DE69105809T2

DE69105809T2 - Druckaufnehmer mit schwingendem Element.

Info

Publication number: DE69105809T2
Application number: DE69105809T
Authority: DE
Inventors: Akio Fujita; Kyoichi Ikeda; Nobuaki Kohno; Takahiro Kudo; Hideki Kuwayama; Hideo Tsukamoto; Tetsuya Watanabe
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1990-05-10
Filing date: 1991-04-23
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2011-04-24
Also published as: US5123282A; EP0456029B1; EP0456029A1; DE69105809D1; DE456029T1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Umfeld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckmeßvorrichtung vom Vibrationstyp, bei der das auf einem Siliziumsubstrat angeordnete Schwingelement mit der Eigenfrequenz des Schwingelementes schwingt, und die die Änderung der Schwingungsfrequenz des Schwingelementes entsprechend der Änderung der auf das Substrat ausgeübten Kraft erfaßt, wobei die Resonanz der Meßmembran aufgrund der Schwingung des Schwingelementes vermieden wird, und wobei außerdem die Zerstörung der Meßmembran durch Stoßwellen des gemessenen Druckes verhindert wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Meßwertumformer vom Vibrationstyp, bei dem das Schwingelement nicht an der Wandoberfläche eines Vakuumhohlraums haften bleibt, wobei dies selbst für den Fall zutrifft, daß das Schwingelement die Wandoberfläche des Vakuumhohlraums aufgrund externer Störeinflüsse wie Stößen etc. oder Verformung etc. berührt, sondern nach dem Ausbleiben der externen Störung exakt in den Anfangszustand zurückkehrt.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Die Fig. 1 bis 4 sind Darstellungen der Ausführungsform der herkömmlichen Druckmeßvorrichtung vom Vibrationstyp, wie diese z.B. in der USP Nr. 4841775 in perspektivischer Wiedergabe gezeigt ist. Die Fig. 2 ist eine Darstellung, in der der Teil A der Fig. 1 vergrößert wiedergegeben ist, und wobei dieser mit einer Schwingungserfassungsschaltung verbunden ist; Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung des Schnittes A-A' in der Fig. 2; Fig. 4 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Aufbaus nach Fig. 2 in Form eines äquivalenten elektrischen Stromlaufplans.
Wie in der Fig. 1 gezeigt, bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein Substrat aus Siliziummonokristall des Leitungstyps D, wobei die Oberseite eine kristalline Oberfläche (100) mit einer Dotierungskonzentration von weniger als 10¹&sup5; Atomen/ cm³ aufweist. Auf einer Seite dieses Substrats 10 ist durch Ätzen von der Rückseite her eine dünne Membran 11 ausgebildet.
Der dickere Teil 12 am Umfang der Membran 11 ist in einem Aufnahmekörper 14 mit einer mittigen Druckbohrung 13 aufgenommen, wobei dieser Aufnahmekörper 14 mit einem Druckrohr 15 in der Weise verbunden ist, daß er mit einer Druckbohrung 13 in Verbindung steht, und daß der zu messende Druck P in diesem Druckrohr 15 wirkt.
Auf der Oberfläche der mit dem Bezugszeichen A gekennzeichneten Seite, die nicht vom oben beschriebenen Ätzprozeß der Membran 11 betroffen ist, wird eine teilweise ausgebildete n'-Diffusionsschicht (in der Darstellung geschnitten dargestellt) mit einer Störstellenkonzentration von etwa 10¹&sup7; hergestellt, wobei auf einem Teil dieser n'-Diffusionsschicht das Schwingelement 16 in Richtung der Kristallachse < 001> (Fig. 2) ausgebildet wird. In diesem Schwingelement 16 werden die n'-Schicht und die D-Schicht durch photolithographische Verfahren und durch Unterätzung hergestellt.
Das Bezugszeichen 17 bezeichnet einen Magneten, der berührungsfrei und senkrecht zum Schwingelement 16 in etwa mittig zum oberen Teile des Schwingelements 16 angeordnet ist, und das Bezugszeichen 18 bezeichnet eine SiO&sub2;-Schicht, die als isolierende Schicht dient (vergl. Fig. 3).
Die Bezugszeichen 19a und 19b bezeichnen Metallelektroden aus Aluminium o.ä., wobei ein Anschluß der Metallelektrode 19a mit der n'-Schicht verbunden ist, die vom Schwingelement 16 durch eine Kontaktbohrung 20a in der SiO&sub2;-Schicht verläuft, und wobei ein anderer Anschluß hiervon mit einem Vergleichswiderstand Rc, der in etwa den gleichen Widerstandswert aufweist wie das Schwingelement 16, und mit dem Eingang eines Verstärkers 21 verbunden ist. Vom Ausgang des Verstärkers 21 werden Ausgangssignale an einen Anschluß der Primärwicklung L&sub1; eines Transformators 22 geführt. Der andere Anschluß dieser Spule L&sub1;&sub8; ist mit Masse verbunden.
Andererseits ist ein anderer Anschluß des Vergleichswiderstandes Rc mit einem Anschluß der Sekundärwicklung L&sub2; des Transformators 22 verbunden, deren Mittelpunkt mit Masse in Verbindung steht, wobei ein anderer Anschluß dieser Sekundärwicklung L&sub2; mit der Metallelektrode 19b auf einem anderen Anschluß des Schwingelements 16 über die Kontaktbohrung 20b mit der n'-Schicht verbunden ist.
In der oben beschriebenen Anordnung wird nach Anlegen einer Rückwärtsvorspannung zwischen der D-Schicht (Substrat 10) und der n'-Schicht (Schwingelement 16), um diese damit zu isolieren, und bei einem durch das Schwingelement 16 fließenden Gleichstrom i trotz des im Resonanzzustand des Schwingelements 16 erfolgenden Anstiegs der Impedanz die in der Fig. 4 gezeigte Ersatzschaltung erhalten, wobei die Impedanz zu diesem Zeitpunkt mit R bezeichnet wird.
Da daher durch die Sekundärspule L&sub2;, deren Mittelpunkt C&sub0; mit Masse verbunden ist, und den Vergleichswiderstand Rc und die Impedanz R&sub0; eine Brücke gebildet wird, werden die nicht abgeglichenen Signale dieser Brücke vom Verstärker 21 übernommen, wobei im Fall eines von diesem abgegebenen positiven Ausgangssignals der Ausgang auf die Primärwicklung L&sub1; rückgekoppelt wird, so daß das System selbsterregte Schwingungen mit der Eigenfrequenz des Schwingelementes 16 erzeugt.
In der oben beschriebenen Anordnung nimmt die Impedanz R des Schwingelements 16 bei der Eigenfrequenz zu. Diese Impedanz R kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden:
R = (1/122) (1/Egγ)1/2) (AB² 12/bh²) Q + Rd
wobei
E : Elastizität
g : Erdbeschleunigung
γ : Materialdichte des Schwingelements
A : durch die Schwingungsart definierte Konstante
B : magnetische Flußdichte
l : Länge des Schwingelements
b : Breite des Schwingelements
h : Dicke des Schwingelements
Q : Resonanzsteilheit
Rd : Gleichstromwiderstand
Entsprechend der oben beschriebenen Gleichung können, da der Wert Q des Schwingelements 16 zwischen einigen hundert und einigen zehntausend liegen kann, im Resonanzfall große Schwingungssignale am Ausgang des Verstärkers 21 erhalten werden. Wie oben beschrieben, erzeugt das System bei einer Ausführung des Meßwertumformers derart, daß durch eine hinreichend hohe Verstärkung des Verstärkers 21 ein positives Rückkopplungssignal erhalten wird, selbsterregte Schwingungen entsprechend seiner Eigenfrequenz.
Es sei angemerkt, daß als Schwingelement ein solches vom p- Typ verwendet werden kann, das z.B. durch Diffusion von mehr als 4x10¹&sup9; B-Atomen/cm³ (Bor) in ein n-Siliziumsubstrat und durch selektives Ätzen erzeugt wurde.
In einer Vorrichtung wie oben beschrieben tritt jedoch, wenn die Resonanzfrequenz der Membran im Bereich der Arbeitsfrequenz des Schwingelements 16 liegt und durch die Druckänderung die Resonanzfrequenz des Schwingelements 16 überlappt, ein Mitzieheffekt auf, wodurch die Linearität beeinträchtigt oder eine Hysterese bewirkt wird.
Außerdem ist für stoßwellenbehaftete Meßdrücke eine Drosselstelle RE in der Druckbohrung 13 bereitgestellt, wobei mittels der Einstellung einer geeigneten Zeitkonstante durch das Volumen CV der Druckmeßkammer über der Siliziummembran 11 die Zerstörung der Siliziummembran 11 durch stoßwellenbehafteten Meßdruck verhindert wird.
Da die Siliziummembran 11 einen charakteristischen Frequenzgang aufweist, ist diese allgemein in der im folgenden beschriebenen Weise aufgebaut.
Zunächst wird, wie in der Fig. 5 gezeigt, der charakteristische Frequenzgang der Siliziummembran 11 untersucht.
In der Fig. 5 repräsentiert die Ordinate die dB-Werte, während auf der Abszisse die Frequenz aufgetragen ist. Der Wert f&sub0; bezeichnet die Resonanzfrequenz der Siliziummembran 11, und G&sub0; das Amplitudenverhältnis am Resonanzpunkt.
Als nächstes wird, wie in der Fig. 6 gezeigt, der charakteristische Frequenzgang der Druckbohrung untersucht.
In der Fig. 6 repräsentiert die Ordinate die dB-Werte, während auf der Abszisse die Frequenz aufgetragen ist. Der Wert fc bezeichnet die Übergangsfrequenz der Druckbohrung, GL das Amplitudenverhältnis, CV das Volumen und RE die Drosselung.
Die Gesamtcharakteristik ist in der Fig. 7 dargestellt.
Der Frequenzgang der Druckbohrung muß daher so ausgelegt werden, daß G&sub0; + GL ≤ 0 dB. In diesem Fall gilt:
(1) Die Übergangsfrequenz fc der Druckbohrung wird niedrig, das Antwortverhalten wird schlecht.
(2) Es wird eine starke Drosseiung RE erforderlich.
(3) Das Volumen CV muß groß gewählt werden, der Temperaturgang wird schlecht.
Unter diesen Umständen wird eine Miniaturisierung schwierig.
Es sei angemerkt, daß ein Druckmeßgerät mit einem schwingenden Draht für die Erfassung der Vibrationsfrequenz des Schwingelementes und für die Ausbildung des Frequenzausgangs als digitaler Ausgang geeignet ist. Da es sich um einen digitalen Ausgang handelt, weist er eine hohe Auflösung und einen hohen Rauschabstand auf; da jedoch das Schwingelement aus Metall hergestellt ist, hat es den Nachteil, daß Drift- und Hystereseeffekte auftreten.
Das Dokument WO-A-88/07185 beschreibt eine Trennvorrichtung, die zur Vermeidung der Zerstörung einer Membran durch stoßwellenbehaftete Drücke geeignet ist. Diese Vorrichtung benutzt äußere Trennmembranen ("scal") in Verbindung mit einer Kopplungsflüssigkeit ("charging") zur Übertragung des Druckes über Verbindungskanäle ("holes") an eine sensitive Meßmembran, die in einer zentralen Ausnehmung im Grundkörper der Vorrichtung angeordnet ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Druckmeßvorrichtung vom Vibrationstyp bereitzustellen, die sich durch gute Linearität, geringe Hysterese und niedrigen Preis auszeichnet, und die über eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber stoßwellenbehafteten Meßdrücken und ein gutes Temperaturverhalten verfügt, und die leicht zu miniaturisieren ist.
Um diese Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Druckmeßvorrichtung vom Vibrationstyp gemäß Anspruch 1 bereit.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 bis 4 zeigen den allgemeinen Aufbau herkömmlicher Beispiele; Fig. 5 bis 7 zeigen Diagramme zur Erläuterung des Funktionsverhaltens der Ausführung nach Fig. 1; Fig. 11 und 12 zeigen Diagramme zur Erläuterung des Funktionsverhaltens der Ausführung nach Fig. 8; Fig. 13 ist eine Darstellung zur Erläuterung wesentlicher Teile einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung; Fig. 14 ist eine Darstellung zur Erläuterung wesentlicher Teile einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung; Fig. 15 ist eine Darstellung zur Erläuterung wesentlicher Teile einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung; Fig. 16 bis 22 sind Darstellungen zur Erläuterung der Herstellung der Ausführung nach Fig. 15; Fig. 23 ist eine Darstellung zur Erläuterung wesentlicher Teile einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung; Fig. 24 ist eine Darstellung zur Erläuterung wesentlicher Teile beim Einsatz eines beispielhaften Schwingelements entsprechend der vorliegenden Erfindung; Fig. 25 ist eine Darstellung zur Erläuterung wesentlicher Teile einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung; Fig. 26 bis 32 sind Darstellungen zur Erläuterung der Herstellung der Ausführung nach Fig. 25; Fig. 33 ist eine Darstellung zur Erläuterung wesentlicher Teile einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung; Fig. 34 bis 42 sind Darstellungen zur Erläuterung der Herstellung der Ausführung nach Fig. 33; Fig. 43 ist eine Darstellung zur Erläuterung wesentlicher Teile einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung; Fig. 44 bis 50 sind Darstellungen zur Erläuterung der Herstellung der Ausführung nach Fig. 43; Fig. 51 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Funktionsverhaltens der Ausführung nach Fig. 43; Fig. 52 ist eine Darstellung zur Erläuterung wesentlicher Teile einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung; Fig. 53 bis 59 sind Darstellungen zur Erläuterung der Herstellung der Ausführung nach Fig. 52; und Fig. 60 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Funktionsverhaltens der Ausführung nach Fig. 52.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 8 ist eine Darstellung zur Erläuterung wesentlicher Teile einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, Fig. 9 ist eine detaillierte Darstellung wesentlicher Teile der Fig. 8, und Fig. 10 ist eine detaillierte Darstellung wesentlicher Teile der Fig. 9.
In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 101 einen blockförmigen Körper, 102 einen im Inneren des Körpers 101 bereitgestellten Innenraum, und 103 eine zentrale Membran zur Trennung des Innenraums 102 in zwei zentrale Hohlräume 104 und 105.
Die mit den Bezugszeichen 111 und 112 bezeichneten Teile sind auf der Außenseite des Körpers 101 angeordnet, wobei es sich um Dichtmembranen zur Bildung des Körpers 101 und der Dichtkammern 113 und 114 handelt. Die Bezugszeichen 115 und 116 bezeichnen zusätzliche Kapselungen im Körper 101 an den Dichtmembranen 111 und 112.
Das Bezugszeichen 117 ist ein Verbindungsloch zur Verbindung der zentralen Hohlräume 104 und 105 und der Dichtkammern 113 und 114.
Das Bezugszeichen 118 ist ein Gehäuse, das mit einer Oberfläche mit dem Körper 101 verbunden ist und einen Innenraum 119 im Inneren enthält.
Das Bezugszeichen 120 ist ein Sensorteil, das einen Grundkörper 121, ein Substrat 122, einen Chip-Teil 123 und ein Schwingelement 124 umfaßt.
Der Grundkörper 121 ist in dem Innenraum 119 angeordnet.
Das Substrat 122 wird auf einer Seite vom Grundkörper 121 aufgenommen und besteht aus Silizium.
Das Chip-Teil 123 besteht aus Silizium und besitzt eine Membran 127, die mit einem konkaven Teil 126 versehen ist, wobei auf einer Seite eine Meßkammer 128 durch das Substrat 122 und den konkaven Teil 126 gebildet wird.
Das Schwingelement 124 ist in Form der Membran 127 bereitgestellt, wobei ein freier Spalt 131 aufrechterhalten bleibt.
Der Abschnitt zwischen dem freien Spalt 131 und der Außenseite des Chip-Teils 123 bildet eine Kapselung 129.
Das Bezugszeichen 140 bezeichnet eine Einrichtung zu Anlegen eines magnetischen Gleichfeldes, die einen Abstandhalter 141, einen Dauermagneten 142, ein Joch 143 und einen Jochträger 144 umfaßt, und die den Sensorteil 120 und auf der anderen Seite die Meßkammer 145 bildet und ein magnetisches Gleichfeld an das obenerwähnte Schwingelement anlegt.
Der Abstandhalter 141 ist mit einer Seite im Gehäuse 118 befestigt und erstreckt sich über den Umfang des Grundkörpers 121, des Substrats 122 und des Chip-Teils 123.
Der Dauermagnet 142 ist gegenüber dem Schwingelement 124 angeordnet.
Das Joch 143 schützt den Dauermagneten 142 und bewirkt ein senkrechtes Schneiden des magnetischen Flusses mit der axialen Richtung des Schwingelementes 124, wobei es in Zusammenhang mit letzterem eine Oberfläche nahe bei der Membran 127 aufweist und einen erforderlichen engen Spalt 145 zur Membran 127 einhält.
Der Jochträger 144 nimmt das Joch 143 auf und ist am Anstandhalter 141 befestigt.
Das Bezugszeichen 151 bezeichnet eine Gehäusekappe mit U- förmigem Querschnitt, die eine entsprechende Elastizität zur Einstellung der relativen Position des Schwingelements 124 und des Magneten 142 mit guter Präzision aufweist, und die aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht, der nahezu gleich demjenigen des Jochträgers 144 und des Gehäuses 118 ist, wobei diese so ausgeführt ist, daß der Jochträger 144 in einer Öffnung im unteren Teil 152 sitzt, wodurch der Jochträger 144 gegen den Abstandhalter 141 gepreßt wird, und wobei in der offenen Seite 153 das Gehäuse 118 in einer Öffnung sitzt und bei 155 verschweißt und damit mit dem Umfang 154 der offenen Seite des Gehäuses 118 verbunden ist.
Das Bezugszeichen 161 bezeichnet ein Verbindungsloch zur Verbindung einer Seite der Meßkammer 128 mit einer Seite 105 der zentralen Kammer.
Das Bezugszeichen 162 bezeichnet ein Verbindungsloch zur Verbindung der anderen Seite der Meßkammer 145 mit der anderen Seite 106 der zentralen Kammer.
Die Bezugszeichen 163 und 160 bezeichnen jeweils nichtkompressible Flüssigkeiten, die in zwei durch die Dichtkammern 113 und 114, die Verbindungslöcher 117, 161 und 162, die zentralen Kammern 105 und 106, den Innenraum 119 und die Meßkammern 128 und 145 gebildeten Hohlräumen unter Druck stehen. Im vorliegenden Fall wird Silikonöl für die unter Druck stehenden Flüssigkeiten verwendet.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird der auf die Dichtmembranen 111 und 112 ausgeübte Differenzdruck über die Verbindungslöcher 161 und 162 in die Meßkammern 128 bzw. 145 übertragen, wobei die Membran 127 entsprechend dem Differenzdruck ausgelenkt wird. Mit der zu diesem Differenzdruck proportionalen Auslenkung wird die Axialkraft auf das mit beiden Enden an der Membran 127 befestigte Schwingelement 124 verändert.
Das Schwingelement 124 ist so ausgeführt, daß es durch das Magnetfeld der Einrichtung 140 zum Anlegen eines magnetischen Gleichfeldes und die mit dem Schwingelement 124 verbundene selbsterregende Rückkopplungs-Schwingschaltung (im folgenden beschrieben) mit der Eigenfrequenz des Schwingelementes 124 schwingt.
Daher kann, da sich bei einer Änderung der Axialkraft auf das Schwingelement 124 die Eigenfrequenz des Schwingelementes 124 ändert, der Meßdruck gemessen werden.
Außerdem liegt die Membran 127 nicht in Resonanz mit dem Schwingelement 124, da sie durch das Joch 143, welches so angeordnet ist, daß es einen bestimmten Spalt 146 gegenüber der Meßmembran 127 einhält, und somit durch den festgelegten Wert der Spaltweite und den Zähigkeitswiderstand der unter Druck im Spalt 146 befindlichen Flüssigkeit 164 bedämpft wird.
Da die Frequenzantwortcharakteristik der Meßmembran 127 so gestaltet ist, daß sie unterhalb der kritischen Dämpfung für stoßwellenbehaftete externe Meßdrücke liegt, ist der Druck ideal bedämpft, so daß bis zum Erreichen der Resonanzfrequenz der Meßmembran 127 eine flach verlaufende Frequenzantwort erzielt werden kann.
Obwohl also die Membran 127 eine durch ihre Form bestimmte Resonanzfrequenz besitzt, wird sie durch das Silikonöl 154 im Spalt zwischen der Membran 127 und dem Joch 143 so bedämpft, daß die Membran 127 selbst dann nicht in Resonanz gelangen kann, wenn die Schwingungsfrequenz des Schwingelements 124 mit der Resonanzfrequenz der Membran 127 übereinstimmt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird diese Bedingung beispielsweise hinreichend durch ein Silikonöl von 100 cs in einem Spalt 146 von < 0,1 mm zwischen dem Joch 143 und der Membran 127 erfüllt.
Die Fig. 11 zeigt ein Beispiel, bei dem der Zusammenhang zwischen dem Wert Q der Membran 127 und dem Spalt 146 in verschiedenen Flüssigkeiten gemessen wurde. Dabei war bekannt, daß für Q < 0,7 der Einfluß der Resonanz auf die Membran 127 gering wird.
Der Buchstabe A kennzeichnet den Fall, bei dem das unter Druck stehende Fluid 164 durch die Atmosphäre gebildet wird, B bezeichnet den gleichen Fall für Freon R, und C den Fall für Silizium.
Da das Joch 143 so angeordnet ist, daß es einen bestimmten Spalt 146 gegenüber der Membran 127 einhält, ist die Einrichtung durch die Höhe h des festgelegten Spalts 146 sowie den Zähigkeitswiderstand der unter Druck im Spalt befindlichen Flüssigkeit 164 so ausgelegt, daß die charakteristische Frequenzantwort der Membran 127 bei stoßwellenbehaftetem Meßdruck geringer wird als die kritische Dämpfung, so daß sie ideal bedämpft ist, und bis zum Erreichen der Resonanzfrequenz der Membran 127 eine flach verlaufende Frequenzantwort erzielt werden kann.
Im Ergebnis bedeutet dies folgendes:
(1) Da die Anregung des Schwingelements 124 nicht mit der Resonanzfrequenz der Membran 127 zusammenfällt, tritt der Fall einer Beeinträchtigung der Linearität durch Resonanzeffekte und von Hystereseerscheinungen nicht auf, so daß eine hochpräzise Druckmeßvorrichtung vom Schwingungstyp erhalten wird.
(2) Auch wenn ein stoßwellenbehafteter Meßdruck auf die Vorrichtung aufgebracht wird, wird die Membran 127 nicht zerstört. Da die Membran 127 durch stoßwellenbehaftete Meßdrücke nicht zerstört wird, kann eine Druckmeßvorrichtung mit einer hochfrequenten Frequenzantwort bereitgestellt werden.
(3) Die Drosselung R und das Volumen können gering gehalten werden, wodurch die mit guten Temperaturcharakteristiken ausgestattete Vorrichtung leicht miniaturisierbar ist.
In der Fig. 12 ist der Zusammenhang zwischen der Spaltweite h und der Frequenzcharakteristik der Vorrichtung wiedergegeben.
Die für die Spaltweite hc angegebene Frequenzcharakteristik gibt die Frequenzcharakteristik der vorliegenden Erfindung wieder.
In der Gehäusekappe 151 sind das Gehäuse 118 und der Jochträger in einer Öffnung angeordnet, und der untere Teil 152 drückt den Jochträger 144 und den Abstandhalter 141 in Richtung des Schwingelements 124, wobei aufgrund der Schweißverbindung 155 zwischen dem Umfang 154 der offenen Seite der Gehäusekappe 151 und dem Gehäuse 118 die Gehäusekappe 151 den Jochträger 144 gegen das Gehäuse 118 drücken kann, so daß die relative Position des Gehäuses und des Jochträgers exakt sichergestellt werden kann. Dadurch kann die relative Position des Schwingelements 124 und des Magneten 142 in einer Richtung senkrecht zur Achse der Gehäusekappe 151 bei der Montage mit großer Präzision korrekt eingehalten werden.
Aus dieser Tatsache resultiert eine Verbesserung der Ausgangscharakteristik, so daß die Genauigkeit der Messung erhöht werden kann.
Die von der Gehäusekappe 151 und vom unteren Teil 152 zur Halterung ausgeübte Andruckkraft kann aufgrund fehlender Verbindungsstellen oder Preßsitze keine gefährlichen Spannungskonzentrationen, Verformungen etc. aufgrund externer Einflüsse wie etwa der Temperatur hervorrufen. Auf diese Weise können die ausgeprägten und stabilen Kennwerte der Vorrichtung über lange Zeit sichergestellt werden.
Fig. 13 ist eine Darstellung zur Erläuterung wesentlicher Teile einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung. In der vorliegenden Ausführung wird eine starre Gehäusewandung 165 gegenüber der Innenseite der Membran 127 bereitgestellt.
Fig. 14 ist eine Darstellung zur Erläuterung wesentlicher Teile einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung. In der vorliegenden Ausführung werden die Membran 127 und die starre Gehäusewandung 166 als eine Einheit bereitgestellt.
Fig. 15 ist eine Darstellung zur Erläuterung wesentlicher Teile einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung. Es sei angemerkt, daß beim herkömmlichen Beispiel der Fig. 1 die Oberfläche des Schwingelements 3 eine verspiegelte Oberfläche ist, wobei aufgrund der geringen Oberflächenrauhigkeit und der Tatsache der Aktivität der Oberfläche bei der Berührung des Schwingelements 3 mit der Oberfläche der Membran 11 durch externe Störungen wie Stoßeinwirkungen etc. oder Verformungen etc. aufgrund einer großen Druckbelastung das Schwingelement selbst an der Oberfläche der Membran anhaften kann.
Als Gegenmaßnahme hierzu könnte man überlegen, die Seitenfläche der Membran 11 als geneigte Fläche auszuführen, wobei die längsgerichtete Seitenfläche des Schwingelements 3 mit dieser geneigten Seitenfläche nur in Form einer Linienberührung in Kontakt gelangt.
Selbst wenn jedoch die Membran in der oben beschriebenen Weise ausgeführt ist, ist das Problem der Anhaftung des Schwingelements an der Oberfläche der Membran 11 nicht beseitigt. Die Ausführung gemäß Fig. 15 ist ein Ansatz zur Lösung dieses Problempunkts.
In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 167 eine rauhe oder unebenen Oberfläche auf der Außenwand 132 der Membran 127 oder auf der Außenseite des Schwingelements 124, die so ausgebildet ist, daß das Schwingelement 124 nicht an der Außenwand 132 der Membran 127 anhaftet. In diesem Fall besteht die auf der Außenwand 132 der Membran 127 bereitgestellte Oberfläche aus einer großflächigen Polysiliziumschicht.
In der vorliegenden Ausführungsform bleibt das Schwingelement 124 selbst für den Fall, daß das Schwingelement 124 die Außenfläche der Membran 127 aufgrund von externen Einflüssen wie Stoßeinwirkungen etc. oder Verformungen berührt, wegen des Vorhandenseins der rauhen Oberfläche 167 nicht an der Außenfläche 132 der Membran 127 haften, so daß die Einrichtung nach Beseitigung des externen Einflusses wieder völlig in den ursprünglichen Zustand zurückkehrt.
Im Fall einer Außenwand 132 der Membran 127 in Form einer verspiegelten Oberfläche wäre daher aufgrund der geringen Oberflächenrauhigkeit und der Aktivität der Oberfläche zu befürchten, daß das Schwingelement 124 an der Außenwand 132 der Membran 127 haften bleibt, wenn das Schwingelement 124 die Außenwand 132 der Membran 127 berührt, wobei jedoch wegen der Beschichtung der Außenwand 132 der Membran mit einer Polysiliziumschicht 167 kein solcher Fall des Anhaftens des Schwingelements 124 an der Außenwand 132 der Membran 127 auftritt, so daß die Zuverlässigkeit der Einrichtung erhöht wird.
Selbstverständlich kann trotz der Ausführungen anhand des Falls einer Bereitstellung einer Polysiliziumschicht 167 auf einem Teil der Oberfläche der Außenwand 132 der Membran 127 die Polysiliziumschicht 167 auch über die gesamte Oberfläche der Außenwand 132 der Membran 127 erstreckt sein kann.
Ein solches Chip-Teil 123 wie oben beschrieben wird z.B. wie in den Fig. 16 bis 22 gezeigt hergestellt.
(1) Wie in der Fig. 16 gezeigt, wird auf dem aus n-Silizium (100) geschnittenen Chip-Teil 123 die Schicht 171 aus Siliziumoxid oder Silziumnitrid geformt. Der erforderliche Teil 172 der Schicht 171 wird durch Photolithographie entfernt.
(2) Wie in der Fig. 17 gezeigt, wird unter einer Wasserstoffatmosphäre (H&sub2;) bei 1050ºC durch Ätzung mittels Chlorwasserstoff ein konkaver Abschnitt 173 geformt, wobei wie erforderlich ein Teil 172 des Chip-Teils 123 abgeätzt und die Schicht 171 unterätzt wird.
Es sei angemerkt, daß das Verfahren des anisotropischen Ätzens verwendet werden kann, wobei anstelle von Chlorwasserstoff Heißdampf und Sauerstoff oder eine alkalische Flüssigkeit mit 40ºC bis 130ºC Verwendung finden.
(3) Wie in der Fig. 18 gezeigt, wird das selektive epitaxiale Aufwachsen in einer Wasserstoffatmosphäre (H&sub2;) von 1050ºC durch Beimischung von Chlorwasserstoffgas zum Ausgangsgas durchgeführt. Dies umfaßt folgendes:
{1} Die erste epitaxiale Schicht 174 entsprechend des halben Spaltes 131 wird durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 10¹&sup8; cm&supmin;³ aufgebracht.
{2} Die zweite epitaxiale Schicht 175 für das Schwingelement 124 wird durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 3x10¹&sup9; cm&supmin;³ aufgebracht.
{3} Auf der Oberfläche der zweiten epitaxialen Schicht 175 wird die dritte epitaxiale Schicht 176 entsprechend der unteren Hälfte des Spaltes 131 durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 10¹&sup8; cm&supmin;³ aufgebracht.
{4} Auf der Oberfläche der dritten epitaxialen Schicht 176 wird die vierte epitaxiale Schicht 177 für die Kapselung 129 durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 10¹&sup9; cm&supmin;³ aufgebracht.
(4) Wie in der Fig. 19 gezeigt, wird durch Entfernen der Schicht 171 aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid durch Ätzen mittels Flußsäure (HF) ein Ätzmittelzugang 178 geschaffen.
(5) Wie in der Fig. 20 gezeigt, werden bei der vierten Schicht durch Anlegen positiver Impulse oder einer positiven Spannung an das Chip-Teil 123 und durch Zufuhr einer alkalischen Flüssigkeit über den Ätzmittelzugang 178 die erste und die dritte epitaxiale Schicht 174 bzw. 176 durch selektives Ätzen abgetragen.
Der Grund für den Unterschied beim Ätzverfahren für die zweite und erste oder die dritte epitaxiale Schicht 175 bzw. 174 oder 176 liegt darin, daß beim Ätzvorgang ein Unterdrückungsphänomen auftritt, wenn die Borkonzentration einen Wert von 3x10¹&sup9; cm&supmin;³ überschreitet.
(6) Wie in der Fig. 21 gezeigt, wird die Schicht 179 aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid auf die gesamte Oberfläche aufgebracht. Im vorliegenden Fall wird ein Siliziumoxidfilm 179 aufgebracht.
(7) Wie in der Fig. 22 gezeigt, wird eine Polysiliziumschicht 181 bei 950ºC und unter 200 Torr aus Silan (SiH&sub4;) mit 0,3 l/min, Phosphin (PH&sub3;) mit 0,0005 l/min und Wasserstoff mit 200 l/min aufgebracht und damit der Ätzmittelzugang 178 geschlossen. Die Oberflächenrauhheit der Polysiliziumschicht 181 beträgt in diesem Fall etwa 0,1 um.
Die Fig. 23 ist eine Darstellung zur Erläuterung wesentlicher Teile einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung und gibt eine vergrößerte Darstellung der Umgebung des Schwingelementes 124 wieder. In der Figur haben gleich bezeichnete Komponenten die gleichen Funktionen wie in der Fig. 8.
Das Bezugszeichen 182 bezeichnet eine rauhe Oberfläche auf der Seite der Kapselung 129 des Schwingelements 124.
In der oben beschriebenen Anordnung ändert sich bei der Aufbringung eines Meßdruckes auf das Schwingelement 124 die axiale Kraft auf das Schwingelement 124, so daß aufgrund der Änderung der Eigenfrequenz desselben der zu messende Druck durch die Änderung der Schwingungsfrequenz des Schwingelements gemessen werden kann.
Da auf einer Seite der Kapselung 129 des Schwingelements 124 eine rauhe Oberfläche 182 bereitgestellt ist, bleibt selbst im Fall einer Berührung des Schwingelements 124 mit der Wandoberfläche 132 der Membran 127 das Schwingelement 124 aufgrund des Vorhandenseins der rauhen Oberfläche 182 nicht an der Wandobfläche 132 der Membran 127 haften, und kann daher nach Aufhebung der externen Störung exakt in den Ausgangszustand zurückkehren.
Die Fig. 24 ist eine Darstellung zur Erläuterung der beispielhaften Verwendung des Schwingelements gemäß der vorliegenden Erfindung. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 124 ein Schwingelement, dessen beide Anschlüsse mit der Membran 127 verbunden und mit zwei ersten Schwingern 191 und dem zweiten Schwinger 192 versehen sind, um die mechanische Kopplung der Knoten der ersten Schwinger 191 zu bewirken.
Das Bezugszeichen 193 bezeichnet die Schwingungserregungseinrichtung zur Erregung des Schwingelements 124 durch die Wirkung der magnetische Induktion auf die Richtung der senkrechten Überschneidung des magnetischen Feldes und des Flusses, wofür durch einen Eingangstransformator 194 auf einer Seite ein Wechselstrom über die beiden Anschlüsse des ersten Schwingers 191 geschickt und ein zum Schwingelement 124 senkrechtes magnetisches Feld mittels eines Magneten 143 aufgebracht wird.
Die Sekundärseite des Eingangstransformators 194 ist mit den beiden Anschlüssen des ersten Schwingers 191 einer Seite verbunden.
Das Bezugszeichen 195 bezeichnet die Schwingungserfassungseinrichtung zur Erfassung der an den beiden Anschlüssen eines weiteren ersten Schwingers 191 auftretenden elektromotorischen Kraft. In diesem Fall gelangen ein Ausgangstransformator 196 und ein Verstärker 197 zur Anwendung. Die Primärseite des Ausgangstransformators 196 ist mit den beiden Anschlüssen eines weiteren ersten Schwingers 191 verbunden, während die Sekundärseite über den Verstärker 197 mit dem Ausgang 198 verbunden ist, und in diesem Zusammenhang geteilt und mit der Primärseite des Eingangstransformators 194 verbunden ist, so daß hiermit insgesamt eine selbsterregende Rückkopplungschaltung gebildet wird. Die Schwingung des Schwingelements 124 wird durch den Schwingungsdetektor 195 erfaßt und als Ausgangssignal ausgegeben.
Es sei angemerkt, daß die oben beschriebene Ausführung, obwohl die Erläuterung für an der Wand der Kapselung 129, auf der Wand 132 der Membran oder an einer Wand der Kapselung 127 des Schwingelements 124 angebrachte rauhe Oberflächen gegeben wurde, nicht auf diese beschränkt ist, und daß z.B. die rauhe Oberfläche über die gesamte Oberfläche 132 der Membran oder über die gesamte Oberfläche des Schwingelements 124 erstreckt sein kann, und daß es sich kurz gesagt um eine Ausführung handeln kann, bei der das Schwingelement 124 nicht an der Oberfläche 132 der Membran anhaftet. Außerdem handelt es sich selbstverständlich nicht nur um eine rauhe Oberfläche, sondern ebenso um eine unebene Oberfläche.
Die Fig. 25 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei es sich um eine vergrößerte Darstellung der Umgebung des Schwingelements 124 handelt. In der Figur haben Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen identische Funktionen wie in der Fig. 8.
Das Bezugszeichen 201 bezeichnet die erste Schicht, die aus einem Oxid- oder Nitridfilm besteht, der auf die Oberfläche des Schwingelements 124 aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 202 bezeichnet die zweite Schicht, die aus Polysilizium mit rauher Oberfläche besteht, das auf die Oberfläche der ersten Schicht 201 aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 203 bezeichnet die dritte Schicht, die aus einem Oxid- oder Nitridfilm besteht, der auf die Oberfläche 132 der Wand 132 aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 204 bezeichnet die vierte Schicht, die aus Polysilizium besteht, das auf die Oberfläche der dritten Schicht 203 aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 205 bezeichnet die fünfte Schicht, die aus einem Oxid- oder Nitridfilm besteht, der auf die Außenseite der Kapselung 129 aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 206 bezeichnet die sechste Schicht, die aus Polysilizium besteht, das auf die Oberfläche der fünften Schicht 205 aufgebracht ist.
In der oben beschriebenen Ausführung wird der Meßwandler vom Vibrationstyp entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 25 wie in den Fig. 26 bis 32 gezeigt hergestellt.
(1) Wie in der Fig. 26 gezeigt, wird auf dem aus n-Silizium (100) geschnittenen Chip-Teil 123 die Schicht 211 aus Siliziumoxid oder Silziumnitrid geformt. Der erforderliche Teil 212 der Schicht 211 wird durch Photolithographie entfernt.
(2) Wie in der Fig. 27 gezeigt, wird unter einer Wasserstoffatmosphäre (H&sub2;) bei 1050ºC durch Ätzung mittels Chlorwasserstoff ein konkaver Abschnitt 213 geformt, wobei wie erforderlich ein Teil 212 des Chip-Teils 123 abgeätzt und die Schicht 211 unterätzt wird.
Es sei angemerkt, daß anstelle von Chlorwasserstoff Heißdampf und Sauerstoff oder das Verfahren des anisotropischen Ätzens mit einer alkalischen Flüssigkeit mit 40ºC bis 130ºC Verwendung finden kann.
(3) Wie in der Fig. 28 gezeigt, wird das selektive epitaxiale Aufwachsen in einer Wasserstoffatmosphäre (H&sub2;) von 1050ºC durch Beimischung von Chlorwasserstoffgas zum Ausgangsgas durchgeführt.
Dies umfaßt folgendes:
{1} Die erste epitaxiale Schicht 214 entsprechend der oberen Hälfte des Spaltes 131 wird durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 10¹&sup8; cm&supmin;³ aufgebracht.
{2} Die zweite epitaxiale Schicht 215 für das Schwingelement 124 wird durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 3x10¹&sup9; cm&supmin;³ aufgebracht, wobei der erforderliche Abschnitt 212 auf der Oberfläche der ersten epitaxialen Schicht 214 geschlossen wird.
{3} Auf der Oberfläche der zweiten epitaxialen Schicht 215 wird die dritte epitaxiale Schicht 216 entsprechend der unteren Hälfte des Spaltes 131 durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 10¹&sup8; cm&supmin;³ aufgebracht.
{4} Auf der Oberfläche der dritten epitaxialen Schicht 216 wird die vierte epitaxiale Schicht 217 für die Kapselung 4 durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 3x10¹&sup9; cm&supmin;³ aufgebracht.
(4) Wie in der Fig. 29 gezeigt, wird durch Entfernen der Schicht 211 aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid durch Ätzen mittels Flußsäure (HF) ein Ätzmittelzugang 218 geschaffen.
(5) Wie in der Fig. 30 gezeigt, werden bei der vierten Schicht durch Anlegen positiver Impulse oder einer positiven Spannung an das Chip-Teil 123 und durch Zufuhr einer alkalischen Flüssigkeit über den Ätzmittelzugang 218 die erste und die dritte epitaxiale Schicht 214 bzw. 216 durch selektives Ätzen abgetragen.
Der Grund für den Unterschied beim Ätzverfahren für die zweite und erste oder die dritte epitaxiale Schicht 215 bzw. 214 oder 216 liegt darin, daß beim Ätzvorgang ein Unterdrückungsphänomen auftritt, wenn die Borkonzentration einen Wert von 3x10¹&sup9; cm&supmin;³ überschreitet.
(6) Wie in der Fig. 31 gezeigt, wird die Schicht 219 aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid auf die gesamte Oberfläche aufgebracht. Im vorliegenden Fall wird ein Siliziumoxidfilm 219 aufgebracht.
(7) Wie in der Fig. 32 gezeigt, wird eine Polysiliziumschicht 221 bei 950ºC und unter 200 Torr aus Silan (SiH&sub4;) mit 0,3 l/min, Phosphin (PH&sub3;) mit 0,0005 l/min und Wasserstoff mit 200 l/min auf die Siliziumoxidschicht 219 aufgebracht und damit der Ätzmittelzugang 218 geschlossen. Die Oberflächenrauhheit der Polysiliziumschicht 221 beträgt in diesem Fall etwa 0,1 um.
Im Ergebnis wäre, da die Außenwand des Schwingelements 124 eine verspiegelte Oberfläche ist, wobei die Oberfläche nur wenig rauh und gleichzeitig aktiv ist, trotzdem zu befürchten, daß das Schwingelement 124 bei einer Berührung der Wand der Einkapselung 129 aufgrund externer Einflüsse wie Stoßeinwirkungen etc. oder Verformung etc. aufgrund einer hohen Druckkraft an der Außenwand der Einkapselung 129 haften bleibt, wobei jedoch wegen der Beschichtung des Schwingelementes 124 mit der zweiten Polysiliziumschicht mit rauher Oberfläche das Schwingelement 124 nicht an der Außenwand der Einkapselung 129 anhaftet, so daß die Zuverlässigkeit der Einrichtung erhöht wird.
Die Fig. 33 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei es sich um eine vergrößerte Darstellung der Umgebung des Schwingelements 124 handelt. In der Figur haben Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen identische Funktionen wie in der Fig. 8.
Das Bezugszeichen 231 bezeichnet die erste Schicht, die aus einem Oxid- oder Nitridfilm besteht, der auf die Oberfläche des Schwingelements 124 aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 232 bezeichnet die zweite Schicht, die aus Polysilizium mit rauher Oberfläche besteht, das auf die Oberfläche der ersten Schicht 231 aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 233 bezeichnet die dritte Schicht, die aus einem Oxid- oder Nitridfilm besteht, der auf die Oberfläche 132 der Membran 127 aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 234 bezeichnet die vierte Schicht, die aus Polysilizium besteht, das auf die Oberfläche der dritten Schicht 223 aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 235 bezeichnet die siebte Schicht, die aus einem Silizium-Einkristall besteht, der auf die Außenseite der Kapselung 129 aufgebracht ist.
In der oben beschriebenen Ausführung wird der Meßwandler vom Vibrationstyp entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 33 wie in den Fig. 34 bis 42 gezeigt hergestellt.
(1) Wie in der Fig. 34 gezeigt, wird auf dem aus n-Silizium (100) geschnittenen Chip-Teil 123 die Schicht 241 aus Siliziumoxid oder Silziumnitrid geformt. Der erforderliche Teil 242 der Schicht 241 wird durch Photolithographie entfernt.
(2) Wie in der Fig. 35 gezeigt, wird unter einer Wasserstoffatmosphäre (H&sub2;) bei 1050ºC durch Ätzung mittels Chlorwasserstoff ein konkaver Abschnitt 243 geformt, wobei wie erforderlich ein Teil 242 des Chip-Teils 123 abgeätzt und die Schicht 241 unterätzt wird.
Es sei angemerkt, daß anstelle von Chlorwasserstoff Heißdampf und Sauerstoff oder das Verfahren des anisotropischen Atzens mit einer alkalischen Flüssigkeit mit 40ºC bis 130ºC Verwendung finden kann.
(3) Wie in der Fig. 36 gezeigt, wird das selektive epitaxiale Aufwachsen in einer Wasserstoffatmosphäre (H&sub2;) von 1050ºC durch Beimischung von Chlorwasserstoffgas zum Ausgangsgas durchgeführt.
Dies umfaßt folgendes:
{1} Die erste epitaxiale Schicht 244 entsprechend der oberen Hälfte des Spaltes 131 wird durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 10¹&sup8; cm&supmin;³ aufgebracht.
{2} Die zweite epitaxiale Schicht 245 für das Schwingelement 124 wird durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 3x10¹&sup9; cm&supmin;³ aufgebracht, wobei der erforderliche Abschnitt 242 auf der Oberfläche der ersten epitaxialen Schicht 244 geschlossen wird.
{3} Auf der Oberfläche der zweiten epitaxialen Schicht 245 wird die dritte epitaxiale Schicht 246 entsprechend der unteren Hälfte des Spaltes 131 durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 10¹&sup8; cm&supmin;³ aufgebracht.
{4} Auf der Oberfläche der dritten epitaxialen Schicht 246 wird die vierte epitaxiale Schicht 247 durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 3x10¹&sup9; cm&supmin;³ aufgebracht.
(4) Wie in der Fig. 37 gezeigt, wird die Schicht 241 aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid durch Ätzen mittels Flußsäure (HF) entfernt, um einen Ätzmittelzugang 248 zu schaffen.
(5) Wie in der Fig. 38 gezeigt, werden bei der vierten Schicht durch Anlegen positiver Impulse oder einer positiven Spannung an das Chip-Teil 123 und durch Zufuhr einer alkalischen Flüssigkeit über den Ätzmittelzugang 248 die erste und die dritte epitaxiale Schicht 244 bzw. 246 durch selektives Ätzen abgetragen.
Der Grund für den Unterschied beim Ätzverfahren für die zweite und erste oder die dritte epitaxiale Schicht 245 bzw. 244 oder 246 liegt darin, daß beim Ätzvorgang ein Unterdrückungsphänomen auftritt, wenn die Borkonzentration einen Wert von 3x10¹&sup9; cm&supmin;³ überschreitet.
(6) Wie in der Fig. 39 gezeigt, wird die Schicht 249 aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid auf die gesamte Oberfläche aufgebracht. Im vorliegenden Fall wird ein Siliziumoxidfilm 249 aufgebracht.
(7) Wie in der Fig. 40 gezeigt, wird eine positive Photolackschicht 251 auf den gesamten Grundkörper aufgetragen. Nach dem Auftragen der Photolackschicht 251 wird die gesamte Oberfläche mit ultraviolettem Licht bestrahlt.
(8) Wie in der Fig. 41 gezeigt, wird die Photolackschicht 251 entwickelt und der belichtete Teil abgetragen. Anschließend werden die Siliziumoxidschichten 249 auf der Außenseite der vierten epitaxialen Schicht 247 und auf der Außenseite des Chip-Teils 123 durch Ätzen entfernt.
(9) Wie in der Fig. 42 gezeigt, ist die Photolackschicht 251 entfernt. Danach wird bei 950ºC und unter 200 Torr aus Silan (SiH&sub4;) mit 0,3 l/min, Phosphin (PH&sub3;) mit 0,0005 l/min und Wasserstoff mit 200 l/min eine Polysiliziumschicht 252 auf die Siliziumoxidschicht 249 aufgebracht und damit der Ätzmittelzugang 248 geschlossen.
Anschließend wird auf der Außenseite der vierten epitaxialen Schicht 247 und der Außenseite des Chip-Teils 123 durch epitaxiales Aufwachsen eine fünfte Schicht 253 vom n-Typ gebildet. Die Oberflächenrauhheit der Polysiliziumschicht 252 beträgt in diesem Fall etwa 0,1 um.
Im Ergebnis wäre, da die Außenwand des Schwingelements 124 eine verspiegelte Oberfläche ist, wobei die Oberfläche nur wenig rauh und gleichzeitig aktiv ist, trotzdem zu befürchten, daß das Schwingelement 124 bei einer Berührung der Wand der Einkapselung 129 aufgrund externer Einflüsse wie Stoßeinwirkungen etc. oder Verformung etc. aufgrund einer hohen Druckkraft an der Außenwand der Einkapselung 129 haften bleibt, wobei jedoch wegen der Beschichtung des Schwingelementes 124 mit der zweiten Polysiliziumschicht mit rauher Oberfläche das Schwingelement 124 nicht an der Außenwand der Einkapselung 129 anhaftet, so daß die Zuverlässigkeit der Einrichtung erhöht wird.
Damit können durch die Ausführung der Membran 127 als Einkristall auf der Außenseite der Einkapselung 129, die nicht mit den Maßnahmen zur Vermeidung des Anhaftens des Schwingelements 124 in Zusammenhang steht, Festigkeits-, Elastizitäts- und Stabilitätseigenschaften wie bei herkömmlichen Meßmembranen, die ausschließlich einen Einkristall beinhalten, erzielt werden.
Die Fig. 43 ist eine Darstellung zur Erläuterung wesentlicher Teile einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung und gibt eine vergrößerte Darstellung der Umgebung des Schwingelementes 124 wieder.
Allgemein kann der Einfluß der mechanischen Spannung des Schwingelements 124 für den Fall der Verwendung als Dehnungsmeßstreifen als Spannungsfaktor GF ausgedrückt werden:
GF = (1/2) (0,24 (L/h)²)/(1 + 0,24 (L/h)² &epsi;&sub0;)
mit:
L : Länge des Schwingelements 124
h : Dicke des Schwingelements
&epsi;&sub0; : mechanische Spannung
Der Arbeitspunkt des Dehnmeßstreifens wird durch Bedingungen wie etwa einer Borkonzentration von mehr als 3x10¹&sup9; cm&supmin;³ bestimmt, wodurch die kristalline Verformung des Schwingelements 124 auf etwa 200 bis 300 u beschränkt bleibt.
Die Einrichtung ist daher insofern beeinträchtigt, als der angestrebte Auslegungsbereich aufgrund der Begrenzung durch diesen Arbeitspunkt eingeschränkt wird.
Die Ausführungsform nach der Fig. 43 soll dieses Problem lösen.
In der Ausführung der Figur 43 haben Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen identische Funktionen wie in der Fig. 8.
Das Bezugszeichen 261 bezeichnet die erste Schicht, die aus einem Oxid- oder Nitridfilm besteht, der auf die Oberfläche des Schwingelements 3 aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 262 bezeichnet die zweite Schicht, die aus Polysilizium besteht, das auf die Oberfläche der ersten Schicht 261 aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 263 bezeichnet die dritte Schicht, die aus einem Oxid- oder Nitridfilm besteht, der auf die Oberfläche 132 der Membran aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 264 bezeichnet die vierte Schicht, die aus Polysilizium besteht, das auf die Oberfläche der dritten Schicht 263 aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 265 bezeichnet die fünfte Schicht, die aus einem Oxid- oder Nitridfilm besteht, der auf die Außenseite der Kapselung 129 aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 266 bezeichnet die sechste Schicht, die aus Polysilizium besteht, das auf die Oberfläche der fünften Schicht 265 aufgebracht ist.
Anschließend wird durch Abgleich der Schichtdicke der ersten Schicht 261 und der zweiten Schicht 262 die vom Schwingelement 124, der ersten Schicht 261 und der zweiten Schicht 262 erzeugte mechanische Spannung auf einen festgelegten Wert eingestellt.
In der oben beschriebenen Ausführung wird der Meßwandler vom Vibrationstyp entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 43 wie in den Fig. 44 bis 50 gezeigt hergestellt.
(1) Wie in der Fig. 44 gezeigt, wird auf dem aus n-Silizium (160) geschnittenen Chip-Teil 123 die Schicht 271 aus Siliziumoxid oder Silziumnitrid geformt. Der erforderliche Teil 272 der Schicht 271 wird durch Photolithographie entfernt.
(2) Wie in der Fig. 45 gezeigt, wird unter einer Wasserstoffatmosphäre (H&sub2;) bei 1050ºC durch Ätzung mittels Chlorwasserstoff ein konkaver Abschnitt 273 geformt, wobei wie erforderlich ein Teil 272 des Chip-Teils 123 abgeätzt und die Schicht 271 unterätzt wird.
Es sei angemerkt, daß anstelle von Chlorwasserstoff Heißdampf und Sauerstoff oder das Verfahren des anisotropischen Ätzens mit einer alkalischen Flüssigkeit mit 40ºC bis 130ºC Verwendung finden kann.
(3) Wie in der Fig. 46 gezeigt, wird das selektive epitaxiale Aufwachsen in einer Wasserstoffatmosphäre (H&sub2;) von 1050ºC durch Beimischung von Chlorwasserstoffgas zum Ausgangsgas durchgeführt.
Dies umfaßt folgendes:
{1} Die erste epitaxiale Schicht 274 entsprechend der oberen Hälfte des Spaltes 131 wird durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 10¹&sup8; cm&supmin;³ aufgebracht.
{2} Die zweite epitaxiale Schicht 275 für das Schwingelement 124 wird durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 3x10¹&sup9; cm&supmin;³ auf der Oberfläche der ersten epitaxialen Schicht 274 aufgebracht, wobei der erforderliche Abschnitt 272 geschlossen wird.
{3} Auf der Oberfläche der zweiten epitaxialen Schicht 275 wird die dritte epitaxiale Schicht 276 entsprechend der unteren Hälfte des Spaltes 131 durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 10¹&sup8; cm&supmin;³ aufgebracht.
{4} Auf der Oberfläche der dritten epitaxialen Schicht 276 wird die vierte epitaxiale Schicht 277 für die Kapselung 129 durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 3x10¹&sup9; cm&supmin;³ aufgebracht.
(4) Wie in der Fig. 47 gezeigt, wird durch Entfernen der Schicht 271 aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid durch Ätzen mittels Flußsäure (HF) ein Ätzmittelzugang 278 geschaffen.
(5) Wie in der Fig. 48 gezeigt, werden für die vierte Schicht 277 durch Anlegen positiver Impulse oder einer positiven Spannung an das Chip-Teil 123 und durch Zufuhr einer alkalischen Flüssigkeit über den Ätzmittelzugang 278 die erste und die dritte epitaxiale Schicht 274 bzw. 276 durch selektives Ätzen abgetragen.
Der Grund für den Unterschied beim Ätzverfahren für die zweite und erste oder die dritte epitaxiale Schicht 275 bzw. 274 oder 276 liegt darin, daß beim Ätzvorgang ein Unterdrückungsphänomen auftritt, wenn die Borkonzentration einen Wert von 3x10¹&sup9; cm&supmin;³ überschreitet.
(6) Wie in der Fig. 49 gezeigt, wird die Schicht 279 aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid auf die gesamte Oberfläche aufgebracht. Im vorliegenden Fall wird eine Siliziumoxidschicht aufgebracht.
(7) Wie in der Fig. 50 gezeigt, wird eine Polysiliziumschicht 281 bei 950ºC und unter 200 Torr aus Silan (SiH&sub4;) mit 0,3 l/min, Phosphin (PH&sub3;) mit 0,0005 l/min und Wasserstoff mit 200 l/min auf die Oberfläche der Siliziumoxidschicht 279 aufgebracht und damit der Ätzmittelzugang 278 geschlossen. Die Oberflächenrauhheit der Polysiliziumschicht 281 beträgt in diesem Fall etwa 0,1 um
Anschließend wird durch Abgleich der Schichtdicke der ersten Schicht 261 und der zweiten Schicht 262 die vom Schwingelement 124, der ersten Schicht 261 und der zweiten Schicht 262 erzeugte mechanische Spannung auf einen festgelegten Wert eingestellt.
Im Ergebnis beträgt im Fall eines Schwingelements 124 aus Silizium mit hoher Borkonzentration die mechanische Spannung T je nach Borkonzentration etwa 100 bis 300 u. Wenn die erste auf diesem Schwingelement 124 aufgebrachte Schicht 261 aus Oxid besteht, so wird eine Druckkraft erzeugt, und da sich die mechanische Spannung T der ersten Schicht 261 mit der Schichtdicke der ersten Schicht 261 ändert, kann die mechanische Spannung T des gesamten Schwingelements eingestellt werden.
Wird als erste Schicht 261 eine Nitridschicht aufgebracht, so wird eine Zugkraft erzeugt, wobei mit einer Änderung der Zugkraft der ersten Schicht 261 die mechanische Spannung T des gesamten Schwingelements eingestellt werden kann.
Darüber hinaus kann, da eine zweite Schicht 262 aus Polysilizium mit einer mechanische Spannung von nahezu 0 auf-die Außenseite der ersten Schicht 261 aufgebracht ist, die mechanische Spannung T des gesamten Schwingelements gegen 0 gebracht werden, und außerden die Spannung T des gesamten Schwingelements leichter eingestellt werden.
In der Fig. 51 ist der Zusammenhang zwischen der Schichtdicke A der Siliziumoxidschicht, der Schichtdicke B der Siliziumnitridschicht und dem Temperaturkoeffizienten α dargestellt.
Die Schichtdicke A der Siliziumoxidschicht ist durch Kreise gekennzeichnet, die Schichtdicke B der Siliziumnitridschicht durch Punkte. Wird hierbei die Siliziumnitridschicht mit einer Dicke von 2000 Å ausgeführt, so beträgt die Gesamtdicke etwa 700 u.
Es sei angemerkt, daß durch Aufbringen einer zweiten Schicht 262 aus Polysilizium mit rauher Oberfläche auf das Schwingelement 124 kein Anhaften des Schwingelements 124 an der Wand der Kapselung 129 auftritt, so daß die Zuverlässigkeit der Einrichtung erhöht wird.
Die Fig. 52 ist eine Darstellung zur Erläuterung wesentlicher Teile einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung.
Allgemein liegt der Temperaturkoeffizient für die Eigenfrequenz des Siliziumschwingelements 124 bei -30 bis 40 ppm/K, wobei dieser Wert auf den physikalischen Eigenschaften beruht.
Wenn, wie oben beschrieben, der Temperaturkoeffizient zu groß ist, um für einen Sensor hoher Präzision Verwendung zu finden, so ist ein stabiler Sensor zur Temperaturkorrektur erforderlich. Im Ergebnis wird die Einrichtung teuer, und die Stabilität der gesamten Einrichtung wird von der Stabilität des Temperatursensors beeinflußt. Die Ausführung nach Fig. 52 soll dieses Problem lösen.
In der Figur haben Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen identische Funktionen wie in der Fig. 8.
Das Bezugszeichen 291 bezeichnet die erste Schicht, die aus einem Oxid- oder Nitridfilm besteht, der auf die Oberfläche des Schwingelements 124 aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 292 bezeichnet die zweite Schicht, die aus Polysilizium besteht, das auf die Oberfläche der ersten Schicht 291 aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 293 bezeichnet die dritte Schicht, die aus einem Oxid- oder Nitridfilm besteht, der auf die Oberfläche 132 der Membran 127 aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 294 bezeichnet die vierte Schicht, die aus Polysilizium besteht, das auf die Oberfläche der dritten Schicht 293 aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 295 bezeichnet die fünfte Schicht, die aus einem Oxid- oder Nitridfilm besteht, der auf die Außenseite der Kapselung 129 aufgebracht ist.
Das Bezugszeichen 296 bezeichnet die sechste Schicht, die aus Polysilizium besteht, das auf die Oberfläche der fünften Schicht 295 aufgebracht ist.
Anschließend wird durch Abgleich der Schichtdicke der ersten Schicht 291 und der zweiten Schicht 292 der dem Schwingelement 124, der ersten Schicht 291 und der zweiten Schicht 292 eigene Temperaturkoeffizient auf einen festgelegten Wert für den Temperaturkoeffizienten eingestellt.
In der oben beschriebenen Ausführung wird der Meßwandler vom Vibrationstyp entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 52 wie in den Fig. 53 bis 59 gezeigt hergestellt.
(1) Wie in der Fig. 53 gezeigt, wird auf dem aus n-Silizium (100) geschnittenen Chip-Teil 123 die Schicht 301 aus Siliziumoxid oder Silziumnitrid geformt. Der erforderliche Teil der Schicht 301 wird durch Photolithographie entfernt.
(2) Wie in der Fig. 54 gezeigt, wird unter einer Wasserstoffatmosphäre (H&sub2;) bei 1050ºC durch Ätzung mittels Chlorwasserstoff ein konkaver Abschnitt 303 geformt, wobei der erforderliche Teil 302 des Chip-Teils 123 abgeätzt und die Schicht 301 unterätzt wird. Es sei angemerkt, daß anstelle von Chlorwasserstoff Heißdampf und Sauerstoff oder das Verfahren des anisotropischen Ätzens mit einer alkalischen Flüssigkeit mit 40ºC bis 130ºC Verwendung finden kann.
(3) Wie in der Fig. 55 gezeigt, wird das selektive epitaxiale Aufwachsen in einer Wasserstoffatmosphäre (H&sub2;) von 1050ºC durchgeführt.
Dies umfaßt folgendes:
{1} Die erste epitaxiale Schicht 304 entsprechend der oberen Hälfte des Spaltes 131 wird durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 10¹&sup8; cm&supmin;³ aufgebracht.
{2} Die zweite epitaxiale Schicht 305 für das Schwingelement 124 wird durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 3x10¹&sup9; cm&supmin;³ auf die Oberfläche der ersten epitaxialen Schicht 304 aufgebracht.
{3} Auf der Oberfläche der zweiten epitaxialen Schicht 305 wird die dritte epitaxiale Schicht 306 entsprechend der unteren Hälfte des Spaltes 131 durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 10¹&sup8; cm&supmin;³ aufgebracht.
{4} Auf der Oberfläche der dritten epitaxialen Schicht 306 wird die vierte epitaxiale Schicht 307 durch selektives epitaxiales Wachstum aus p-Silizium mit einer Borkonzentration von 3x10¹&sup9; cm&supmin;³ aufgebracht.
(4) Wie in der Fig. 56 gezeigt, wird durch Entfernen der Schicht 301 aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid durch Ätzen mittels Flußsäure (HF) der Ätzmittelzugang 308 geschaffen.
(5) Wie in der Fig. 57 gezeigt, werden bei der vierten Schicht 307 durch Anlegen positiver Impulse oder einer positiven Spannung an das Chip-Teil 123 und durch Zufuhr einer alkalischen Flüssigkeit über den Ätzmittelzugang 308 die erste und die dritte epitaxiale Schicht 304 bzw. 306 durch selektives Ätzen abgetragen.
Der Grund für den Unterschied beim Ätzverfahren für die zweite und erste oder die dritte epitaxiale Schicht 305 bzw. 304 oder 306 liegt darin, daß beim Ätzvorgang ein Unterdrückungsphänomen auftritt, wenn die Borkonzentration einen Wert von 3x10¹&sup9; cm&supmin;³ überschreitet.
(6) Wie in der Fig. 58 gezeigt, wird die Schicht 309 aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid auf die gesamte Oberfläche aufgebracht. Im vorliegenden Fall wird ein Siliziumoxidfilm aufgebracht.
(7) Wie in der Fig. 59 gezeigt, wird eine Polysiliziumschicht 311 bei 950ºC und unter 200 Torr aus Silan (SiH&sub4;) mit 0,3 l/min, Phosphin (PH&sub3;) mit 0,0005 l/min und Wasserstoff mit 200 l/min auf die Siliziumoxidschicht 309 aufgebracht und damit der Ätzmittelzugang 308 geschlossen. Die Oberflächenrauhheit der Polysiliziumschicht beträgt in diesem Fall etwa 0,1 um.
Anschließend wird durch Abgleich der Schichtdicke der ersten Schicht 291 und der zweiten Schicht 292 der dem Schwingelement 124, der ersten Schicht 291 und der zweiten Schicht 292 eigene Temperaturkoeffizient auf einen festgelegten Wert für den Temperaturkoeffizienten eingestellt.
Im Ergebnis wird im Fall eines Schwingelements 124 aus Silizium mit hoher Borkonzentration der Temperaturkoeffizient α durch die Borkonzentration bestimmt. Wenn die erste aufgebrachte Schicht 291 aus Oxid besteht, so kann, da sich der Temperaturkoeffizient der ersten Schicht 291 mit der Schichtdicke der ersten Schicht 291 ändert, der Temperatürkoeffizient des gesamten Schwingelements auf 0 gebracht werden.
Es sei angemerkt, daß auch bei Aufbringung einer ersten Schicht 291 aus Siliziumnitrid, da der Temperaturkoeffizient der ersten Schicht 291 mit der Schichtdicke veränderlich ist, der Temperaturkoeffizient des gesamten Schwingelements auf 0 eingestellt werden kann.
Darüber hinaus kann, da eine zweite Schicht 292 aus Polysilizium auf der Außenseite der ersten Schicht 291 vorgesehen ist, der Temperaturkoeffizient des gesamten Schwingelements leichter auf 0 eingestellt werden.
In der Fig. 60 ist der Zusammenhang zwischen der Schichtdicke A der Siliziumoxidschicht sowie der Schichtdicke B der Siliziumnitridschicht und dem Temperaturkoeffizienten α für den Fall dargestellt, daß die Dicke des Schwingelements 124 3,5 um und die Dicke der zweiten Schicht 1 um beträgt.
Die Schichtdicke A der Siliziumoxidschicht ist durch Kreise gekennzeichnet, die Schichtdicke B der Nitridschicht durch Punkte.
Es sei angemerkt, daß die oben beschriebene Ausführungsform, obwohl die Erläuterungen anhand einer Anordnung mit der fünften Schicht 295 aus einem Oxid- oder Nitridfilm auf der Außenseite der Kapselung 129 und der sechsten Schicht 296 aus Polysilizium auf der Oberfläche der fünften Schicht 295 gegeben wurden, nicht hierauf beschränkt ist, und daß z.B. die durch epitaxiales Aufwachsen gebildete Schicht, die aus einer einzelnen Siliziumschicht besteht, durch Abtragung der fünften Schicht 295 aus einem Oxid- oder Nitridfilm auf der Außenseite der Kapselung 129 gebildet werden kann, und daß die so gebildete Schicht letztlich zur Kapselung des Schwingelements 124 herangezogen werden kann.

Claims

1. Druckmeßvorrichtung des Vibrationstyps zur Druckmessung, die sich die Tatsache zunutze macht, daß sich die Eigenfrequenz eines Schwingelementes (124) entsprechend der Änderung der Axialkraft des Schwingelementes (124) ändert, welche folgendes umfaßt:

ein Gehäuse (118) mit einem Innenraum (119),

einen in dem Innenraum (119) vorgesehenen Sensorteil (120), welcher enthält:

einen Aufnahmekörper (121), welcher an einer Oberfläche des Innenraums (119) befestigt ist,

ein aus Silizium bestehendes Substrat (122), das vom Aufnahmekörper (121) getragen wird, und

einen aus Silizium bestehenden Chip-Teil (123) mit einer Vertiefung (126) in der Oberfläche zur Begrenzung einer Abtastmembran (127), wobei der Chip-Teil (123) an einer Oberfläche des Substrats (122) befestigt ist, um eine erste Meßkammer zwischen dem Substrat (122) und der Abtastmembran (127) zu bilden, in welcher das aus Silizium bestehende Schwingelement (124) in einem Vakuumhohlraum der Abtastmembran (127) angeordnet ist, wobei das Schwingelement eine H-Form hat, deren vier Spitzenteile an der Abtastmembran (127) befestigt sind,

eine Einrichtung (140) zum Anlegen eines Gleichstrom- Magnetfeldes, welche in dem Innenraum (119) im Abstand zur Abtastmembran angeordnet ist, daß sie eine zweite Meßkammer (145) zum Anlegen eines Gleichstrom- Magnetfeldes an das Schwingelement (124) bildet, wobei die Einrichtung (140) zum Anlegen eines Gleichstrom-Magnetfeldes enthält:

einen dem Schwingelement (124) gegenüberliegend angeordneten Dauermagneten (142), welcher in einem Joch (143) gehalten wird, wobei das Joch (143) seinerseits in einem Jochhalter (144) gehalten wird,

ein ringartiges Abstandsstück (141), welches den Aufnahmekörper (121), das Substrat (122) und den Chip- Teil (123) umgibt und welches den Magneten und die Abtastmembran um einen vorgegebenen Spalt (146) zueinander auf Abstand hält,

dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät des weiteren folgendes umfaßt:

einen blockartigen Körper (101) mit einer Innenkammer (102) und einer darin angeordneten zentralen Membran (103),

auf den äußeren Seitenflächen des blockartigen Körpers (101) vorgesehene Dichtmembranen (111, 112), welche mit diesem erste und zweite Dichtkammern (113, 114) begrenzen, wobei die zentrale Membran (103) die Innenkammer (102) in zwei erste und zweite zentrale Kammern (104, 105) unterteilt, van denen jede mit einer entsprechenden der ersten und zweiten Dichtkammer (113, 114) über erste Verbindungslöcher (117) in Verbindung steht,

ein zweites Verbindungsloch (161) zur Verbindung der ersten Meßkammer (128) mit einer (104) der ersten und zweiten zentralen Kammern (104, 105),

eine drittes Verbindungsloch (162) zur Verbindung der zweiten Meßkammer (145) mit der anderen (105) der ersten und zweiten zentralen Kammern (104, 105),

eine erste Füllflüssigkeit (163) zum Befüllen der ersten Dichtkammer (113), eines der ersten Verbindungslöcher (117), des zweiten Verbindungsloches (161) der ersten zentralen Kammer (104), des Innenraums (119) und der ersten Meßkammer (128), wobei die Flüssigkeit eine vorgegebene Viskosität besitzt, um zusammen mit dem vorgegebenen Spalt (146) zwischen der Abtastmembran (127) und dem Joch (143) eine Dämpfung zu bewirken und um im Betrieb einen auf eine (111) der Dichtmembranen (111, 112) aufgebrachten Druck (PL) auf eine Oberfläche der Abtastmembran (127) zu übertragen,

eine zweite Füllflüssigkeit (164) zum Befüllen der zweiten Dichtkammer (114), des anderen der ersten Verbindungslöcher (117), des dritten Verbindungsloches (162), der zweiten zentralen Kammer (105) und der zweiten Meßkammer (145) mit einer vorgegebenen Viskosität, um zusammen mit dem vorgegebenen Spalt (146) zwischen der Abtastmembran (127) und dem Joch (143) eine Dämpfung zu bewirken und um im Betrieb einen auf die andere (112) der Dichtmembranen (111, 112) aufgebrachten Meßdruck (PH) auf die andere Oberfläche der Abtastmembran (127) zu übertragen.

2. Druckmeßvorrichtung des Vibrationstyps gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer rauhen oder unebenen Oberfläche (167) auf der Wandoberfläche der Abtastmembran (127) oder auf der Oberfläche des Schwingelements (124) ausgeführt ist.

3. Druckmeßvorrichtung des Vibrationstyps gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß sie mit einer ersten Schicht (201), bestehend aus einem Oxidfilm oder Nitridfilm, welcher durch Beschichten der Oberfläche des Schwingelements (124) bereitgestellt wird,

einer zweiten Schicht (202), bestehend aus Polysilizium mit einer rauhen Oberfläche, welche durch Beschichten der Oberfläche der ersten Schicht (201) bereitgestellt wird,

einer dritten Schicht (203), bestehend aus einem Oxid- oder Nitridfilm, welcher durch Beschichten einer Innenfläche (132) eines Spalts (131) bereitgestellt wird, und

einer vierten Schicht (204), bestehend aus Polysilizium, welche durch Beschichten der Oberfläche der dritten Schicht (203) bereitgestellt wird,

einer fünften Schicht (205), bestehend aus einem Oxid- oder Nitridfilm, welcher durch Beschichten der Außenfläche eines Mantels (129) bereitgestellt wird, und

einer sechsten Schicht (206), bestehend aus Polysilizium, welche durch Beschichten der Oberfläche der fünften Schicht (205, Fig. 25), bereitgestellt wird, ausgeführt ist.

4. Druckmeßvorrichtung des Vibrationstyps gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit

einer ersten Schicht (231), bestehend aus einem Oxidfilm oder Nitridfilm, welcher durch Beschichten der Oberfläche des Schwingelements (124) bereitgestellt wird,

einer zweiten Schicht (232), bestehend aus Polysilizium mit einer rauhen Oberfläche, welche durch Beschichten der Oberfläche der ersten Schicht (231) bereitgestellt wird,

einer dritten Schicht (233), bestehend aus einem Oxid- oder Nitridfilm, welcher durch Beschichten der Innenfläche (132) des Spalts (131) bereitgestellt wird,

einer vierten Schicht (234), bestehend aus Polysilizium, welche durch Beschichten der Oberfläche der dritten Schicht (233) bereitgestellt wird, und

einer siebten Schicht (235), bestehend aus Siliziummonokristall, welcher durch Beschichten der Außenfläche des Mantels (129, Fig 33) bereitgestellt wird, ausgeführt ist.

5. Druckmeßvorrichtung des Vibrationstyps gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit

einer ersten Schicht (261), bestehend aus einem Oxidfilm oder Nitridfilm, welcher durch Beschichten der Oberfläche des Schwingelements (124) bereitgestellt wird,

einer zweiten Schicht (262), bestehend aus Polysilizium mit einer rauhen Oberfläche, welche durch Beschichten der Oberfläche der ersten Schicht (261) bereitgestellt wird,

einer dritten Schicht (263), bestehend aus einem Oxid- oder Nitridfilm, welcher durch Beschichten der Innenfläche (132) des Spalts (131) bereitgestellt wird, und

einer vierten Schicht (264), bestehend aus Polysilizium, welche durch Beschichten der Oberfläche der dritten Schicht (263) bereitgestellt wird, ausgeführt ist, wobei

durch Verändern der Filmdicke der ersten Schicht (261) und der zweiten Schicht (262), die vom obenbeschriebenen Schwingelement (124), von der ersten Schicht (261) und der zweiten Schicht (262) ausgeübte Spannung auf eine vorgegebene Spannung eingestellt wird.

6. Druckmeßvorrichtung des Vibrationstyps gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit

einer ersten Schicht (291), bestehend aus einem Oxidfilm oder Nitridfilm, welcher durch Beschichten der Oberfläche des Schwingelements (124) bereitgestellt wird,

einer zweiten Schicht (292), bestehend aus Polysilizium mit einer rauhen Oberfläche, welche durch Beschichten der Oberfläche der ersten Schicht (291) bereitgestellt wird,

einer dritten Schicht (293), bestehend aus einem Oxid- oder Nitridfilm, welcher durch Beschichten der Innenfläche (132) des Spalts (131) bereitgestellt wird, und

einer vierten Schicht (294), bestehend aus Polysilizium, welche durch Beschichten der Oberfläche der dritten Schicht (293) bereitgestellt wird, ausgeführt ist, wobei

durch Verändern der Filmdicke der ersten Schicht (291) und der zweiten Schicht (292), der vom obenbeschriebenen Schwingelement (124), von der ersten Schicht (261) und der zweiten Schicht (262) begildete Temperaturkoeffizient auf einen vorgegebenen Temperaturkoeffizienten eingestellt wird.