JPH0610158A - ダイヤフラム式静電バルブの製造方法 - Google Patents
ダイヤフラム式静電バルブの製造方法Info
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- JPH0610158A JPH0610158A JP16915092A JP16915092A JPH0610158A JP H0610158 A JPH0610158 A JP H0610158A JP 16915092 A JP16915092 A JP 16915092A JP 16915092 A JP16915092 A JP 16915092A JP H0610158 A JPH0610158 A JP H0610158A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 感圧部となるダイヤフラムを高精度でかつ再
現性よく作製することができ、しかも回路集積等が可能
な圧力センサを製造する方法を提供する。 【構成】 200keV以上の高エネルギイオン注入法を採用
して、単結晶Ｓｉ基板に、ドーパントを、エッチングス
ピードが桁違いに遅くなる条件まで導入した後、このＳ
ｉ基板を所定パターンのマスク材で覆った状態でエッチ
ングを行うことによって、ダイヤフラムを形成する。
現性よく作製することができ、しかも回路集積等が可能
な圧力センサを製造する方法を提供する。 【構成】 200keV以上の高エネルギイオン注入法を採用
して、単結晶Ｓｉ基板に、ドーパントを、エッチングス
ピードが桁違いに遅くなる条件まで導入した後、このＳ
ｉ基板を所定パターンのマスク材で覆った状態でエッチ
ングを行うことによって、ダイヤフラムを形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、厚さが数μｍのＳｉ製
ダイヤフラムを可動部とする静電バルブを製造する方法
に関する。
ダイヤフラムを可動部とする静電バルブを製造する方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】静電バルブに利用されるダイヤフラム
は、Ｓｉ異方性エッチング技術を用いて製作されてい
る。その方法としては、現在、以下に列記する四つの方
法がある。
は、Ｓｉ異方性エッチング技術を用いて製作されてい
る。その方法としては、現在、以下に列記する四つの方
法がある。
【０００３】エッチング量を時間制御によって管理す
る。 ポリＳｉ等の成膜によりＳｉ基板上に数μｍ厚さのダ
イヤフラムを得る。 ドーパント濃度を、エッチングスピードが桁違いに遅
くなる（以下、エッチストップと称する）条件〔例えば
ＫＯＨ水溶液をエッチャントとした場合、１×１０20io
ns/cm3以上〕にまで高めたエピタキシャルＳｉ薄膜をＳ
ｉ基板上に厚さ数μｍ程度に成膜し、次いでフォトリソ
グラフィ技術等によりＳｉ基板に所定のマスクパターン
を形成した後に、基板エッチングを行って、エピタキシ
ャルＳｉ膜製のダイヤフラムを得る。
る。 ポリＳｉ等の成膜によりＳｉ基板上に数μｍ厚さのダ
イヤフラムを得る。 ドーパント濃度を、エッチングスピードが桁違いに遅
くなる（以下、エッチストップと称する）条件〔例えば
ＫＯＨ水溶液をエッチャントとした場合、１×１０20io
ns/cm3以上〕にまで高めたエピタキシャルＳｉ薄膜をＳ
ｉ基板上に厚さ数μｍ程度に成膜し、次いでフォトリソ
グラフィ技術等によりＳｉ基板に所定のマスクパターン
を形成した後に、基板エッチングを行って、エピタキシ
ャルＳｉ膜製のダイヤフラムを得る。
【０００４】熱拡散法によって、Ｓｉ基板の表面層に
ドーパントをエッチストップとなる条件まで導入した
後、先のの方法と同様なエッチングを行ってＳｉ製の
ダイヤフラムを得る。
ドーパントをエッチストップとなる条件まで導入した
後、先のの方法と同様なエッチングを行ってＳｉ製の
ダイヤフラムを得る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した
の方法によれば、エッチング条件の他のパラメータ（温
度，エッチャント濃度等）の制御が困難であるため、数
μｍの薄膜を再現性よく得ることができない。また、
の方法によると、ポリＳｉ等の成膜条件を再現性よく制
御することが困難なため、ダイヤフラムの物理的特性が
揃わない。
の方法によれば、エッチング条件の他のパラメータ（温
度，エッチャント濃度等）の制御が困難であるため、数
μｍの薄膜を再現性よく得ることができない。また、
の方法によると、ポリＳｉ等の成膜条件を再現性よく制
御することが困難なため、ダイヤフラムの物理的特性が
揃わない。
【０００６】次に、の方法によると、まず、エピタキ
シャルＳｉの成膜工程がコストアップの要因となる。ま
た、膜全体が高濃度にドーピングされているため、同一
の基板上にＩＣ回路を集積する場合には使えない。
シャルＳｉの成膜工程がコストアップの要因となる。ま
た、膜全体が高濃度にドーピングされているため、同一
の基板上にＩＣ回路を集積する場合には使えない。
【０００７】さらに、の方法によれば、熱拡散が長時
間に及ぶのでスループットが悪い。また、先のと同様
にＩＣ回路を集積できない。さらには、拡散深さを正確
に制御することが困難である。
間に及ぶのでスループットが悪い。また、先のと同様
にＩＣ回路を集積できない。さらには、拡散深さを正確
に制御することが困難である。
【０００８】本発明は、上記の従来の諸問題点に鑑みて
なされたもので、その目的とするところは、可動部とな
るμｍオーダ厚さのダイヤフラムを高精度でかつ再現性
よく作製することができ、しかも回路集積等が可能なダ
イヤフラム式静電バルブを製造することができる方法を
提供することにある。
なされたもので、その目的とするところは、可動部とな
るμｍオーダ厚さのダイヤフラムを高精度でかつ再現性
よく作製することができ、しかも回路集積等が可能なダ
イヤフラム式静電バルブを製造することができる方法を
提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明方法では、実施例に対応する図１に示すよ
うに、200keV以上の高エネルギイオン注入法を採用し
て、単結晶Ｓｉ基板１にドーパントを、エッチストップ
条件まで導入した後に(a) 、Ｓｉ基板１に所定パターン
のマスク１１を形成し(b) 、この状態でＳｉ基板１のエ
ッチングを行うことによって可動部となるダイヤフラム
２を得る。
めに、本発明方法では、実施例に対応する図１に示すよ
うに、200keV以上の高エネルギイオン注入法を採用し
て、単結晶Ｓｉ基板１にドーパントを、エッチストップ
条件まで導入した後に(a) 、Ｓｉ基板１に所定パターン
のマスク１１を形成し(b) 、この状態でＳｉ基板１のエ
ッチングを行うことによって可動部となるダイヤフラム
２を得る。
【００１０】
【作用】例えば図２に示すように、単結晶Ｓｉをターゲ
ットとして、1012keV のＢ（ホウ素）イオンを注入する
と、その注入イオンは、ターゲット表面から深さが深く
なるにつれ濃度が上昇してゆき、深さ約２μｍでピーク
に達し、ピーク深さより深いところでは濃度が急激に低
下する。
ットとして、1012keV のＢ（ホウ素）イオンを注入する
と、その注入イオンは、ターゲット表面から深さが深く
なるにつれ濃度が上昇してゆき、深さ約２μｍでピーク
に達し、ピーク深さより深いところでは濃度が急激に低
下する。
【００１１】ここで、ＫＯＨをエッチャントとして単結
晶Ｓｉのエッチングを行った場合、Ｂの濃度が１×１０
20ions/cm3を超えると、そのエッチングスピードが他の
部位に対して１／４０程度に遅くなるということが知ら
れている〔K.E.Petersen:Sias a Mechanical Material
Proc.IEEE vol.70,no.5,pp420-457(1982)〕。
晶Ｓｉのエッチングを行った場合、Ｂの濃度が１×１０
20ions/cm3を超えると、そのエッチングスピードが他の
部位に対して１／４０程度に遅くなるということが知ら
れている〔K.E.Petersen:Sias a Mechanical Material
Proc.IEEE vol.70,no.5,pp420-457(1982)〕。
【００１２】従って、上記した高エネルギイオン注入を
行った後に、単結晶Ｓｉ基板１をイオン注入面の裏面側
からエッチングすることで、例えば厚さ約 2.1μｍのダ
イヤフラム２を得ることができる。
行った後に、単結晶Ｓｉ基板１をイオン注入面の裏面側
からエッチングすることで、例えば厚さ約 2.1μｍのダ
イヤフラム２を得ることができる。
【００１３】しかも、イオン注入法は、ドーパント分布
を正確に計算できることから、ダイヤフラム２の厚さを
正確かつ容易に制御できる。また、高エネルギイオン注
入法によりドーパントを高濃度に注入しても、単結晶Ｓ
ｉ基板１の表層のドーパント濃度は低くてすむので、Ｓ
ｉ基板１への回路集積が可能となる。
を正確に計算できることから、ダイヤフラム２の厚さを
正確かつ容易に制御できる。また、高エネルギイオン注
入法によりドーパントを高濃度に注入しても、単結晶Ｓ
ｉ基板１の表層のドーパント濃度は低くてすむので、Ｓ
ｉ基板１への回路集積が可能となる。
【００１４】
【実施例】本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説
明する。図１は本発明方法の実施例の手順を説明する図
である。
明する。図１は本発明方法の実施例の手順を説明する図
である。
【００１５】まず、(a) に示すように、単結晶Ｓｉ＜１
００＞ウェハ１に、ドーズ量が１×１０16ions/cm2のＢ
を1012keV でイオン注入する。この高エネルギイオン注
入によって、単結晶Ｓｉウェハ１中には、先の図２で示
したように、下面がウェハ表面から 2.1μｍの深さに位
置し、かつドーパント濃度が１×１０20ions/cm3以上の
高濃度層１ａが形成される。
００＞ウェハ１に、ドーズ量が１×１０16ions/cm2のＢ
を1012keV でイオン注入する。この高エネルギイオン注
入によって、単結晶Ｓｉウェハ１中には、先の図２で示
したように、下面がウェハ表面から 2.1μｍの深さに位
置し、かつドーパント濃度が１×１０20ions/cm3以上の
高濃度層１ａが形成される。
【００１６】次に、ウェハ１の片面（イオン注入面の裏
面）を、ＫＯＨ水溶液では、ほとんど溶けないＳｉＮ膜
で覆った後、フォトリソグラフィ技術を利用してパター
ニングを行って、ダイヤフラム形成部に相応する部分に
窓部１１ａを有するＳｉＮマスク１１を形成する(b) 。
なお、ＳｉＮマスク１１は、次の工程のエッチングによ
って形成されるダイヤフラムが円環状となるような形状
パターンとする。
面）を、ＫＯＨ水溶液では、ほとんど溶けないＳｉＮ膜
で覆った後、フォトリソグラフィ技術を利用してパター
ニングを行って、ダイヤフラム形成部に相応する部分に
窓部１１ａを有するＳｉＮマスク１１を形成する(b) 。
なお、ＳｉＮマスク１１は、次の工程のエッチングによ
って形成されるダイヤフラムが円環状となるような形状
パターンとする。
【００１７】次いで、ＫＯＨ水溶液でウェハ１の裏面側
からの片面エッチングを行う。このエッチング過程にお
いて、エッチングの進行は高濃度層１ａに達した時点
で、極端に遅くなりほぼ停止の状態となる(c) 。従っ
て、その時点でエッチングを終了し、この後にＳｉＮマ
スク１１を除去することによって、(d) に示すような、
厚さが 2.1μｍの単結晶Ｓｉ構造体つまりダイヤフラム
２と、これに一体に繋がる弁３を得る。なお、このマス
ク膜１１の除去時、および先のフォトリソグラフィ工程
時のＳｉＮのエッチャントとしては、例えば熱リン酸等
を使用する。
からの片面エッチングを行う。このエッチング過程にお
いて、エッチングの進行は高濃度層１ａに達した時点
で、極端に遅くなりほぼ停止の状態となる(c) 。従っ
て、その時点でエッチングを終了し、この後にＳｉＮマ
スク１１を除去することによって、(d) に示すような、
厚さが 2.1μｍの単結晶Ｓｉ構造体つまりダイヤフラム
２と、これに一体に繋がる弁３を得る。なお、このマス
ク膜１１の除去時、および先のフォトリソグラフィ工程
時のＳｉＮのエッチャントとしては、例えば熱リン酸等
を使用する。
【００１８】そして、(e) に示すように、弁３の上面に
電極４を形成する。なお、この電極４は、Ａｕ等の金属
膜で、その形成はフォトリソグラフィ，蒸着さらにリフ
トオフ等の技術によって行う。
電極４を形成する。なお、この電極４は、Ａｕ等の金属
膜で、その形成はフォトリソグラフィ，蒸着さらにリフ
トオフ等の技術によって行う。
【００１９】以上のような高エネルギイオン注入法によ
ってドーパントを導入すると、先の図２に示したよう
に、ドーパント分布のピークより深いところではドーパ
ント濃度は急激に減少する。すなわち、イオン注入面の
裏面よりエッチングを施した場合、エッチングスピード
を変化させるドーパントの濃度変化が急峻となるため、
エッチング面が平坦つまり面内均一性が優れたダイヤフ
ラム２を得ることができる。
ってドーパントを導入すると、先の図２に示したよう
に、ドーパント分布のピークより深いところではドーパ
ント濃度は急激に減少する。すなわち、イオン注入面の
裏面よりエッチングを施した場合、エッチングスピード
を変化させるドーパントの濃度変化が急峻となるため、
エッチング面が平坦つまり面内均一性が優れたダイヤフ
ラム２を得ることができる。
【００２０】次に、以上の手順によって得られるダイヤ
フラムを装着するバルブ本体の作製手順を、以下、図３
を参照しつつ説明する。まず、(a) に示すように、耐熱
性ガラス５の上面に、この(a) の平面図に示すようなパ
ターンのマスク材１２を形成する。このマスク材１２
は、ＡｕとＣｕおよびフォトレジスト積層膜等による多
層膜で、そのパターニングは、フォトリソグラフィ，成
膜さらにリフトオフ等の技術によって行う。
フラムを装着するバルブ本体の作製手順を、以下、図３
を参照しつつ説明する。まず、(a) に示すように、耐熱
性ガラス５の上面に、この(a) の平面図に示すようなパ
ターンのマスク材１２を形成する。このマスク材１２
は、ＡｕとＣｕおよびフォトレジスト積層膜等による多
層膜で、そのパターニングは、フォトリソグラフィ，成
膜さらにリフトオフ等の技術によって行う。
【００２１】次いで、ＨＦをエッチャントとして、耐熱
性ガラス５の片面エッチングを行って、耐熱性ガラス５
を(b) に示すような形状に加工する。この後に、耐熱性
ガラス５の中央部に、出口としての孔５ａを放電加工に
よって開孔する。
性ガラス５の片面エッチングを行って、耐熱性ガラス５
を(b) に示すような形状に加工する。この後に、耐熱性
ガラス５の中央部に、出口としての孔５ａを放電加工に
よって開孔する。
【００２２】そして、この工程で得られた図３(c) の構
造のものと、先の工程で得られた図１(e) の構造のもの
を、その基板同士１と５とを互いにはり合わせ、さら
に、弁３の電極４の上方に、所定の間隔を隔てて対向す
る電極６を配置することによって、図４に示す構造のダ
イヤフラム式静電バルブを得る。なお、その基板同士１
と５とのはり合わせには、マイクロマシニング技術など
で利用されている陽極接合法を採用する。また、対向電
極６は、耐熱性ガラス７に、エッチング等の加工により
凹部７ａを形成し、その凹部７ａの内面に、Ａｕ等の金
属を蒸着することによって得る。なお、この耐熱性ガラ
ス７の接着にも陽極接合法を採用する。
造のものと、先の工程で得られた図１(e) の構造のもの
を、その基板同士１と５とを互いにはり合わせ、さら
に、弁３の電極４の上方に、所定の間隔を隔てて対向す
る電極６を配置することによって、図４に示す構造のダ
イヤフラム式静電バルブを得る。なお、その基板同士１
と５とのはり合わせには、マイクロマシニング技術など
で利用されている陽極接合法を採用する。また、対向電
極６は、耐熱性ガラス７に、エッチング等の加工により
凹部７ａを形成し、その凹部７ａの内面に、Ａｕ等の金
属を蒸着することによって得る。なお、この耐熱性ガラ
ス７の接着にも陽極接合法を採用する。
【００２３】ここで、本発明実施例では、図１に示した
手順によって、厚さが 2.1μｍと非常に薄いダイヤフラ
ム２を得ることができるので、そのバルブの駆動電圧は
きわめて小さい値で済む。その理由を、以下、図５に示
す解析モデルを参照して述べる。
手順によって、厚さが 2.1μｍと非常に薄いダイヤフラ
ム２を得ることができるので、そのバルブの駆動電圧は
きわめて小さい値で済む。その理由を、以下、図５に示
す解析モデルを参照して述べる。
【００２４】まず、このモデルは、外周直径が２ａ，厚
さがｈの円環板Ｄと、その内方に一体固定された固定片
（直径２ｂ）Ｔによって構成されている。このモデルに
おいて、固定片Ｔに荷重Ｐをかけたときの最大たわみＷ
max は、
さがｈの円環板Ｄと、その内方に一体固定された固定片
（直径２ｂ）Ｔによって構成されている。このモデルに
おいて、固定片Ｔに荷重Ｐをかけたときの最大たわみＷ
max は、
【００２５】
【数１】
【００２６】と表される。ただし、α12は(b/a) によっ
て決まる定数で、Ｅは材料の縦弾性係数である。この
(1)式から、最大たわみを得るのに必要な荷重Ｐは、
て決まる定数で、Ｅは材料の縦弾性係数である。この
(1)式から、最大たわみを得るのに必要な荷重Ｐは、
【００２７】
【数２】
【００２８】となる。ここで、円環板Ｄの厚さｈ、つま
りダイヤフラムの厚さが、例えば２０μｍ→２μｍと1/
10に変化したとすると、同じたわみ量を得るのに必要な
荷重Ｐは、先の (2)式から1/1000で済む。
りダイヤフラムの厚さが、例えば２０μｍ→２μｍと1/
10に変化したとすると、同じたわみ量を得るのに必要な
荷重Ｐは、先の (2)式から1/1000で済む。
【００２９】一方、上記の荷重Ｐを得るために必要な静
電力、すなわち駆動電極ｅへの印加電圧Ｖは、
電力、すなわち駆動電極ｅへの印加電圧Ｖは、
【００３０】
【数３】
【００３１】となる。ここで、ダイヤフラムの厚さｈ
を、一般的な厚さ２０μｍから２μｍまで薄くすると、
同じたわみを得るための必要荷重Ｐは、先に述べたよう
に1/1000で済むことから、その駆動電圧Ｖは、(3) 式か
ら(1/1000)1/2 つまり1/32程度と極めて小さな値で済
む。
を、一般的な厚さ２０μｍから２μｍまで薄くすると、
同じたわみを得るための必要荷重Ｐは、先に述べたよう
に1/1000で済むことから、その駆動電圧Ｖは、(3) 式か
ら(1/1000)1/2 つまり1/32程度と極めて小さな値で済
む。
【００３２】なお、本発明において、単結晶Ｓｉウェハ
に注入するドーパントとしては、エッチストップ効果を
示すイオン種であれば特に限定されない。また、単結晶
ＳｉのエッチャントとしてはＫＯＨのほか、例えばＥＤ
Ｐ(Ethylene diamine Pyroc-atechol)、あるいはヒドラ
ジン（H2N2）溶液等の他の溶液を使用してもよい。さら
にまた、ダイヤフラムの厚さや形状は先の実施例に限定
されない。
に注入するドーパントとしては、エッチストップ効果を
示すイオン種であれば特に限定されない。また、単結晶
ＳｉのエッチャントとしてはＫＯＨのほか、例えばＥＤ
Ｐ(Ethylene diamine Pyroc-atechol)、あるいはヒドラ
ジン（H2N2）溶液等の他の溶液を使用してもよい。さら
にまた、ダイヤフラムの厚さや形状は先の実施例に限定
されない。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明方法によれ
ば、可動部となるダイヤフラムを、数μｍの厚さに正確
にかつ再現性良く加工することができので、駆動電圧が
極めて小さな静電バルブを製作することができる。しか
も、Ｓｉ基板を使用し、かつその表層のドーパント濃度
は低く抑えることができることから、静電バルブとその
駆動制御等を行うＩＣ回路を同一基板中に集積すること
が可能となる。さらに、ダイヤフラムを、機械的・電気
的特性の優れた単結晶Ｓｉで作製することができるとい
った点の効果も大きい。
ば、可動部となるダイヤフラムを、数μｍの厚さに正確
にかつ再現性良く加工することができので、駆動電圧が
極めて小さな静電バルブを製作することができる。しか
も、Ｓｉ基板を使用し、かつその表層のドーパント濃度
は低く抑えることができることから、静電バルブとその
駆動制御等を行うＩＣ回路を同一基板中に集積すること
が可能となる。さらに、ダイヤフラムを、機械的・電気
的特性の優れた単結晶Ｓｉで作製することができるとい
った点の効果も大きい。
【図１】本発明方法の実施例の手順を説明する図
【図２】単結晶Ｓｉに1012keV のＢを注入した場合のド
ーパントプロファイルの例を示すグラフ
ーパントプロファイルの例を示すグラフ
【図３】本発明実施例のバルブ本体を作製する手順を説
明する図
明する図
【図４】本発明方法の実施例で得られた静電容量型静電
バルブの構造を示す図
バルブの構造を示す図
【図５】ダイヤフラムのたわみと駆動電圧との関係を説
明するための図
明するための図
１・・・・単結晶Ｓｉウェハ（基板） １ａ・・・・高濃度層 １１・・・・ＳｉＮマスク ２・・・・ダイヤフラム ３・・・・弁 ４，６・・・・電極
Claims (1)
- 【請求項１】 可動部となるダイヤフラムをＳｉ基板に
形成するとともに、そのダイヤフラムに変形を与える駆
動電極を作製することによって、静電バルブを得る方法
であって、200keV以上の高エネルギイオン注入法を採用
して、単結晶Ｓｉ基板の所定領域にドーパントを、異方
性エッチングのエッチングスピードが桁違いに遅くなる
条件まで導入した後、このＳｉ基板を所定パターンのマ
スク材で覆った状態で異方性エッチングを行うことによ
って、上記ダイヤフラムを形成することを特徴とするダ
イヤフラム式静電バルブの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16915092A JPH0610158A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | ダイヤフラム式静電バルブの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16915092A JPH0610158A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | ダイヤフラム式静電バルブの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0610158A true JPH0610158A (ja) | 1994-01-18 |
Family
ID=15881216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16915092A Pending JPH0610158A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | ダイヤフラム式静電バルブの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0610158A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024224819A1 (ja) * | 2023-04-28 | 2024-10-31 | 株式会社フジキン | ダイヤフラム、これを備えるバルブ、及びダイヤフラムの製造方法 |
-
1992
- 1992-06-26 JP JP16915092A patent/JPH0610158A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024224819A1 (ja) * | 2023-04-28 | 2024-10-31 | 株式会社フジキン | ダイヤフラム、これを備えるバルブ、及びダイヤフラムの製造方法 |
| TWI903460B (zh) * | 2023-04-28 | 2025-11-01 | 日商富士金股份有限公司 | 隔膜、具備該隔膜的閥、以及隔膜的製造方法 |
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