JPH04186784A - 電気‐機械的変位変換素子の製造方法 - Google Patents
電気‐機械的変位変換素子の製造方法Info
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- JPH04186784A JPH04186784A JP2315401A JP31540190A JPH04186784A JP H04186784 A JPH04186784 A JP H04186784A JP 2315401 A JP2315401 A JP 2315401A JP 31540190 A JP31540190 A JP 31540190A JP H04186784 A JPH04186784 A JP H04186784A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、圧電薄膜の圧電・逆圧電効果を利用した電気
−機械的変位変換素子の製造方法に関する。
−機械的変位変換素子の製造方法に関する。
［従来の技術］
従来の電気−機械的変位変換素子は、バイモルフ素子等
の圧電セラミクスを貼り合わせたものや、特開昭５７−
１１５８８７に示される如く圧電薄膜型のものが知られ
ている。圧電セラミクスを貼り合わせた電気−機械的変
位変換素子は一般的に普及しているが、微細加工出来な
い、一般的に駆動電圧が高い等の欠点がある。これらの
問題点を解決するため発案されたものが圧電薄膜型電気
−機械的変位変換素子であるが、この構造体を形成する
プロセスが確立していないため、現在実用化されていな
い。
の圧電セラミクスを貼り合わせたものや、特開昭５７−
１１５８８７に示される如く圧電薄膜型のものが知られ
ている。圧電セラミクスを貼り合わせた電気−機械的変
位変換素子は一般的に普及しているが、微細加工出来な
い、一般的に駆動電圧が高い等の欠点がある。これらの
問題点を解決するため発案されたものが圧電薄膜型電気
−機械的変位変換素子であるが、この構造体を形成する
プロセスが確立していないため、現在実用化されていな
い。
［発明が解決しようとする課題及び目的］特開昭５７−
１１５８８７の圧電薄膜型電気−機械的変位変換素子を
例にすれば、片持ち梁を形成する構造材が５ｉ０２等の
絶縁材としているが、構造的な強度を向上するためには
これは単結晶珪紫とする方が望ましい。単結晶珪素によ
る片持ち梁の製造方法の一例は、材料別冊第３８巻第４
２５号８９〜９９頁（１９８９）に示されているが、拡
散法により高温度の不純物を均一に数μｍ以上の深さに
ドーピングする事は困難であり、片持ち梁の厚みを任意
の寸法とする事が困難となる。また、片持ち梁を形成す
る際の選択エツチングにより、片持ち梁の下部の単結晶
珪素基板は（１１１）面が出るまで削られてしまい、片
持ち梁直下の空洞の寸法、形状を制御することが困難と
なる。
１１５８８７の圧電薄膜型電気−機械的変位変換素子を
例にすれば、片持ち梁を形成する構造材が５ｉ０２等の
絶縁材としているが、構造的な強度を向上するためには
これは単結晶珪紫とする方が望ましい。単結晶珪素によ
る片持ち梁の製造方法の一例は、材料別冊第３８巻第４
２５号８９〜９９頁（１９８９）に示されているが、拡
散法により高温度の不純物を均一に数μｍ以上の深さに
ドーピングする事は困難であり、片持ち梁の厚みを任意
の寸法とする事が困難となる。また、片持ち梁を形成す
る際の選択エツチングにより、片持ち梁の下部の単結晶
珪素基板は（１１１）面が出るまで削られてしまい、片
持ち梁直下の空洞の寸法、形状を制御することが困難と
なる。
本発明は以上の課題を解決するものであり、その目的と
するところは、片持ち梁等の支持体やその直下の空洞の
形状や寸法を制御し易い電気−機械的変位変換素子の製
造方法を提供し、高性能で特性ばらつきの少ない電気−
機械的変位変換素子を提供することにある。
するところは、片持ち梁等の支持体やその直下の空洞の
形状や寸法を制御し易い電気−機械的変位変換素子の製
造方法を提供し、高性能で特性ばらつきの少ない電気−
機械的変位変換素子を提供することにある。
［課題を解決するための手段］
以上の課題を解決するため、本発明の電気−機械的変位
変換素子の製造方法は、一方の導電型の単結晶珪素基板
上にｉ型もしくは他方の導電型の非晶質珪素層、前記単
結晶珪素基板と同一の導電型の非晶質珪素層を積層し、
熱処理を行い前記２層の非晶質珪素層を単結晶化し、更
に前記単結晶化した珪素層側からパターニングを行うこ
とを特徴とする。
変換素子の製造方法は、一方の導電型の単結晶珪素基板
上にｉ型もしくは他方の導電型の非晶質珪素層、前記単
結晶珪素基板と同一の導電型の非晶質珪素層を積層し、
熱処理を行い前記２層の非晶質珪素層を単結晶化し、更
に前記単結晶化した珪素層側からパターニングを行うこ
とを特徴とする。
［実施例コ
第１図（ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例における電気
−機械的変位変換素子の製造工程順の断面図である。こ
の実施例においては基板にｐ型車結晶珪素を用いている
。以下、本発明の製造方法の一例を同図に従って説明す
る。同図（ａ）は非晶質珪素層を単結晶化した状態の断
面図である。
−機械的変位変換素子の製造工程順の断面図である。こ
の実施例においては基板にｐ型車結晶珪素を用いている
。以下、本発明の製造方法の一例を同図に従って説明す
る。同図（ａ）は非晶質珪素層を単結晶化した状態の断
面図である。
まず、ｐ型車結晶珪素基板（１００）面上にｉ型もしく
はｎ型の非晶質珪素層１０２、ｐ型の非晶質珪素層１０
３をＰＥＣＶＤ （ＰＩ ａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅ
ｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ）法により形成する。そして、熱処理を行い、ｐ
型車結晶珪素基板１０１を種として非晶質珪素層１０２
．１０３の単結晶化を行う、そして、単結晶化したｐ型
理素層１０３側からパターニングを行う。レジスト等で
エツチング用のマスクを形成した後、弗酸と硝酸の混合
水溶液でｐ型理素層１０３をエツチングしてｉ型もしく
はｎ型珪素層１０２を露出させる。そして、エチレンジ
アミンとピロカテコールの水溶液で１０２をエツチング
し、片持ち梁とその直下の空洞１０４を形成して、エツ
チング用マスクを剥離し、第１図（ｂ）の如き断面図と
なる。この時、基板１０１にｐ型車結晶珪素を用いてい
るため、空洞１０４のエツチングの際に１０２と１０１
の間に選択比が生じ、基板１０１の部分においてはエツ
チングが進行しない。そして、以上の工程で形成した片
持ち梁上に圧電薄膜１０５、上電極１０６と形成し、第
１図（ｃ）の如き断面図となる。
はｎ型の非晶質珪素層１０２、ｐ型の非晶質珪素層１０
３をＰＥＣＶＤ （ＰＩ ａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅ
ｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ）法により形成する。そして、熱処理を行い、ｐ
型車結晶珪素基板１０１を種として非晶質珪素層１０２
．１０３の単結晶化を行う、そして、単結晶化したｐ型
理素層１０３側からパターニングを行う。レジスト等で
エツチング用のマスクを形成した後、弗酸と硝酸の混合
水溶液でｐ型理素層１０３をエツチングしてｉ型もしく
はｎ型珪素層１０２を露出させる。そして、エチレンジ
アミンとピロカテコールの水溶液で１０２をエツチング
し、片持ち梁とその直下の空洞１０４を形成して、エツ
チング用マスクを剥離し、第１図（ｂ）の如き断面図と
なる。この時、基板１０１にｐ型車結晶珪素を用いてい
るため、空洞１０４のエツチングの際に１０２と１０１
の間に選択比が生じ、基板１０１の部分においてはエツ
チングが進行しない。そして、以上の工程で形成した片
持ち梁上に圧電薄膜１０５、上電極１０６と形成し、第
１図（ｃ）の如き断面図となる。
この様な構造の電気−機械的変位変換素子は圧力センサ
、超音波センサ等のセンサ素子や、マイクロアクチュエ
ータ等のアクチュエータ素子に用いられる。ここで、本
発明の電気−機械的変位変換素子の製造方法は非晶質珪
素層１０２及び１０３をＰＥＣＶＤ法により形成し、熱
処理による固相成長法で単結晶化を行う訳であるが、こ
の方法の利点はプロセス温度を低温化出来、更に珪素層
に不純物を高温度ドーピング出来ることにある。例えば
、ＰＥＣＶＤ法で基板温度２００°Ｃ１水素で希釈した
モノシランガスにジボランガスを混合し成膜を行えば、
ボロン温度が１０１９ｃｍ−３程度のｐ型非晶買珪素層
が形成できる。ｎ型非晶買珪素層を形成する時もドーピ
ングガスを変え条のみで同様に形成出来る。そして、単
結晶珪素基板１０１が種となるため、６００℃で熱処理
を行えば非晶質珪素層１０２及び１０３は単結晶化する
。−般的にＣＶＤ法等で単結晶珪素層をエピタキシャル
成長させる場合１０００°Ｃ程度の基板温度が必要であ
るが、この場合各層の不純物が自動的に拡散してしまい
、例えばｐ型理素層１０３やｉ型もしくはｎ型珪素層１
０２の厚みを制御することが困難となる。そこで、本発
明の製造方法を用いれば、プロセス温度が低温化する分
各層の不純物の相互拡散が抑えられ、片持ち梁の厚みや
該片持ち梁直下の空洞１０４の深さが制御できる。この
電気−機械的変位変換素子をセンサやアクチュエータと
して用いる場合、片持ち梁の厚みはその特性に直接的に
影響する１例えば、圧力センサを考えた場合、片持ち梁
の厚みが厚くなると変位Ｉが但減し、圧電薄膜１０５の
上下電極間に検出される電位差が小さくなってしまう。
、超音波センサ等のセンサ素子や、マイクロアクチュエ
ータ等のアクチュエータ素子に用いられる。ここで、本
発明の電気−機械的変位変換素子の製造方法は非晶質珪
素層１０２及び１０３をＰＥＣＶＤ法により形成し、熱
処理による固相成長法で単結晶化を行う訳であるが、こ
の方法の利点はプロセス温度を低温化出来、更に珪素層
に不純物を高温度ドーピング出来ることにある。例えば
、ＰＥＣＶＤ法で基板温度２００°Ｃ１水素で希釈した
モノシランガスにジボランガスを混合し成膜を行えば、
ボロン温度が１０１９ｃｍ−３程度のｐ型非晶買珪素層
が形成できる。ｎ型非晶買珪素層を形成する時もドーピ
ングガスを変え条のみで同様に形成出来る。そして、単
結晶珪素基板１０１が種となるため、６００℃で熱処理
を行えば非晶質珪素層１０２及び１０３は単結晶化する
。−般的にＣＶＤ法等で単結晶珪素層をエピタキシャル
成長させる場合１０００°Ｃ程度の基板温度が必要であ
るが、この場合各層の不純物が自動的に拡散してしまい
、例えばｐ型理素層１０３やｉ型もしくはｎ型珪素層１
０２の厚みを制御することが困難となる。そこで、本発
明の製造方法を用いれば、プロセス温度が低温化する分
各層の不純物の相互拡散が抑えられ、片持ち梁の厚みや
該片持ち梁直下の空洞１０４の深さが制御できる。この
電気−機械的変位変換素子をセンサやアクチュエータと
して用いる場合、片持ち梁の厚みはその特性に直接的に
影響する１例えば、圧力センサを考えた場合、片持ち梁
の厚みが厚くなると変位Ｉが但減し、圧電薄膜１０５の
上下電極間に検出される電位差が小さくなってしまう。
従って本発明の製造方法を用いれば、高性能で特性ばら
つきの少ない電気−機械的変位変換素子が形成出来る。
つきの少ない電気−機械的変位変換素子が形成出来る。
また、本実施例においてはｐ型車結晶珪素基板を用いて
ｉもしくはｎ型、ｐ型と非晶質珪素層を形成しているが
、逆にｎ型単結晶珪素基板を用いて、ｉもしくはｐ型、
ｎ型と非晶質珪素層を形成しても良い。この時、エツチ
ングは、電気学会産業計測制御研究会貸料（１９８９年
１０月２７日）ｐｐ。
ｉもしくはｎ型、ｐ型と非晶質珪素層を形成しているが
、逆にｎ型単結晶珪素基板を用いて、ｉもしくはｐ型、
ｎ型と非晶質珪素層を形成しても良い。この時、エツチ
ングは、電気学会産業計測制御研究会貸料（１９８９年
１０月２７日）ｐｐ。
２９〜３４等に示される如く水酸化カリウム水溶液で行
えば良い。また、非晶質珪素層１０２．１０３の形成に
おいては、ＰＥＣＶＤ法に限らず、ＬＰＣＶＤ （Ｌｏ
ｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖ
ａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタ法
等で形成しても良い。
えば良い。また、非晶質珪素層１０２．１０３の形成に
おいては、ＰＥＣＶＤ法に限らず、ＬＰＣＶＤ （Ｌｏ
ｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖ
ａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタ法
等で形成しても良い。
第２図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の実施例を用い
て製造した液体噴射ヘッドの断面図及び平面図である。
て製造した液体噴射ヘッドの断面図及び平面図である。
同図において第１図と同一の記号は第１図と同一のもの
を表す、２０１はスペース材、２０２はノズルプレート
、２０３はノズル孔、２０４は１０３．１０５．１０８
で形成される片持ち振動子２０５とスペース材２０１と
ノズルプレート２０２に取り囲まれて形成される圧力室
であり、空洞１０４と接続している。２０６は本実施例
の液体噴射ヘッドである。スペース材２０１は任意の材
料、形成方法で良く、例えば二酸化珪素をＣＶＤ法によ
り形成し、バターニングしても良い、また、ノズルプレ
ート２０２も任意の材料、形成方法で良く、例えばガラ
スを接着しても良いし、また金属材料をリフトオフ法等
の薄膜プロセスで形成しても良い、この液体噴射ヘッド
の動作を説明すると、まず空洞１０４と圧力室２０４に
液体を満たしておき圧電薄膜１０５の上下電極に電圧を
印加して片持ち振動子２０５を振動させる。
を表す、２０１はスペース材、２０２はノズルプレート
、２０３はノズル孔、２０４は１０３．１０５．１０８
で形成される片持ち振動子２０５とスペース材２０１と
ノズルプレート２０２に取り囲まれて形成される圧力室
であり、空洞１０４と接続している。２０６は本実施例
の液体噴射ヘッドである。スペース材２０１は任意の材
料、形成方法で良く、例えば二酸化珪素をＣＶＤ法によ
り形成し、バターニングしても良い、また、ノズルプレ
ート２０２も任意の材料、形成方法で良く、例えばガラ
スを接着しても良いし、また金属材料をリフトオフ法等
の薄膜プロセスで形成しても良い、この液体噴射ヘッド
の動作を説明すると、まず空洞１０４と圧力室２０４に
液体を満たしておき圧電薄膜１０５の上下電極に電圧を
印加して片持ち振動子２０５を振動させる。
すると圧力室２０４に満たされている液体に圧力が印加
され、ノズル孔２０３から液体は噴射される。
され、ノズル孔２０３から液体は噴射される。
第３図は、本発明の実施例を用いて製造した他の構造の
液体噴射ヘッドの断面図である。同図において第１図及
び第２図と同一の記号は第１図及び第２図と同一のもの
を１表す、３０１は単結晶珪素基板１０１に形成した液
体導通路である。この液体噴射ヘッドは第２図に示すも
のと異なり、両端支持梁を振動させ、単結晶珪素基板１
０１側に形成したノズル孔から液体を噴射させる構成と
なっている。この様な構成においては空洞１０４がその
まま圧力室になるため、その寸法や形状が液体噴射特性
に直接影響を与える様になる。従って本実施例の如き液
体噴射ヘッドの構成とした場合、本発明の如く空洞１０
４の深さや形状を容易に制御できる製造方法を用いると
、液体噴射特性の向上、安定性という点において非常に
有利なものとなる。
液体噴射ヘッドの断面図である。同図において第１図及
び第２図と同一の記号は第１図及び第２図と同一のもの
を１表す、３０１は単結晶珪素基板１０１に形成した液
体導通路である。この液体噴射ヘッドは第２図に示すも
のと異なり、両端支持梁を振動させ、単結晶珪素基板１
０１側に形成したノズル孔から液体を噴射させる構成と
なっている。この様な構成においては空洞１０４がその
まま圧力室になるため、その寸法や形状が液体噴射特性
に直接影響を与える様になる。従って本実施例の如き液
体噴射ヘッドの構成とした場合、本発明の如く空洞１０
４の深さや形状を容易に制御できる製造方法を用いると
、液体噴射特性の向上、安定性という点において非常に
有利なものとなる。
以上実施例を述べてきたが、本発明は電気−機械的変位
変換素子の範躊内で広く応用が可能であり、例えばマイ
クロポジショナ−や光学偏向素子等にも本発明の製造方
法を適用すれば大いに有効である。
変換素子の範躊内で広く応用が可能であり、例えばマイ
クロポジショナ−や光学偏向素子等にも本発明の製造方
法を適用すれば大いに有効である。
［発明の効果］
以上述べた如く本発明を用いる事により、単結晶珪素基
板上に低温で２層の単結晶珪素層が形成出来た。この２
層の単結晶珪素層は高不純物流度で膜厚の制御性がよい
為、片持ち梁等の梁の厚みやその直下の空洞の寸法、形
状を制御する事が容易となった。このため、高性能で特
性ばらつきの少ない電気−機械的変位変換素子を提供す
ることが可能となった。
板上に低温で２層の単結晶珪素層が形成出来た。この２
層の単結晶珪素層は高不純物流度で膜厚の制御性がよい
為、片持ち梁等の梁の厚みやその直下の空洞の寸法、形
状を制御する事が容易となった。このため、高性能で特
性ばらつきの少ない電気−機械的変位変換素子を提供す
ることが可能となった。
第１図（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例における電気
−機械的変位変換素子の製造工程順の断面図。 第２図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の実施例を用い
て製造した液体噴射ヘッドの断面図及び平面図。 第３図は、本発明の実施例を用いて製造した他の構造の
液体噴射ヘッドの断面図。 １０１・・・ｐ型車結晶珪素基板 １０２・・・ｉ型もしくはｎ型珪素層 １０３・・・ｐ型理素層 １０４・・・空洞 １０５・・・圧電薄膜 １０６・・・上電極 以 上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 鈴木 喜三部 ｌ＼４ｐｌ 第１図（ａ） 第１図（ｂ） 第１ ｔ！ｌ （Ｃ） １０１・・・ｐ型Ｉ舗■漬基板 １０４・・・空洞
１０２・・・ｉ型もしく１１ｎ型珪秦層 １０５・
・・■１【Ｉ暎１０３・・・ｐｇＮ＃層
１０６・・・上電極第２図（８） 第２図（ｂ） 第３図
−機械的変位変換素子の製造工程順の断面図。 第２図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の実施例を用い
て製造した液体噴射ヘッドの断面図及び平面図。 第３図は、本発明の実施例を用いて製造した他の構造の
液体噴射ヘッドの断面図。 １０１・・・ｐ型車結晶珪素基板 １０２・・・ｉ型もしくはｎ型珪素層 １０３・・・ｐ型理素層 １０４・・・空洞 １０５・・・圧電薄膜 １０６・・・上電極 以 上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 鈴木 喜三部 ｌ＼４ｐｌ 第１図（ａ） 第１図（ｂ） 第１ ｔ！ｌ （Ｃ） １０１・・・ｐ型Ｉ舗■漬基板 １０４・・・空洞
１０２・・・ｉ型もしく１１ｎ型珪秦層 １０５・
・・■１【Ｉ暎１０３・・・ｐｇＮ＃層
１０６・・・上電極第２図（８） 第２図（ｂ） 第３図
Claims (1)
- 珪素を主成分とした構造体上に圧電薄膜を形成して成
る電気−機械的変位変換素子の製造方法において、一方
の導電型の単結晶珪素基板上にｉ型もしくは他方の導電
型の非晶質珪素層、前記単結晶珪素基板と同一の導電型
の非晶質珪素層を積層し、熱処理を行い前記２層の非晶
質珪素層を単結晶化し、更に前記単結晶化した珪素層側
からパターニングを行うことを特徴とする、電気−機械
的変位変換素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2315401A JPH04186784A (ja) | 1990-11-20 | 1990-11-20 | 電気‐機械的変位変換素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2315401A JPH04186784A (ja) | 1990-11-20 | 1990-11-20 | 電気‐機械的変位変換素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04186784A true JPH04186784A (ja) | 1992-07-03 |
Family
ID=18064950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2315401A Pending JPH04186784A (ja) | 1990-11-20 | 1990-11-20 | 電気‐機械的変位変換素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04186784A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995034917A1 (en) * | 1994-06-10 | 1995-12-21 | The Regents Of The University Of California | Cantilever pressure transducer |
| US5489812A (en) * | 1991-06-11 | 1996-02-06 | International Business Machines Corporation | Micro actuator |
| US5728259A (en) * | 1994-10-26 | 1998-03-17 | Semiconductor Energy Laboratory, Ltd. | Process for fabricating thin-film semiconductor device without plasma induced damage |
-
1990
- 1990-11-20 JP JP2315401A patent/JPH04186784A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5489812A (en) * | 1991-06-11 | 1996-02-06 | International Business Machines Corporation | Micro actuator |
| US5633552A (en) * | 1993-06-04 | 1997-05-27 | The Regents Of The University Of California | Cantilever pressure transducer |
| WO1995034917A1 (en) * | 1994-06-10 | 1995-12-21 | The Regents Of The University Of California | Cantilever pressure transducer |
| US5728259A (en) * | 1994-10-26 | 1998-03-17 | Semiconductor Energy Laboratory, Ltd. | Process for fabricating thin-film semiconductor device without plasma induced damage |
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