JPH05126277A - 半導体マイクロバルブ - Google Patents
半導体マイクロバルブInfo
- Publication number
- JPH05126277A JPH05126277A JP4973591A JP4973591A JPH05126277A JP H05126277 A JPH05126277 A JP H05126277A JP 4973591 A JP4973591 A JP 4973591A JP 4973591 A JP4973591 A JP 4973591A JP H05126277 A JPH05126277 A JP H05126277A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- valve
- flow path
- valve seat
- fluid
- fluid flow
- Prior art date
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 この発明は、１チップ上に形成することがで
きて小形コンパクトで簡単な構造にすることを目的とす
る。 【構成】 半導体基板１０内に、流体流路８と、流体流
路８中に設けられた弁座部１１と、流体圧により弁座部
１１を開、閉する弁体１３とを形成したことを特徴とす
る。
きて小形コンパクトで簡単な構造にすることを目的とす
る。 【構成】 半導体基板１０内に、流体流路８と、流体流
路８中に設けられた弁座部１１と、流体圧により弁座部
１１を開、閉する弁体１３とを形成したことを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体マイクロバル
ブに関する。
ブに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のバルブとしては、例えば図９に示
すようなものがある（Sensors and Actuators ，vol ．
A21-A23 ，（1990），pp 161− 167，Integrated Micro
FlowControl System）。バルブは、孔３２の開いたパ
イレックスガラスシート３１に、孔３２に対応するスト
ッパ（ボス）３４を有するシリコンチップ３３が接着さ
れている。ストッパ３４の形成部位におけるシリコンチ
ップ３３の裏面には、ガラスチューブホルダ３６に支持
されたピエゾアクチュエータ３５が取付けられている。
３７はガスのインレットチューブ、３８はアウトレット
チューブ、３９はキャビティ部である。ガスはインレッ
トチューブ３７からキャビティ部３９に流入し、アウト
レットチューブ３８を経て流出するようになっている。
そして、ピエゾアクチュエータ３５への電圧のオン、オ
フにより、ストッパ３４が駆動されてバルブの開、閉が
行われる。
すようなものがある（Sensors and Actuators ，vol ．
A21-A23 ，（1990），pp 161− 167，Integrated Micro
FlowControl System）。バルブは、孔３２の開いたパ
イレックスガラスシート３１に、孔３２に対応するスト
ッパ（ボス）３４を有するシリコンチップ３３が接着さ
れている。ストッパ３４の形成部位におけるシリコンチ
ップ３３の裏面には、ガラスチューブホルダ３６に支持
されたピエゾアクチュエータ３５が取付けられている。
３７はガスのインレットチューブ、３８はアウトレット
チューブ、３９はキャビティ部である。ガスはインレッ
トチューブ３７からキャビティ部３９に流入し、アウト
レットチューブ３８を経て流出するようになっている。
そして、ピエゾアクチュエータ３５への電圧のオン、オ
フにより、ストッパ３４が駆動されてバルブの開、閉が
行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のバルブは、孔の
開いたパイレックスガラスシートにストッパを有するシ
リコンチップを接着し、このシリコンチップの裏面にガ
ラスチューブホルダに支持されたピエゾアクチュエータ
を取付けた構造となっていたため、構造が複雑で組立て
が面倒であり、さらには小形化に限度があった。
開いたパイレックスガラスシートにストッパを有するシ
リコンチップを接着し、このシリコンチップの裏面にガ
ラスチューブホルダに支持されたピエゾアクチュエータ
を取付けた構造となっていたため、構造が複雑で組立て
が面倒であり、さらには小形化に限度があった。
【０００４】そこで、この発明は、１チップ上に形成す
ることができて小形コンパクトで構造の簡単な半導体マ
イクロバルブを提供することを目的とする。
ることができて小形コンパクトで構造の簡単な半導体マ
イクロバルブを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するために、半導体基板内に、流体流路と、該流体流
路中に設けられた弁座部と、流体圧により前記弁座部を
開、閉する弁体とを形成してなることを要旨とする。
決するために、半導体基板内に、流体流路と、該流体流
路中に設けられた弁座部と、流体圧により前記弁座部を
開、閉する弁体とを形成してなることを要旨とする。
【０００６】
【作用】弁体が、流体流路を流れる流体の圧力により弁
座部を封止又は開放してバルブの開、閉が行われる。
座部を封止又は開放してバルブの開、閉が行われる。
【０００７】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。
明する。
【０００８】図１ないし図３は、この発明の第１実施例
を示す図である。
を示す図である。
【０００９】まず、半導体マイクロバルブの構成を図１
及び図２を用いて説明する。
及び図２を用いて説明する。
【００１０】これらの図において、１はｐ型基板、２は
ｐ型基板１に形成されたｐ＋埋込層であり、ｐ＋埋込層
２の上に後述するようにｎ型エピタキシャル層が形成さ
れてエピタキシャル半導体基板１０が構成されている。
エピタキシャル層の所要部位には、ｐ＋拡散領域５，
６，７が形成され、これらのｐ＋拡散領域５，６，７に
囲まれるようにして流体流路８が形成されている。流体
流路８中には、空洞状の弁室８ａ、弁室８ａの下部に位
置する弁座部１１が形成されている。また、弁室８ａに
は、弁座部１１に対応した弁体１３が同じくｐ＋拡散領
域により形成されている。１５は第１の窒化物層、１６
は第２の窒化物層であり、第２の窒化物層１６により流
路８の上部が封じられている。
ｐ型基板１に形成されたｐ＋埋込層であり、ｐ＋埋込層
２の上に後述するようにｎ型エピタキシャル層が形成さ
れてエピタキシャル半導体基板１０が構成されている。
エピタキシャル層の所要部位には、ｐ＋拡散領域５，
６，７が形成され、これらのｐ＋拡散領域５，６，７に
囲まれるようにして流体流路８が形成されている。流体
流路８中には、空洞状の弁室８ａ、弁室８ａの下部に位
置する弁座部１１が形成されている。また、弁室８ａに
は、弁座部１１に対応した弁体１３が同じくｐ＋拡散領
域により形成されている。１５は第１の窒化物層、１６
は第２の窒化物層であり、第２の窒化物層１６により流
路８の上部が封じられている。
【００１１】この実施例の半導体マイクロバルブは上述
のように構成されており、Ａ側からＢ側へ流体が流れる
と、その流体圧力により、弁室８ａ内において弁体１３
が上方に押上げられて流路８が開けられる。また、Ｂ側
からＡ側へ流体が流れると、その流体圧力により弁体１
３が押下げられて弁座部１１が封じられ、流路８は閉じ
られる。したがって逆方向の流れが防止されたワンウェ
イ（１方向）バルブが実現される。
のように構成されており、Ａ側からＢ側へ流体が流れる
と、その流体圧力により、弁室８ａ内において弁体１３
が上方に押上げられて流路８が開けられる。また、Ｂ側
からＡ側へ流体が流れると、その流体圧力により弁体１
３が押下げられて弁座部１１が封じられ、流路８は閉じ
られる。したがって逆方向の流れが防止されたワンウェ
イ（１方向）バルブが実現される。
【００１２】次いで、図３を用いて、この実施例の半導
体マイクロバルブの製造工程の一例を説明する。なお、
以下の説明において、（ａ）〜（ｄ）の各項目記号は、
図３の（ａ）〜（ｄ）のそれぞれに対応する。
体マイクロバルブの製造工程の一例を説明する。なお、
以下の説明において、（ａ）〜（ｄ）の各項目記号は、
図３の（ａ）〜（ｄ）のそれぞれに対応する。
【００１３】（ａ）ｐ型基板１の主面にｐ＋埋込層２を
形成し、その上に第１のｎ型エピタキシャル層３を形成
する。ｎ型エピタキシャル層３の所要部位に、ｐ＋拡散
領域５，６を形成し、流体流路８の垂直側壁部及び下方
上壁部を形作る。
形成し、その上に第１のｎ型エピタキシャル層３を形成
する。ｎ型エピタキシャル層３の所要部位に、ｐ＋拡散
領域５，６を形成し、流体流路８の垂直側壁部及び下方
上壁部を形作る。
【００１４】（ｂ）第１のｎ型エピタキシャル層４を形
成し、さらにｐ＋拡散領域７，９を形成する。ｐ＋拡散
領域７は弁室８ａの側壁となり、ｐ＋拡散領域９は弁体
１３となる。
成し、さらにｐ＋拡散領域７，９を形成する。ｐ＋拡散
領域７は弁室８ａの側壁となり、ｐ＋拡散領域９は弁体
１３となる。
【００１５】（ｃ）第２のｎ型エピタキシャル層４の表
面に薄い酸化膜を形成した後、第１の窒化物層１５を堆
積し、エッチングにより所要形状にパターニングする。
ＰＳＧ層１７を堆積して平坦化し、第１の窒化物層１５
のエッチング領域を充填する。その後、第２の窒化物層
１６を堆積し、流路８の上蓋部を形成する。
面に薄い酸化膜を形成した後、第１の窒化物層１５を堆
積し、エッチングにより所要形状にパターニングする。
ＰＳＧ層１７を堆積して平坦化し、第１の窒化物層１５
のエッチング領域を充填する。その後、第２の窒化物層
１６を堆積し、流路８の上蓋部を形成する。
【００１６】（ｄ）流路８及び弁体１３を２重エッチン
グにより形成する。即ち、まずＨＦによりＰＳＧ層１７
を除去し、次いでＫＯＨより、第１、第２のｎ型エピタ
キシャル層３，４のｎ型領域を除去する。ＫＯＨエッチ
ングでは各ｐ＋拡散領域５，６，７，９がエッチストッ
プとなって、流路８及び弁体１３が形成される。
グにより形成する。即ち、まずＨＦによりＰＳＧ層１７
を除去し、次いでＫＯＨより、第１、第２のｎ型エピタ
キシャル層３，４のｎ型領域を除去する。ＫＯＨエッチ
ングでは各ｐ＋拡散領域５，６，７，９がエッチストッ
プとなって、流路８及び弁体１３が形成される。
【００１７】図４ないし図６には、この発明の第２実施
例を示す。
例を示す。
【００１８】なお、図４ないし図６、及び後述の第３実
施例を示す図において、前記図１ないし図３における部
材及び部位と同一ないし均等のものは、前記と同一符号
を以って示し、重複した説明を省略する。
施例を示す図において、前記図１ないし図３における部
材及び部位と同一ないし均等のものは、前記と同一符号
を以って示し、重複した説明を省略する。
【００１９】この実施例では、弁体１３が可撓性を有す
る梁１８に連結されている。梁１８は導電性を有するポ
リシリコン層１９と窒化物層２１とで形成されている。
梁１８は、次の２つの機能を有している。即ち、その機
能は、まず弁体１３を適当な位置に保持することであ
り、次に、電気的接続を行うことである。つまり、弁体
１３が流体圧力で押下げられて梁１８が下方に撓むと、
ともにｐ＋拡散領域で形成されている弁体１３と弁座部
１１とが電気的に接続される。この電気的な接続が起る
と、逆流の警告信号が発生して読出されるように構成す
ることが可能となる。したがって、この実施例において
も、前記第１実施例において述べたように、流体の逆流
が防止可能のワンウェイバルブを構成することができ
る。但し、或る程度の逆流はバルブ構造を閉じることな
く制御することが可能であり、この逆流の程度は梁１８
の撓みの大きさにより検知することができる。また、上
記構成において、弁体１３と弁座部１１との間に電圧を
印加することにより、その電圧の印加が停止されるま
で、当該バルブが流体流路８を閉じるように構成するこ
とも可能である。
る梁１８に連結されている。梁１８は導電性を有するポ
リシリコン層１９と窒化物層２１とで形成されている。
梁１８は、次の２つの機能を有している。即ち、その機
能は、まず弁体１３を適当な位置に保持することであ
り、次に、電気的接続を行うことである。つまり、弁体
１３が流体圧力で押下げられて梁１８が下方に撓むと、
ともにｐ＋拡散領域で形成されている弁体１３と弁座部
１１とが電気的に接続される。この電気的な接続が起る
と、逆流の警告信号が発生して読出されるように構成す
ることが可能となる。したがって、この実施例において
も、前記第１実施例において述べたように、流体の逆流
が防止可能のワンウェイバルブを構成することができ
る。但し、或る程度の逆流はバルブ構造を閉じることな
く制御することが可能であり、この逆流の程度は梁１８
の撓みの大きさにより検知することができる。また、上
記構成において、弁体１３と弁座部１１との間に電圧を
印加することにより、その電圧の印加が停止されるま
で、当該バルブが流体流路８を閉じるように構成するこ
とも可能である。
【００２０】次いで、図６を用いて、この実施例の半導
体マイクロバルブの製造工程の一例を説明する。
体マイクロバルブの製造工程の一例を説明する。
【００２１】（ａ）この実施例の製造工程における初期
段階は、前記第１実施例の製造工程における図３（ｂ）
までの段階と同じである。
段階は、前記第１実施例の製造工程における図３（ｂ）
までの段階と同じである。
【００２２】初期段階を経た後、表面に薄い酸化膜を形
成し、次いで、窒化物層２１を堆積し、弁体１３に対す
る接続孔２２をエッチングにより形成する。その後、ポ
リシリコン層１９を堆積する。これらの層１９，２１は
梁１８を形成するために後にエッチング処理を施す。
成し、次いで、窒化物層２１を堆積し、弁体１３に対す
る接続孔２２をエッチングにより形成する。その後、ポ
リシリコン層１９を堆積する。これらの層１９，２１は
梁１８を形成するために後にエッチング処理を施す。
【００２３】（ｂ）第１の窒化物層１５を堆積し、エッ
チングによりパターニングする。ＰＳＧ層１７を堆積し
て平坦化し、第１の窒化物層１５のエッチング領域を充
填する。その後、第２の窒化物層１６を堆積し、流路８
の上蓋部を形成する。
チングによりパターニングする。ＰＳＧ層１７を堆積し
て平坦化し、第１の窒化物層１５のエッチング領域を充
填する。その後、第２の窒化物層１６を堆積し、流路８
の上蓋部を形成する。
【００２４】（ｃ）流路８及び弁体１３は、前記と同様
にＨＦ及びＫＯＨを用いた２重エッチングにより形成す
る。
にＨＦ及びＫＯＨを用いた２重エッチングにより形成す
る。
【００２５】図７及び図８には、この発明の第３実施例
を示す。
を示す。
【００２６】この実施例では、２個の弁体１３，１４
が、前記第２実施例と同様の梁１８，２３に、それぞれ
連結されている。この２個の弁体１３，１４に対応し
て、それぞれ弁座部１１，１２が形成されている。
が、前記第２実施例と同様の梁１８，２３に、それぞれ
連結されている。この２個の弁体１３，１４に対応し
て、それぞれ弁座部１１，１２が形成されている。
【００２７】そして、２組の弁体１３，１４及び梁１
８，２３により、流体サージを防止可能の２ウェイ（２
方向）バルブが構成されている。流体サージの最大量
は、２つの梁１８，２３の構造により決定される。即
ち、これら２つの梁１８，２３は、２方向の最大流量を
同一にするために同一構造とすることもあり、また、２
方向のうちの１方向の最大流量を他方向のそれに比べて
大きくするために、異なる構造をとることもある。
８，２３により、流体サージを防止可能の２ウェイ（２
方向）バルブが構成されている。流体サージの最大量
は、２つの梁１８，２３の構造により決定される。即
ち、これら２つの梁１８，２３は、２方向の最大流量を
同一にするために同一構造とすることもあり、また、２
方向のうちの１方向の最大流量を他方向のそれに比べて
大きくするために、異なる構造をとることもある。
【００２８】この実施例の半導体マイクロバルブの製造
工程は、前記第２実施例のそれとほぼ同じである。
工程は、前記第２実施例のそれとほぼ同じである。
【００２９】また、この第３実施例の半導体マイクロバ
ルブは、バルブ動作を静電的相互作用に行わせることも
可能である。この場合、バルブは、ともにｐ＋拡散領域
で形成された弁体１３，１４と弁座部１１，１２との間
の静電的相互作用により封止動作を行う。このように、
２個の弁体１３，１４を用いることにより、流体の大き
な流圧により開いてしまうことを防止することができ
る。
ルブは、バルブ動作を静電的相互作用に行わせることも
可能である。この場合、バルブは、ともにｐ＋拡散領域
で形成された弁体１３，１４と弁座部１１，１２との間
の静電的相互作用により封止動作を行う。このように、
２個の弁体１３，１４を用いることにより、流体の大き
な流圧により開いてしまうことを防止することができ
る。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、半導体基板内に、流体流路と、この流体流路中に設
けられた弁座部と、流体圧により弁座部を開、閉する弁
体とを形成したため、バルブの全構成要素を１チップ上
に形成することができて小形コンパクトで簡単な構造と
することができる。
ば、半導体基板内に、流体流路と、この流体流路中に設
けられた弁座部と、流体圧により弁座部を開、閉する弁
体とを形成したため、バルブの全構成要素を１チップ上
に形成することができて小形コンパクトで簡単な構造と
することができる。
【図１】この発明に係る半導体マイクロバルブの第１実
施例を示す縦断面図である。
施例を示す縦断面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線からみた図である。
【図３】第１実施例の製造工程の一例を示す工程図であ
る。
る。
【図４】この発明の第２実施例を示す縦断面図である。
【図５】図４のＹ−Ｙ線からみた図である。
【図６】第２実施例の製造工程の一例を示す工程図であ
る。
る。
【図７】この発明の第３実施例を示す縦断面図である。
【図８】図７のＺ−Ｚ線からみた図である。
【図９】従来のバルブの内部構成を示す構成図である。
８ 流体流路 １０ エピタキシャル半導体基板 １１，１２ 弁座部 １３，１４ 弁体
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板内に、流体流路と、該流体流
路中に設けられた弁座部と、流体圧により前記弁座部を
開、閉する弁体とを形成してなることを特徴とする半導
体マイクロバルブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4973591A JPH05126277A (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 半導体マイクロバルブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4973591A JPH05126277A (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 半導体マイクロバルブ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05126277A true JPH05126277A (ja) | 1993-05-21 |
Family
ID=12839449
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4973591A Pending JPH05126277A (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 半導体マイクロバルブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05126277A (ja) |
-
1991
- 1991-03-14 JP JP4973591A patent/JPH05126277A/ja active Pending
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