JPH07504535A - 圧電性基体を半導体材料で被覆する方法およびこの被覆方法を含む小滴エゼクタ装置の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 圧電性基体を半導体材料で被覆する方法およびこの被覆方法を含む小滴エゼクタ 装置の製造方法 技術分野 本発明は圧電性基体、好ましくは圧電性セラミック　ウェファを半導体材料のほ ぼ均一な層で被覆する方法に関する。更に本発明は請求の範囲１３の序文に記載 されている小滴エゼクタ装置の製造方法に関する。

背景技術 圧電ポンプの分野における研究において、本発明者らは被膜に導電性を付与する ためドーピングまたは他の技術を用いることができる半導体材料で圧電性基体を 被覆する手段が必要であることを認めた。このような基体は、出願人が１９９０ 年１２月６日出願した国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ９０１０２１１９に記載されて いる型のインキ−ジェット　プリンタ装置に使用するのに特に適している。この 特許出願では、両側の第１表面と第２表面を有する圧電性セラミック　ウェファ は内側に延在する溝またはチャンネルを有する。第１表面の溝は、第２表面の溝 に対してわかれて存在し、それ等の溝は深さの方向で部分的に重複する。表面の 一つの凸溝は、小満エゼクタ　チャンネルとして機能させんとするものである。

これは圧電性セラミック　ウェファの規定領域に導電性被膜を設け、これにより 各エゼクタ　チャンネル用の電極を形成することにより達成される。然る後電極 間に電圧を印加することにより材料を成極する。次いで電気的パルスを電極に適 用し、エゼクタ　チャンネルの容積の迅速な減少をおこさせ、これによりチャン ネル内から液体の排出を行なう。縦方向における液体の排出は、エゼクタ　チャ ンネルの縦方向の開口を蓋板で蓋をすることにより確実にされる。この蓋板はま た圧電性セラミック　ウェファに安定性を付与するのに役立つ。

前記の型のインキ−ジェット　プリント装置は、用途が理論的に著しく多いプリ ント装置を提供するが、その有効性は、今日上蓋板と被覆した圧電性セラミック 　ウェファとの間に満足な結合を得ることが困難であることにより、妨害されて きた。満足な結合は結合しなくてはならない表面の平滑性に著しく左右される。

大部分の場合、蓋板はガラスでつくられるので、蓋板上に適当な平滑面を得るこ とは比較的に容易である。然し被覆した圧電性セラミック　ウェファの場合困難 がおこる。満足な程度の平滑性は圧電性セラミック　ウェファ自体に付与するこ とができ、次いでこれは電極の被覆を適用した後維持されなければならない。こ のようにして、被覆処理により十分平滑な表面の電極被膜を有する圧電性セラミ ック　ウェファが得られなければならない。

本発明により行なわれる電極適用方法により半導体材料の結晶質被膜が得られた 場合、この被膜は次の平滑化処理を施さない場合には不拘−過ぎて例えば陽極結 合により結合することができないことを見出した。例えば接着剤を遠心旋回によ りガラス蓋板上に分布させることにより、化学蒸着法（ＣＶＤ）によって得られ る結晶質ケイ素で被覆した圧電性セラミック　ウェファを結合する試みがなされ てきた。接着剤の必要性をなくすために、スパッタリングにより被覆される圧電 性セラミック　ウェファに対して実験が行なわれた。スパッタリングにより比較 的に平滑な被膜が得られるが、スパッタリング技術によると側壁が電極材料によ り適当に被覆されるインキ−ジェットプリント装置に対するエゼクタ　チャンネ ルを供給することはできない。

発明の概要 従って本発明の目的は圧電性基体、好ましくは圧電性セラミック基体、好ましく はウェファ形態の基体を半導体材料のほぼ均一な層で被覆する方法を提供するこ とにあり、得られた層はこのようにして被覆した圧電性基体と蓋板とを結合する ことができるのに十分平滑である。

この目的は請求の範囲ｌの方法により本発明に従って達成される。

本発明の他の目的は圧電性セラミック材料のウェファに少なくとも１つのエゼク タ　チャンネルを有する小滴エゼクタ装置を製造する方法を提供することにある 。

この目的は請求の範囲１１により達成される。

これ等の方法の他の有利な適応は請求の範囲の従属項に詳述されている。

図面の簡単な説明 図１は本発明の方法において圧電性セラミック　ウェファを半導体材料で被覆し た小滴エゼクタ装置の横断面図である。

図２は本発明の方法を実施するのに適する装置を示すブロック図である。

発明を実施する最良の形態 図１に示す小滴エゼクタ装置は圧電性ウェファ、好ましくは圧電性セラミックウ ェファ１を備え、ウェファの一側にウェファ内に形成された縦方向に延在するエ ゼクタ　チャンネル２を有し反対側に縦方向に延在する一対の分離した溝３を有 する。図１から明らかなように、一対の分離した溝３はエゼクタ　チャンネルに 対してわかれて存在し、かつそれらの深さ方向でチャンネルと部分的に重複して いる。ＰＣＴ／ＥＰ　９０１０２１１９から知られるように、エゼクタ　チャン ネル２はエゼクタ　ノズル４を備える。エゼクタ　チャンネル２は、その縦方向 に延在する開口に沿って、図示する例ではガラス製の蓋板５により境界が画成さ れている。

太線で示すように、圧電性セラミック　ウェファはその表面の主要部に半導体材 料の層６を備える。更に特に、半導体材料の層がウェファ１の２つの別個の領域 Ａ、Ｂを被覆する。領域Ａは、離れた溝３の隣接する側壁表面７および上記側壁 表面７間のウェファの外方に面する表面８を含む。従って、領域Ａがエゼクタ装 置に対する第１電極として作用するＵ影領域を被覆する。領域Ｂは、横断面にお いて露出するすべての残りの外表面を含むが、但し６離れた溝３の底面９を除く 。この領域Ｂはエゼクタ装置用の第２電極を形成し、この電極はエゼクタ　チャ ンネル２のすべての表面を被覆する。

図２に、本発明における圧電性基体上を被覆する半導体材料を得る方法を行なう のに適する化学蒸着装置を図式形態で示す。この装置は１個または２個以上の圧 電性基体１２上に半導体材料の蒸着を行なう加熱した室１１を有する装置１゜の 形態である。室１１は図示せぬ加熱手段を備え７５０℃までの温度を達成するこ とができる。室ｌｌに入る２つの供給導管１３．１４を示す。１つの導管１３は 圧力弁１６を介してシランのような半導体材料含有ガスの給源１５に連結する。

本発明の一例においては、他の導管１４を、ホスフィンのようなドーピング剤の 給源１７に圧力弁１８を介して連結する。室１１から出る導管１９をポンプ等の 形態の真空発生器２０に連結する。排気導管２１を真空発生器２０がら燃焼装置 ２２に連結しここで排気を燃やす。

本発明の方法においては、１種または２種以上の圧電性基体、好ましくは圧電性 セラミック基体を好ましくはウェファ形態で室ｌｌ内におく。室内の温度を上げ 圧力を下げる。温度および圧力が適当な所定レベルに達した場合、ガス、例えば シランを室に入れる。熱および圧力条件の結果として、半導体材料、この場合ケ イ素の層が圧電性セラミック基体上に堆積する。堆積した材料の表面平滑性は主 として室内の温度に左右され、一層平滑な表面は一層低い温度で得られることを 見出した。一定の条件下で、得られた堆積層はその構造が非晶質であると言うこ とができることは勿論である。堆積速度は、温度および圧力パラメータ並びに半 導体材料搬送ガスの室内への流速により決まるが、代表的には５００〜５０００ オングストロ一ム／時とすることができる。得られた水素は室から除去し、燃や す。

上記方法に従って製造した半導体材料で被覆した圧電性セラミック　ウェファは 、半導体材料被膜か非晶質であり、これにより結晶質被膜より著しく平滑である 場合には蓋板に直接結合するのに著しく適する。更に、上記の化学蒸着法により 基体のすべての露出表面に亘り、室内の基体の配向とは殆んど関係なく極めて均 一な半導体材料被膜が得られる。

試験により室内の圧力は１００〜１５００Ｅリトル（ｍＴｏｒｒ）に維持するの がよいことがわかった。２５０ミリトルの圧力で極めて好ましい結果が達成され た。

好ましい温度範囲は３００〜７００℃であり、特に好ましい結果は、５００〜５ ３０℃、特に５２０℃で得られる。

多くの用途に対して、半導体材料被膜を、基体上に堆積すると同時にドーピング することかできるのか好ましい。これが望ましい場合には、半導体材料はドーピ ングすることができる必要がある。適当な材料は、例えばケイ素およびゲルマニ ウムである。本発明の好ましい適合に従ってドーピングを達成するため、ガス状 のドーピング剤をシランと同時に導管１４を介して室１１に入れる。適当なドー ピング剤搬送ガスはホスフィンまたはホウ素とすることができる。図２において ドーピング剤搬送ガスを導管１４を介して室に供給するように示すが、室に入る 前に２種のガスを混合することが考えられることは勿論である。適当な分量のド ーピング剤搬送ガスは半導体材料搬送ガスの０．０１−１．０容量％である。蒸 着中卒導体材料をドーピングするのが好ましいが、また次の別の工程で半導体材 料をドーピングすることができる。

半導体材料被膜の基体への優れた接着を確保するために、被覆材料搬送ガスを入 れて基体の表面を清浄にする前に、約５００℃に予熱した室にその場で基体と一 緒に水素を供給するのがしばしば有利である。

或いはまた、上記と組合せて、蒸着が始まる前短時間室１１内の温度を約７５０ ℃に上げることにより、基体の表面を効果的に失活することができる。次いで温 度を、表面平滑度および必要とされる蒸着速度によって所望のレベルに下げ、シ ランまたは他の適当なガスをドーピング剤と一緒にまたはドーピング剤を用いる ことなく導入する。

半導体材料の十分に厚い層が基体上に堆積したら、室１１および出口／ｖ＃気導 管導管、２１を窒素でフラッシュするのがよい。

本発明において、図１に示す型の小滴−エゼクタ装置は次の方法で製造すること ができる。第１に、成極されていないセラミック　ウェファｌの各側部に縦方向 に延在する溝２．３を形成する。溝を、丸のこまたは他の形態の切断具を用いて 形成するか、または成形成いはプレスによって形成することができる。図示する 例においては、唯一のエゼクタ　チャンネル２を形成するが、当業者には所要に 応じてかかるエゼクタ　チャンネルを複数個設けることができる。

エゼクタ　チャンネルおよび離れた溝が形成されたら、図２に示すように、ウェ ファを加熱室内におき、前述のようにして被覆を行なう。ドーピングされた半導 体材料の適当に厚い層がウェファ上に堆積されたら、ウェファを室１１から取出 し、堆積した物質を各分離した溝３の底面９から除去する。然る後エゼクタチャ ンネル２の電極間に電圧を印加することによりウェファを成極する。次いで被覆 したウェファを、例えばガラス製の蓋板５に、他の処理を全く行なうことなく、 直接結合する。好ましい結合方法は、蓋板５とウェファの領域Ｂを覆う電極の間 に電圧を印加して被覆材料から蓋板に正の電界を発生させる陽極結合である。

本発明の他の例においては、ドーピング剤搬送ガスを室１１に入れる代りに、半 導体材料の被膜に導電性を付与するため、半導体材料がウェファ上に堆積したら 、蒸発した金属を入れる。適当な金属はパラジウム、ニッケルおよびタングステ ンである。次いで沈殿した金属を、焼結により半導体材料層に結合する。

本発明は上記の記載に制限されるものでないことは当然であり、次の請求の範囲 内で変えることができる。例えば、記載した被覆方法はインキ−ジェット　プリ ンタ　ヘッドの製造によく適用することができるが、請求した方法は電極を設け た圧電性材料のすべての使用に適用することができる。

補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成６年８月２３日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．圧電性基体、好ましくは圧電性セラミック基体（１２）で、好ましくはウェ ファ状のものを、ケイ素若しくはゲルマニウムのような半導体材料のほぼ均一な 層（６）で彼覆するに当り、上記基体（１２）を減圧で加熱した蒸着室におき、 半導体材料含有ガスを、所望の平滑性を有する半導体材料の層が化学蒸着により 上記基体上に堆積されるような圧力および温度で上記室に入れることを特徴とす る圧電性基体を半導体材料で彼覆する方法。 ２．蒸着中室（１１）内の圧力を１００〜１５００ミリトル、好ましくは２５０ ミリトルに維持することを特徴とする請求の範囲１記載の方法。 ３．蒸着中室（１１）内の温度が３００〜７００℃、好ましくは５００〜５３０ ℃、最も好ましくは５２０℃であることを特徴とする請求の範囲１または２記載 の方法。 ４．ガス状のドーピング剤を半導体材料含有ガスと同時に室（１１）に入れるこ とを特徴とする請求の範囲１，２または３記載の方法。 ５．上記ドーピング剤を、半導体材料含有ガスと、半導体材料含有ガスの０．０ ｌ〜１．０容量％の分量で混合することを特徴とする請求の範囲４記載の方法。 ６．半導体材料被膜を蒸着後ドーピングすることを特徴とする請求の範囲１，２ または３記載の方法。 ７．上記ドーピング剤がホスフィンまたはホウ素であることを特徴とする請求の 範囲５または６記載の方法。 ８．半導体材料が基体（１２）上に堆積したら、蒸発した金属、例えばパラジウ ム、ニッケルまたはタングステンを室（１１）に導入することを特徴とする請求 の範囲１，２または３記載の方法。 ９．半導体材料層上に沈殿した金属を焼結により該層に結合することを特徴とす る請求の範囲７記載の方法。 １０．基体（１２）を、蒸着が始まる前６５０〜７５０℃の温度に曝すことを特 徴とする請求の範囲１〜９のいずれか一つの項に記載の方法。 １１．室（１１）を約５００℃で水素でパージして蒸着が始まる前に基体を清浄 することを特徴とする請求の範囲１〜１０のいずれか一つの項に記載の方法。 １２．被覆した基体を室から取出した後、室（１１）および他の補助構成部分（ １９，２０，２１，２２）を、窒素でフラッシュすることを特徴とする請求の範 囲１〜１１のいずれか一つの項に記載の方法。 １３．ｉ）圧電性ウェファ、好ましくは圧電性セラミックウェファ（１）の第１ 平面に液体用エゼクタチャンネル（２）として役立てんとする少なくとも一つの 縦方向に延在する溝を形成し、そのウェファの領域はエゼクタチャンネル用トラ ンスジューサーとして役立ち、上記ウェファの第１表面の反対側の第２平面に溝 （３）を形成し、上記溝が上記第１表面におけるエゼクタチャンネルに対しわか れて存在し、かつ溝の深さ方向でチャンネルと部分的に重復するようにし、上記 エゼクタチャンネル（２）にはその一端にノズル（４）を設け、 ｉｉ）ウェファ（１）の露出表面を半導体材料で被覆して電極を形成し、ｉｉｉ ）望ましくない領域（１０）から半導体材料を除去し、ｉｖ）その電極（Ａ，Ｂ ）間に電圧を印加することにより各トランスジューサーを成極することを含む小 滴エゼクタ装置の製造方法において、上記被覆を請求の範囲１〜１２のいずれか 一つの項に記載の方法により達成することを特徴とする小滴エゼクタ装置の製造 方法。 １４．蓋板（５）を上記被覆したウェファに結合して上記エゼクタチャンネル（ ２）の縱方向開口の境界を画成することを特徴とする請求の範囲１３記載の方法 。 １５．上記結合を陽極結合により達成することを特徴とする請求の範囲１４記載 の方法。 １６．上記蓋板（５）をガラスでつくることを特徴とする請求の範囲１４または １５記載の方法。