JPH07108988B2 - マイクロメカニクスの製造方法 - Google Patents
マイクロメカニクスの製造方法Info
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- JPH07108988B2 JPH07108988B2 JP2097364A JP9736490A JPH07108988B2 JP H07108988 B2 JPH07108988 B2 JP H07108988B2 JP 2097364 A JP2097364 A JP 2097364A JP 9736490 A JP9736490 A JP 9736490A JP H07108988 B2 JPH07108988 B2 JP H07108988B2
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- H02N1/002—Electrostatic motors
- H02N1/004—Electrostatic motors in which a body is moved along a path due to interaction with an electric field travelling along the path
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
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- B81B7/0093—Maintaining a constant temperature by heating or cooling by cooling
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- Lubricants (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、ピンジョイントやマイクロモータ等のマイク
ロメカニクスおよびその製造方法に関する。
ロメカニクスおよびその製造方法に関する。
＜従来の技術＞ マイクロモータ等のマイクロメカニクスは、半導体製造
プロセスにおいて、一般に用いられる低圧CVD法やフォ
トリソグラフィ法等を利用したマイクロマシニング技術
によって、Si基板表面上に形成される。その可動部の材
料としては、従来、単結晶Siあるいは多結晶SiやSi3N4
などの薄膜が使用されていることが多い。
プロセスにおいて、一般に用いられる低圧CVD法やフォ
トリソグラフィ法等を利用したマイクロマシニング技術
によって、Si基板表面上に形成される。その可動部の材
料としては、従来、単結晶Siあるいは多結晶SiやSi3N4
などの薄膜が使用されていることが多い。
＜発明が解決しようとする課題＞ ところで、マイクロメカニクスにおいて特性上最も重要
なポイントは、摺動部の摩擦特性である。すなわち、マ
イクロメカニクスは微小機械であるがゆえに、摺動部の
摩擦抵抗およびその抵抗による熱等が全体に大きく効い
てくるため、この摺動部における摩擦特性の改善が望ま
れている。ところが、現状において使用されている材
料、多結晶Si等では摩擦特性ならびに耐摩耗性等はあま
り良くなく、このことがマイクロメカニクスの寿命を短
くしている要因となている。
なポイントは、摺動部の摩擦特性である。すなわち、マ
イクロメカニクスは微小機械であるがゆえに、摺動部の
摩擦抵抗およびその抵抗による熱等が全体に大きく効い
てくるため、この摺動部における摩擦特性の改善が望ま
れている。ところが、現状において使用されている材
料、多結晶Si等では摩擦特性ならびに耐摩耗性等はあま
り良くなく、このことがマイクロメカニクスの寿命を短
くしている要因となている。
＜課題を解決するための手段＞ 上記の従来の問題点を解決するため、本発明は、Si基板
上にSi膜を成膜した後、そのSi膜のパターニングを行う
ことにより、Si基板上に摺動部を有するピンジョイント
やマイクロモータ等のメカニクスを形成する方法におい
て、上記Si膜の成膜を行った後で上記パターニング工程
の前もしくは後に、このSi膜のメカニクス形成部で少な
くとも摺動部に相応する部分に、C,N,BまたはＰのいず
れかのイオンに導入して、その導入部分に、SiとC,Siと
N,SiとB,または,SiとＰとからなる化合物もしく混合物
を形成する工程を行うことによって特徴づけられる。
上にSi膜を成膜した後、そのSi膜のパターニングを行う
ことにより、Si基板上に摺動部を有するピンジョイント
やマイクロモータ等のメカニクスを形成する方法におい
て、上記Si膜の成膜を行った後で上記パターニング工程
の前もしくは後に、このSi膜のメカニクス形成部で少な
くとも摺動部に相応する部分に、C,N,BまたはＰのいず
れかのイオンに導入して、その導入部分に、SiとC,Siと
N,SiとB,または,SiとＰとからなる化合物もしく混合物
を形成する工程を行うことによって特徴づけられる。
＜作用＞ メカニクスを構成する部材、例えば多結晶Si膜にＣイオ
ンを注入すると、その部材はSiとＣとの化合物、例えば
SiCとほぼ同程度の材質に改質される。ここで、SiCは、
一般に知られているように、硬度が高く耐摩耗性に優れ
ている。また熱伝導度も良く、しかも熱膨張率が小さい
ことから耐熱衝撃抵抗も高い。さらには酸化抵抗も優れ
ており、表面の強度変化も少ないといった特性があり、
従って、構成部材の少なくとも摺動部の材質をSiCと同
程度とすることで、摩擦特性や耐摩耗性等が向上する。
ンを注入すると、その部材はSiとＣとの化合物、例えば
SiCとほぼ同程度の材質に改質される。ここで、SiCは、
一般に知られているように、硬度が高く耐摩耗性に優れ
ている。また熱伝導度も良く、しかも熱膨張率が小さい
ことから耐熱衝撃抵抗も高い。さらには酸化抵抗も優れ
ており、表面の強度変化も少ないといった特性があり、
従って、構成部材の少なくとも摺動部の材質をSiCと同
程度とすることで、摩擦特性や耐摩耗性等が向上する。
＜実施例＞ 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の製造方法の手順を説明する図で、ピン
ジョイントの製造に本発明方法を適用した例を示す。
ジョイントの製造に本発明方法を適用した例を示す。
まず（ａ）に示すように、Si基板１表面上に、低圧CVD
法によりSiO2膜４および多結晶Si膜３を形成した後、そ
の多結晶Si膜３をフォトリソグラフィ法により所定パタ
ーンに加工する。この多結晶Si膜３の膜厚は１〜２μｍ
程度とする。
法によりSiO2膜４および多結晶Si膜３を形成した後、そ
の多結晶Si膜３をフォトリソグラフィ法により所定パタ
ーンに加工する。この多結晶Si膜３の膜厚は１〜２μｍ
程度とする。
次に、多結晶Si膜３を除く部分をレジストマスク６で被
覆し、次いで多結晶Si膜３中のみにＣイオンを注入する
（ｂ）。
覆し、次いで多結晶Si膜３中のみにＣイオンを注入する
（ｂ）。
次に、レジストマスク６を除去した後、異方性エッチン
グによりSiO2膜４を多結晶Si膜３の下方の一部を残して
除去した後（ｃ）、低圧CVD法によりSiO2膜５を一様に
形成する（ｄ）。なおエッチング時には、多結晶SiとSi
O2とのエッチング選択比が高いエッチャント、例えばフ
ッ酸等を使用することで、多結晶Si膜３は殆ど溶けるこ
となくそのままの形状で残る。
グによりSiO2膜４を多結晶Si膜３の下方の一部を残して
除去した後（ｃ）、低圧CVD法によりSiO2膜５を一様に
形成する（ｄ）。なおエッチング時には、多結晶SiとSi
O2とのエッチング選択比が高いエッチャント、例えばフ
ッ酸等を使用することで、多結晶Si膜３は殆ど溶けるこ
となくそのままの形状で残る。
次に、（ｅ）に示すように、低圧CVD法およびフォトリ
ソグラフィ法によって多結晶Si膜２を形成した後、
（ｂ）工程と同様にしてその多結晶Si膜２の上辺部のみ
にＣイオンを注入する（ｆ）。
ソグラフィ法によって多結晶Si膜２を形成した後、
（ｂ）工程と同様にしてその多結晶Si膜２の上辺部のみ
にＣイオンを注入する（ｆ）。
そして、３層目のSiO2膜５のみを異方性エッチングによ
り除去することによって、（ｇ）およびその平面図であ
る第２図に示すように、基板１にSiO2膜４によって固定
された腕３に、もう一本の腕２が回転自在に連結された
構造のピンジョイントを得る。
り除去することによって、（ｇ）およびその平面図であ
る第２図に示すように、基板１にSiO2膜４によって固定
された腕３に、もう一本の腕２が回転自在に連結された
構造のピンジョイントを得る。
なお、以上の手順において分離層としてのSiO2膜４、５
に代えてPSG（リン・ケイ素ガラス）膜等を用いてもよ
い。
に代えてPSG（リン・ケイ素ガラス）膜等を用いてもよ
い。
ここで、（ｂ），（ｆ）工程におけるイオン注入ついて
説明する。例えば（ｂ）工程において多結晶Si膜３の膜
厚が1.6μｍであると仮定して、Ｃイオンを100Ke V,500
Ke Vおよび1000Ke Vの３段階のエネルギで、それぞれ１
×1018ions/cm2づつ注入すると、第３図に示すようなデ
プスプロファイルを得ることができる。すなわち、多結
晶Si膜３の表層，中層および裏層にSi:C≒1:1の層つま
りSiC層を形成できる。従って、このようなイオン注入
により、ピンジョイントの腕２および３全体の材質をSi
Cと同程度に改善できる。ここでSiOは、一般に知られて
いるように、硬度が高く耐摩耗性が優れている。また熱
伝導度も良く、しかも熱膨張率が小さいことから耐熱衝
撃抵抗も高い。さらには酸化抵抗も優れており、表面の
強度変化も小ないといった特性があり、従って、この本
発明実施例の手順で得られたピンジョイントは耐久性が
非常に優れメカニクスとなる。なおこの３段階イオン注
入において、各注入時のドーズ量を多くすれば、表層，
中層および裏層のそれぞれのSiC層を厚くすることがで
きる。さらに注入エネルギおよびドーズ量を適宜に選定
すれば、深さ方向において任意の改質層が得られる。
説明する。例えば（ｂ）工程において多結晶Si膜３の膜
厚が1.6μｍであると仮定して、Ｃイオンを100Ke V,500
Ke Vおよび1000Ke Vの３段階のエネルギで、それぞれ１
×1018ions/cm2づつ注入すると、第３図に示すようなデ
プスプロファイルを得ることができる。すなわち、多結
晶Si膜３の表層，中層および裏層にSi:C≒1:1の層つま
りSiC層を形成できる。従って、このようなイオン注入
により、ピンジョイントの腕２および３全体の材質をSi
Cと同程度に改善できる。ここでSiOは、一般に知られて
いるように、硬度が高く耐摩耗性が優れている。また熱
伝導度も良く、しかも熱膨張率が小さいことから耐熱衝
撃抵抗も高い。さらには酸化抵抗も優れており、表面の
強度変化も小ないといった特性があり、従って、この本
発明実施例の手順で得られたピンジョイントは耐久性が
非常に優れメカニクスとなる。なおこの３段階イオン注
入において、各注入時のドーズ量を多くすれば、表層，
中層および裏層のそれぞれのSiC層を厚くすることがで
きる。さらに注入エネルギおよびドーズ量を適宜に選定
すれば、深さ方向において任意の改質層が得られる。
なお、以上の手術において、Ｃイオンを注入する箇所
は、腕２および３の摺動部に相応する部分のみであって
もよい。
は、腕２および３の摺動部に相応する部分のみであって
もよい。
また、イオン注入は、多結晶Si膜２および３それぞれの
パターニング前に行ってもよい。この場合、多結晶Si膜
を成膜した時点で、マスキングを行い、腕に相応する部
分にＣイオンを選択的に注入すればよい。
パターニング前に行ってもよい。この場合、多結晶Si膜
を成膜した時点で、マスキングを行い、腕に相応する部
分にＣイオンを選択的に注入すればよい。
さらに、注入するイオンはＣイオンのほか、N,B,あるい
はＰイオンを用いてもよい。
はＰイオンを用いてもよい。
なお、他のマイクロメカニクスにおいて、例えばSi基板
自体がメカニクス構成要素となる場合には、基板にもＣ
等の不純物を添加して、その構成要素となる部分の材質
の改質を行ってもよいし、あるいは、基板自体の材質を
SiC等としてもよい。
自体がメカニクス構成要素となる場合には、基板にもＣ
等の不純物を添加して、その構成要素となる部分の材質
の改質を行ってもよいし、あるいは、基板自体の材質を
SiC等としてもよい。
本発明をマイクロモータに適用した例を示す断面図であ
る。
る。
Si基板41表面上に、SiO2層45およびSi3N4層46が順次に
積層されている。Si3N4層46表面上には、ステータ44お
よび基準層としての多結晶Si層47がそれぞれ所定に形成
されており、さらに多結晶Si層47上に軸42が形成されて
いる。そして軸42の凹部にロータ43が嵌め込まれてい
る。以上の構造は一般的なマイクロマシニング技術によ
って得ることができる。
積層されている。Si3N4層46表面上には、ステータ44お
よび基準層としての多結晶Si層47がそれぞれ所定に形成
されており、さらに多結晶Si層47上に軸42が形成されて
いる。そして軸42の凹部にロータ43が嵌め込まれてい
る。以上の構造は一般的なマイクロマシニング技術によ
って得ることができる。
さて、この本発明実施例における特徴的構成は軸42およ
びロータ43の材質をSiCとしている点である。このよう
に軸42およびロータ43をSiC製とすることで、先の実施
例で説明したように摩擦特性および耐摩耗性が飛躍的に
向上し、寿命の長いマイクロモータの実現化が可能とな
る。
びロータ43の材質をSiCとしている点である。このよう
に軸42およびロータ43をSiC製とすることで、先の実施
例で説明したように摩擦特性および耐摩耗性が飛躍的に
向上し、寿命の長いマイクロモータの実現化が可能とな
る。
このようなSiC製の軸42およびロータ43を得る方法とし
ては、製造プロセスに先の実施例と同様なイオン注入工
程を加えるか、あるいは軸42およびロータ43のそれぞれ
の基本となる薄膜自体をSiC膜とし、そのSiC膜をフォト
リソグラフィ法により所定形状に加工する方法等があ
る。なお、イオン注入工程を付加する方法を採用した場
合には、軸42およびロータ43の摺動部のみの材質をSiC
としてもよい。
ては、製造プロセスに先の実施例と同様なイオン注入工
程を加えるか、あるいは軸42およびロータ43のそれぞれ
の基本となる薄膜自体をSiC膜とし、そのSiC膜をフォト
リソグラフィ法により所定形状に加工する方法等があ
る。なお、イオン注入工程を付加する方法を採用した場
合には、軸42およびロータ43の摺動部のみの材質をSiC
としてもよい。
なお、この実施例においては、軸２およびロータ３のみ
をSiC製としているが、必要であればステータ４をもSiC
製としてもよい。
をSiC製としているが、必要であればステータ４をもSiC
製としてもよい。
＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明のマイクロメカニクスの製
造方法によれば、Si基板上に成膜したSi膜のメカニクス
形成部の少なくとも摺動部に相応する部分にC,N,Bまた
はＰイオンを導入して、その導入部分にSiとC,SiとN,Si
とＢまたはSiとＰとからなる化合物もしくは混合物を形
成するので、摺動部における摩擦特性及び耐摩耗性等が
従来に比して向上し、これによりメカニクスの寿命が延
びる。また、本発明の方法により、メカニクスを構成す
る部材の材質にSiCとした場合には、熱衝撃に対して強
くなり耐環境性が向上するとともに、酸化抵抗も良好と
なって表面酸化による強度変化が少ないといった優れた
特性のメカニクスを実現できる。
造方法によれば、Si基板上に成膜したSi膜のメカニクス
形成部の少なくとも摺動部に相応する部分にC,N,Bまた
はＰイオンを導入して、その導入部分にSiとC,SiとN,Si
とＢまたはSiとＰとからなる化合物もしくは混合物を形
成するので、摺動部における摩擦特性及び耐摩耗性等が
従来に比して向上し、これによりメカニクスの寿命が延
びる。また、本発明の方法により、メカニクスを構成す
る部材の材質にSiCとした場合には、熱衝撃に対して強
くなり耐環境性が向上するとともに、酸化抵抗も良好と
なって表面酸化による強度変化が少ないといった優れた
特性のメカニクスを実現できる。
なお、本発明の方法によると、メカニクス構成の部材の
必要な部分の材質のみを選択的に改質できるので、一般
的なSi選択エッチング技術そのまま利用できる点、およ
び構成部材の深さ方向における材質を目的に応じて改質
することが可能であるといった点の効果もある。
必要な部分の材質のみを選択的に改質できるので、一般
的なSi選択エッチング技術そのまま利用できる点、およ
び構成部材の深さ方向における材質を目的に応じて改質
することが可能であるといった点の効果もある。
第１図は本発明方法の手順を説明する図で、第２図はそ
の手順によって得られたピンジョイントの要部平面図で
ある。また、第３図は、本発明方法においてＣイオンを
３段階のエネルギで多結晶Si膜に注入した際の濃度分布
を示すグラフである。 第４図は本発明のマイクロメカニクスの実施例の構造を
示す断面図である。 1,41……Si基板 2,3……ピンジョイントの腕 42,43……マイクロモータの軸，ロータ
の手順によって得られたピンジョイントの要部平面図で
ある。また、第３図は、本発明方法においてＣイオンを
３段階のエネルギで多結晶Si膜に注入した際の濃度分布
を示すグラフである。 第４図は本発明のマイクロメカニクスの実施例の構造を
示す断面図である。 1,41……Si基板 2,3……ピンジョイントの腕 42,43……マイクロモータの軸，ロータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ１０Ｎ 70:00
Claims (1)
- 【請求項１】Si基板上にSi膜を成膜した後、そのSi膜の
パターニングを行うことにより、上記Si基板上に摺動部
を有するピンジョイントやマイクロモータ等のメカニク
スを形成する方法において、上記Si膜の成膜を行った後
で上記パターニング工程の前もしくは後に、このSi膜の
メカニクス形成部で少なくとも摺動部に相応する部分
に、C,N,BまたはＰのいずれかのイオンで導入して、そ
の導入部分に、SiとC,SiとN,SiとB,または,SiとＰとか
らなる化合物もしくは混合物を形成する工程を行うこと
を特徴とするマイクロメカニクスの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2097364A JPH07108988B2 (ja) | 1990-04-11 | 1990-04-11 | マイクロメカニクスの製造方法 |
| US07/683,013 US5245193A (en) | 1990-04-11 | 1991-04-10 | Micromechanics forming method and micromechanics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2097364A JPH07108988B2 (ja) | 1990-04-11 | 1990-04-11 | マイクロメカニクスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03294396A JPH03294396A (ja) | 1991-12-25 |
| JPH07108988B2 true JPH07108988B2 (ja) | 1995-11-22 |
Family
ID=14190451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2097364A Expired - Fee Related JPH07108988B2 (ja) | 1990-04-11 | 1990-04-11 | マイクロメカニクスの製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5245193A (ja) |
| JP (1) | JPH07108988B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5710466A (en) * | 1995-06-19 | 1998-01-20 | Georgia Tech Research Corporation | Fully integrated magnetic micromotors and methods for their fabrication |
| US6462371B1 (en) * | 1998-11-24 | 2002-10-08 | Micron Technology Inc. | Films doped with carbon for use in integrated circuit technology |
| JP4762621B2 (ja) * | 2005-07-08 | 2011-08-31 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 微小電気機械式装置の作製方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5234706A (en) * | 1975-09-12 | 1977-03-16 | Hitachi Ltd | Control method of rotary memory |
| JPS6026072B2 (ja) * | 1979-12-12 | 1985-06-21 | 株式会社井上ジャパックス研究所 | 炭素系耐摩材 |
| JPS5684431A (en) * | 1979-12-12 | 1981-07-09 | Inoue Japax Res Inc | Preparation of abrasion resistant combined material |
| US4371421A (en) * | 1981-04-16 | 1983-02-01 | Massachusetts Institute Of Technology | Lateral epitaxial growth by seeded solidification |
| US4575180A (en) * | 1983-08-15 | 1986-03-11 | Chang David B | Intrawaveguide fiber optic beamsplitter/coupler |
| JP2759456B2 (ja) * | 1987-03-30 | 1998-05-28 | 花王株式会社 | 磁気媒体記録装置 |
| EP0313683A1 (en) * | 1987-10-30 | 1989-05-03 | International Business Machines Corporation | Method for fabricating a semiconductor integrated circuit structure having a submicrometer length device element |
| JPH01119683A (ja) * | 1987-10-30 | 1989-05-11 | Nissan Motor Co Ltd | 固体潤滑被膜処理方法 |
| US5041361A (en) * | 1988-08-08 | 1991-08-20 | Midwest Research Institute | Oxygen ion-beam microlithography |
| US4859278A (en) * | 1988-08-11 | 1989-08-22 | Xerox Corporation | Fabrication of high resistive loads utilizing a single level polycide process |
| US5123975A (en) * | 1989-03-28 | 1992-06-23 | Ricoh Company, Ltd. | Single crystal silicon substrate |
-
1990
- 1990-04-11 JP JP2097364A patent/JPH07108988B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-04-10 US US07/683,013 patent/US5245193A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03294396A (ja) | 1991-12-25 |
| US5245193A (en) | 1993-09-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |