JP2899326B2 - マイクロマシン - Google Patents
マイクロマシンInfo
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- JP2899326B2 JP2899326B2 JP1256697A JP25669789A JP2899326B2 JP 2899326 B2 JP2899326 B2 JP 2899326B2 JP 1256697 A JP1256697 A JP 1256697A JP 25669789 A JP25669789 A JP 25669789A JP 2899326 B2 JP2899326 B2 JP 2899326B2
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- micromachine
- silicon substrate
- micro machine
- silicon
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Micromachines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、マイクロマシンに係り、特に半導体製造技
術を駆使してシリコン基板等の半導体基台表面に形成し
たマイクロマシンの動特性の向上に関する。
術を駆使してシリコン基板等の半導体基台表面に形成し
たマイクロマシンの動特性の向上に関する。
（従来の技術） 最近、半導体集積回路製造技術の１つである微細加工
技術を駆使し、シリコン基板上に立体的な微小構造体を
形成するという試みがなされ始めている。この技術は、
機械材料として優れた特性をもつ単結晶シリコン基板上
にリソグラフィ技術を用いて形成したパターンをマスク
とし、エッチング速度が結晶軸方向や不純物濃度等に依
存するという性質を巧みに利用して立体構造物を作製す
るもので、「マイクロマシーニング」、「マイクロメカ
ニクス」、「マイクロメカニズム」、「マイクロマシ
ン」と呼ばれている。この技術は、1970年代前半からア
イ・ビー・エム（IBM）やスタンフォード（Stanford）
大で始められ、シリコンダイヤフラム圧力センサなどに
代表されるマイクロセンサの分野では既に実用化されて
いる。
技術を駆使し、シリコン基板上に立体的な微小構造体を
形成するという試みがなされ始めている。この技術は、
機械材料として優れた特性をもつ単結晶シリコン基板上
にリソグラフィ技術を用いて形成したパターンをマスク
とし、エッチング速度が結晶軸方向や不純物濃度等に依
存するという性質を巧みに利用して立体構造物を作製す
るもので、「マイクロマシーニング」、「マイクロメカ
ニクス」、「マイクロメカニズム」、「マイクロマシ
ン」と呼ばれている。この技術は、1970年代前半からア
イ・ビー・エム（IBM）やスタンフォード（Stanford）
大で始められ、シリコンダイヤフラム圧力センサなどに
代表されるマイクロセンサの分野では既に実用化されて
いる。
そして、最近では特に、歯車列やタービンなどの機械
的に動く構造体がシリコン基板上に形成し得ることが実
証されて以来、この技術が注目されている。
的に動く構造体がシリコン基板上に形成し得ることが実
証されて以来、この技術が注目されている。
ところで、伝達動力に見合うだけの大きさが本質的に
必要であること、現存の工作機械では小さなものが作れ
ないこと等の理由から、現存する機械は微細化され得な
いものとなっているが、これに対し、上述した「マイク
ロマシン」は、機械の微細化を妨げているこれらの条件
を克服する可能性を有しており、小形軽量化、高応答
性、高精度、低エネルギー化を、機械の分野でも進める
可能性を持つものと思われる。
必要であること、現存の工作機械では小さなものが作れ
ないこと等の理由から、現存する機械は微細化され得な
いものとなっているが、これに対し、上述した「マイク
ロマシン」は、機械の微細化を妨げているこれらの条件
を克服する可能性を有しており、小形軽量化、高応答
性、高精度、低エネルギー化を、機械の分野でも進める
可能性を持つものと思われる。
しかしながら、この技術は、従来の機械設計では問題
とならなかった側面を浮き上がらせることにもなる。
とならなかった側面を浮き上がらせることにもなる。
すなわち、部品寸法Ｌが小さくなるにつれて、堆積L3
や質量は表面積L2に比べて減少する割合が大きい。この
ため、慣性力に比べて表面での摩擦力や帯電による吸着
など、今までの機械設計では無視してきた項目に注目し
て設計を進めなければならず設計方式が一変する可能性
がある。
や質量は表面積L2に比べて減少する割合が大きい。この
ため、慣性力に比べて表面での摩擦力や帯電による吸着
など、今までの機械設計では無視してきた項目に注目し
て設計を進めなければならず設計方式が一変する可能性
がある。
この場合、設計方針を確立するまでに多大な時間と費
用が必要とならざるを得ないという問題があった。
用が必要とならざるを得ないという問題があった。
（発明が解決しようとする課題） このように、「マイクロマシン」においては摩擦力や
帯電による吸着などが、装置部品の微細化を阻む大きな
問題となっていた。
帯電による吸着などが、装置部品の微細化を阻む大きな
問題となっていた。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、表面で
の摩擦力を低減し、摩耗による破壊および静電気による
吸着を回避することのできるマイクロマシンを提供する
ことを目的とする。
の摩擦力を低減し、摩耗による破壊および静電気による
吸着を回避することのできるマイクロマシンを提供する
ことを目的とする。
（課題を解決するための手段） そこで本発明では、半導体基台表面に形成されたマイ
クロマシンを構成する部品の少なくとも一部の表面に不
純物として遷移金属を注入するようにしている。
クロマシンを構成する部品の少なくとも一部の表面に不
純物として遷移金属を注入するようにしている。
なお、ここで、半導体基台とは基板上に半導体薄膜を
堆積してなるものも含め、表面が半導体からなるものを
いうものとする。
堆積してなるものも含め、表面が半導体からなるものを
いうものとする。
（作用） シリコン基板等の半導体表面に遷移金属を注入する
と、破壊を生じやすい摩耗は生じにくくなり、いわゆる
マイルド摩耗となる。マイルド摩耗とは、例えば10-7mm
2/Kgf以下の比摩耗量の小さい摩耗状態をいい、この状
態では、摩擦面は比較的なめらかで摩擦面下の損傷も極
めて軽微であり、摩擦粉は酸化していて非常に小さい。
と、破壊を生じやすい摩耗は生じにくくなり、いわゆる
マイルド摩耗となる。マイルド摩耗とは、例えば10-7mm
2/Kgf以下の比摩耗量の小さい摩耗状態をいい、この状
態では、摩擦面は比較的なめらかで摩擦面下の損傷も極
めて軽微であり、摩擦粉は酸化していて非常に小さい。
また、表面が導電性となるため、帯電による吸着を防
止することができ、加工性に優れ、信頼性の高いマイク
ロマシンを形成することが可能となる。
止することができ、加工性に優れ、信頼性の高いマイク
ロマシンを形成することが可能となる。
（実施例） 以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳
細に説明する。
細に説明する。
第１図に示すように、本発明実施例のマイクロマシン
は、シリコン基板上に形成された微小なブレード付ロー
タ３を持つタービン２を具備し、このタービン２は、チ
ャネル４から圧縮空気が流されると、軸５を中心として
回転するようになっており、ロータ３の軸と接する側の
面等の摺動部では一方にCr拡散層を形成してなることを
特徴としている。
は、シリコン基板上に形成された微小なブレード付ロー
タ３を持つタービン２を具備し、このタービン２は、チ
ャネル４から圧縮空気が流されると、軸５を中心として
回転するようになっており、ロータ３の軸と接する側の
面等の摺動部では一方にCr拡散層を形成してなることを
特徴としている。
次に、このマイクロマシンの製造工程について説明す
る。
る。
まず、第２図（ａ）に示すように、シリコン基板１の
表面にイオン注入法により、Crなどの遷移金属を1015/c
m-3程度以上数μｍの深さまで注入し、Cr拡散層６を形
成した後、膜厚４μｍの酸化シリコン膜７を形成し、フ
ォトリソエッチングにより、ロータの軸受けを形成する
環状の段階ｓを形成する。
表面にイオン注入法により、Crなどの遷移金属を1015/c
m-3程度以上数μｍの深さまで注入し、Cr拡散層６を形
成した後、膜厚４μｍの酸化シリコン膜７を形成し、フ
ォトリソエッチングにより、ロータの軸受けを形成する
環状の段階ｓを形成する。
この後、第２図（ｂ）に示すように、CVD法により多
結晶シリコン膜８を膜厚数μｍとなるように堆積して、
さらにこの表面に前記と同様にしてイオン注入法によ
り、Crなどの遷移金属を1015/cm-3程度以上注入して深
さ数μｍのCr拡散層６を形成し、さらにフォトリソエッ
チングにより、表面を選択的にエッチング除去し、ロー
タ３とチャネル４を形成する。
結晶シリコン膜８を膜厚数μｍとなるように堆積して、
さらにこの表面に前記と同様にしてイオン注入法によ
り、Crなどの遷移金属を1015/cm-3程度以上注入して深
さ数μｍのCr拡散層６を形成し、さらにフォトリソエッ
チングにより、表面を選択的にエッチング除去し、ロー
タ３とチャネル４を形成する。
さらに、第２図（ｃ）に示すように、この上層に、CV
D法により、膜厚1.2μｍの第２の酸化シリコン膜９を堆
積し、フォトリソエッチングによってロータの中心を通
って基板まで達する孔10を形成する。この際に、チャネ
ル４の側壁の端上部の酸化シリコン膜を除去しておく。
D法により、膜厚1.2μｍの第２の酸化シリコン膜９を堆
積し、フォトリソエッチングによってロータの中心を通
って基板まで達する孔10を形成する。この際に、チャネ
ル４の側壁の端上部の酸化シリコン膜を除去しておく。
そしてさらに、第２図（ｄ）に示すように、膜厚3.0
μｍの第２の多結晶シリコン層をCVD法により堆積し、
フォトリソエッチングにより、同様にキャップ付き中空
シャフト11を形成し、それ以外の不要な多結晶シリコン
膜を除去する。
μｍの第２の多結晶シリコン層をCVD法により堆積し、
フォトリソエッチングにより、同様にキャップ付き中空
シャフト11を形成し、それ以外の不要な多結晶シリコン
膜を除去する。
最後に、緩衝弗酸を用いて酸化シリコン膜７、９をエ
ッチング除去し、可動部品を基板から解放し、ロータ３
が回動自在となるようにする。
ッチング除去し、可動部品を基板から解放し、ロータ３
が回動自在となるようにする。
このようにして形成されたタービンは、接触する２面
間の一方の表面には遷移金属が注入されているため、個
々でおこる摩耗はいわゆるマイルド摩耗となり、摩耗に
よる破壊は生じにくくなる。また、さらに材料表面が導
電性となるため帯電による吸着を回避することができ、
信頼性の向上および長寿命化をはかることができる。
間の一方の表面には遷移金属が注入されているため、個
々でおこる摩耗はいわゆるマイルド摩耗となり、摩耗に
よる破壊は生じにくくなる。また、さらに材料表面が導
電性となるため帯電による吸着を回避することができ、
信頼性の向上および長寿命化をはかることができる。
なお、前記実施例では、シリコン基板表面にイオン注
入法によってCrイオンをシリコン基板内に注入するよう
にしたが、この不純物層の形成方法としては拡散法等他
の方法を用いてもよく、また、CVD法によって形成され
た多結晶シリコン層を部品の一部に用いる場合には、堆
積時に不純物を添加し不純物含有層を堆積して用いるよ
うにしてもよい。
入法によってCrイオンをシリコン基板内に注入するよう
にしたが、この不純物層の形成方法としては拡散法等他
の方法を用いてもよく、また、CVD法によって形成され
た多結晶シリコン層を部品の一部に用いる場合には、堆
積時に不純物を添加し不純物含有層を堆積して用いるよ
うにしてもよい。
さらにまた、この方法では、同一基板上に駆動回路な
どの半導体素子を集積化することも可能であり、駆動回
路の形成と共通の工程を用いることができ、少ない工数
で、極めて小形のマイクロマシンデバイスを実現するこ
とが可能となる。この場合、後に除去して空間を形成す
るために用いた酸化シリコン層等は半導体素子の形成工
程に合わせて、適宜他の材料に置き換えたりしてもよ
く、残留せしめる層の構成物質に対してエッチング選択
性を有する材料であればよい。
どの半導体素子を集積化することも可能であり、駆動回
路の形成と共通の工程を用いることができ、少ない工数
で、極めて小形のマイクロマシンデバイスを実現するこ
とが可能となる。この場合、後に除去して空間を形成す
るために用いた酸化シリコン層等は半導体素子の形成工
程に合わせて、適宜他の材料に置き換えたりしてもよ
く、残留せしめる層の構成物質に対してエッチング選択
性を有する材料であればよい。
また、前記実施例では、シリコン基板上にタービンを
形成する方法について説明したが、他の半導体材料を用
いて、他の色々な部品を形成する場合にも適用可能であ
ることはいうまでもない。
形成する方法について説明したが、他の半導体材料を用
いて、他の色々な部品を形成する場合にも適用可能であ
ることはいうまでもない。
上記構成によれば、マイクロマシンを構成する材料の
表面に遷移金属を注入しているため、破壊に至るような
摩耗を防止することができ、また帯電による吸着を回避
することができ、信頼性の高いマイクロマシンを提供す
ることが可能となる。
表面に遷移金属を注入しているため、破壊に至るような
摩耗を防止することができ、また帯電による吸着を回避
することができ、信頼性の高いマイクロマシンを提供す
ることが可能となる。
第１図は、本発明実施例のマイクロマシンを示す平面
図、第２図（ａ）乃至第２図（ｄ）は本発明実施例のマ
イクロマシンの製造工程を示す断面図である。 １……シリコン基板、２……タービン、３……ロータ、
４……チャネル、５……軸、６……Cr拡散層、７……酸
化シリコン膜、８……多結晶シリコン膜、９……第２の
酸化シリコン膜、10……孔、11……中空シャフト。
図、第２図（ａ）乃至第２図（ｄ）は本発明実施例のマ
イクロマシンの製造工程を示す断面図である。 １……シリコン基板、２……タービン、３……ロータ、
４……チャネル、５……軸、６……Cr拡散層、７……酸
化シリコン膜、８……多結晶シリコン膜、９……第２の
酸化シリコン膜、10……孔、11……中空シャフト。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板の表面に微小構造体が形成され
たマイクロマシンにおいて、 前記半導体基板は、 前記微小構造体の摺動部に対応して、その表面に遷移金
属が注入された不純物層 を具備することを特徴とするマイクロマシン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1256697A JP2899326B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | マイクロマシン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1256697A JP2899326B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | マイクロマシン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03116982A JPH03116982A (ja) | 1991-05-17 |
| JP2899326B2 true JP2899326B2 (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=17296221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1256697A Expired - Fee Related JP2899326B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | マイクロマシン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2899326B2 (ja) |
-
1989
- 1989-09-29 JP JP1256697A patent/JP2899326B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03116982A (ja) | 1991-05-17 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |