を持つ第１チャンネル領域２２と第２チャンネル領域２３を有し、上記の第１，２チャンネル領域２２，２３と貯蔵庫１０，４０の間に各々上記のマイクロチャンネル領域２１より狭い幅を持つ第１の狭いチャンネル領域２４と第２の狭いチャンネル領域２５を有することを特徴とするラッチ型熱駆動マイクローリレー素子。
【請求項８】 第７項において、上記の第１，２の狭いチャンネル２４，２５は、各々能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０側に二つの狭いチャンネルで延長される形態を持つことを特徴とするラッチ型熱駆動マイクローリレー素子。
【請求項９】 第１項において、上記半導体基板１００の下側から上側に行くにつれて狭くなり、上部が上記能動貯蔵庫１０と上記第１信号電極３１，３２間のチャンネル２０の領域と、受動貯蔵庫４０と上記第２信号電極３４，３５間のチャンネル２０の領域に各々連通されるように形成されて上記液体金属５０を注入するための注入通路に使用される第１，第２穴１１６，１１８を有して構成されることを特徴とするラッチ型マイクロリレー素子。
【請求項１０】 第９項において、上記第１，２穴１１６，１１８と、能動貯蔵用１０および受動貯蔵庫４０との体積費が３０：１であることを特徴とするラッチ型熱駆動マイクロ素子。
【請求項１１】 第１項において、上記の能動貯蔵庫１０と受動貯蔵庫４０の両端のヒータ１２，１４に電源を供給する第１配線６０と第２配線７０が追加で形成されていることを特徴とするラッチ型熱駆動マイクローリレー素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図４】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図９】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図４】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図９】
【公開番号】特開平９−１６１６４０
【公開日】平成９年（１９９７）６月２０日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平８−１６３４０１
【出願日】平成８年（１９９６）６月２４日
【出願人】（５９１０４４０８３）財団法人韓国電子通信研究所 (1)
【公開日】平成９年（１９９７）６月２０日
【国際特許分類】
【出願日】平成８年（１９９６）６月２４日
【出願人】（５９１０４４０８３）財団法人韓国電子通信研究所 (1)
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