JP2822594B2 - 振動形トランスデュサ - Google Patents

振動形トランスデュサ

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【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、衝撃などの外乱や座屈などにより振動梁が
真空室の壁面に接触する事があっても真空室の壁面に付
着せず外乱を取り除けば完全に元に戻る振動形トランス
デュサに関するものである。
<従来の技術> 第5図は従来より一般に使用されている従来例の要部
構成説明図で、例えば、本願出願人の出願した、特願昭
62−166176号、発明の名称「振動形トランスデュサの製
造方法」、昭和62年7月2日出願に示されている。
第6図は、第5図のA−A断面図である。
図において、 1は半導体単結晶基板で、2は半導体基板1に設けら
れ測定圧Pmを受圧する測定ダイアフラムである。
3は測定ダイアフラム2に埋込み設けられた歪み検出
センサで、振動梁3が使用されている。
4は封止用の半導体エピタキシャル成長層からなるシ
ェルで、振動梁3を測定ダイアフラム2に封止する。
振動梁3の周囲の、振動梁3と、測定ダイアフラム2
およびシェル4との間には真空室5が設けられている。
振動梁3は、永久磁石(図示せず)による磁場と、振
動梁3に接続された閉ループ自励発振回路(図示せず)
とにより、振動梁3の固有振動で発振するように構成さ
れている。
以上の構成において、測定ダイアフラム2に測定圧力
Pmが加わると、振動梁3の軸力が変化し、固有振動数が
変化するため、発振周波数の変化により測定圧力Pmの測
定が出来る。
第7図は、第5図の従来例の製作説明図の一例で、本
願出願人の出願した、特願昭63−86946号、発明の名称
「振動形トランスデュサの製造方法」、昭和63年4月8
日出願の改良形である。
以下、第7図について説明する。
(1)第7図(A)に示す如く、n型シリコン(100)
面にカットされた基板1に、シリコン酸化物あるいはシ
リコン窒化物の膜101を形成する。膜101の所要の箇所10
2をホトリソグラフィにより除去する。
(2)第7図(B)に示す如く、1050℃の水素(H2)雰
囲気中で、塩化水素でエッチングを行い、基板1に所要
箇所102をエッチングして膜101をアンダーカットして、
凹部103を形成する。
なお、塩化水素の代りに、高温水蒸気、酸素を用いる
か、あるいは、40℃〜130℃のアルカリ液による異方性
エッチングでもよい。
(3)第7図(C)に示す如く、1050℃の水素(H2)雰
囲気中で、ソースガスに塩化水素ガスを混入して、選択
エピタキシャル成長法を行う。
すなわち、 ボロンの濃度1018cm-3のP形シリコンにより、真空室
5の下半分に相当する第1エピタキシャル層104を選択
エピタキシャル成長させる。
ボロンの濃度3×1019cm-3のP形シリコンにより、第
1エピタキシャル層104の表面に、所要の箇所102を塞ぐ
ように、振動梁3に相当する第2エピタキシャル層105
を選択エピタキシャル成長させる。
ボロンの濃度1018cm-3のP形シリコンにより、第2エ
ピタキシャル層105の表面に、真空室5の上半分に相当
する第3エピタキシャル層106を選択エピタキシャル成
長させる。
ボロンの濃度3×1019cm-3のP形シリコンにより、第
3エピタキシャル層106の表面に、シェル4に相当する
第4エピタキシャル層107を選択エピタキシャル成長さ
せる。
(4)第7図(D)に示す如く、シリコン酸化物、ある
いは、シリコン窒化物の膜101をフッ化水素酸(HF)で
エッチングして除去し、エッチング注入口108を設け
る。
(5)第7図(E)に示す如く、第4層に対して基板1
に正のパルスあるいは正の電圧を印加して、エッチング
注入口108よりアルカリ液を注入して、第1エピタキシ
ャル層104と第3エピタキシャル層106を選択エッチング
して除去する。
第2エピタキシャル層105と第1エピタキシャル層104
あるいは第3エピタキシャル層106との間にエッチング
作用の差があるのは、ボロンの濃度が3×1019cm-3以上
となるとエッチング作用に抑制現象が生ずることによ
る。
(6)第7図(F)に示す如く、1050℃の水素(H2)中
でn形シリコンのエピタキシャル成長を行い、基板1と
第4エピタキシャル層107の外表面に、エピタキシャル
成長層111を形成し、エッチング注入口108を閉じる。
なお、この工程は、 熱酸化によりエッチング注入口108を閉じる。
ポリシリコンをCVD法またはスパッタ法によりエッチ
ング注入口108の箇所に着膜させて、エッチング注入口1
08を閉じる。
真空蒸着法によるシリコンエピタキシャル法によりエ
ッチング注入口108を埋める。
絶縁物、例えば、ガラス(SiO2)、窒化物、アルミナ
等をCVD法、または、スパッタ法あるいは、蒸着法によ
りエッチング注入口108を埋めるようにしてもよい。
<発明が解決しようとする課題> しかしながら、この様な装置においては、振動梁3の
表面は鏡面であり、面粗さが小さく活性なため、衝撃な
どの外乱や大きな圧縮力による座屈などにより振動梁が
真空室の壁面に接触するとそのまま真空室の壁面に付着
してしまうという事が発生する場合がある。
この対策のため、真空室の基板側の側壁面を傾斜面と
し、しかも、この傾斜面に振動梁の長手方向の側面が丁
度接触するようにして線接触にする事が考えられる。
しかしながら、このように構成しても、真空室のシェ
ル側壁面に振動梁が付着してしまう事は、解決されな
い。
本発明は、この問題点を解決するものである。
本発明の目的は、衝撃などの外乱や座屈などにより振
動梁が真空室の壁面に接触する事があっても、真空室の
壁面に付着せず、外乱を取り除けば完全に元に戻る振動
形トランスデュサを提供するにある。
<課題を解決するための手段> この目的を達成するために、本発明は、シリコンの基
板に設けられた振動梁と、該振動梁の周囲に隙間が維持
されるように該振動梁を囲み前記基板と真空室を構成す
るシリコン材よりなるシェルと、該振動梁を励振する励
振手段と、前記振動梁の振動を検出する励振検出手段と
を具備する振動形トランスデュサにおいて、 前記振動梁が前記真空室の壁面に付着しないように前
記真空室の前記シェル側の壁面と前記振動梁の前記シェ
ル側片面との少なくともいずれか一方の面に設けられた
粗面あるいは凹凸面を具備したことを特徴とする振動形
トランスデュサを構成したものである。
<作用> 以上の構成において、振動梁に測定圧力が加わると、
振動梁の軸力が変化し、固有振動数が変化するため、発
振周波数の変化により測定圧力の測定が出来る。
而して、振動梁が真空室の壁面に付着しないように真
空室のシェル側の壁面と振動梁のシェル側片面の少なく
ともいずれか一方の面に粗面あるいは凹凸面が設けられ
たので、衝撃などの外乱や座屈などにより振動梁がシェ
ル壁面に接触する事があっても粗面あるいは凹凸面の存
在により、振動梁がシェル壁面に付着せず、外乱を取り
除けば完全に元に戻る事が出来る。
以下、実施例に基づき詳細に説明する。
<実施例> 第1図は本発明の一実施例の要部構成説明図で、圧力
測定に使用せる場合の説明図である。
図において、第5図と同一記号の構成は同一機能を表
わす。
1は半導体単結晶基板で、2は半導体基板1に設けら
れ測定圧力Pmを受圧する測定ダイアフラムである。
3は測定ダイアフラム2に埋込み設けられた歪み検出
センサで、振動梁3が使用されている。
4は封止用の半導体エピタキシャル成長層からなるシ
ェルで、振動梁3を測定ダイアフラム2に封止する。
振動梁3の周囲の、振動梁3と、測定ダイアフラム2
およびシェル4との間には真空室5が設けられている。
11は真空室5のシェル4側の壁面に設けられた粗面で
ある。
以上の構成において、振動梁3に測定圧力が加わる
と、振動梁3の軸力が変化し、固有振動数が変化するた
め、発振周波数の変化により測定圧力の測定が出来る。
而して、本発明は、衝撃などの外乱や座屈などにより
振動梁3が真空室5の壁面に接触する事があっても、粗
面11の存在により、振動梁3が真空室5の壁面に付着せ
ず外乱を取り除けば完全に元に戻る事が出来る。
この様な装置は、例えば、第2図に示す如くして作
る。
(1)第2図(A)に示す如く、n型シリコン(100)
面にカットされた基板1に、シリコン酸化物あるいはシ
リコン窒化物の膜201を形成する。膜201の所要の箇所20
2をホトリソグラフィにより除去する。
(2)第2図(B)に示す如く、1050℃の水素(H2)雰
囲気中で、塩化水素でエッチングを行い、基板1に所要
箇所202をエッチングして膜201をアンダーカットして、
凹部203を形成する。
なお、塩化水素の代りに、高温水蒸気、酸素を用いる
か、あるいは、40℃〜130℃のアルカリ液による異方性
エッチングでもよい。
(3)第2図(C)に示す如く、1050℃の水素(H2)雰
囲気中で、ソースガスに塩化水素ガスを混入して、選択
エピタキシャル成長法を行う。
すなわち、 ボロンの濃度1018cm-3のP形シリコンにより、真空室
5の下半分に相当する第1エピタキシャル層204を選択
エピタキシャル成長させる。
ボロンの濃度3×1019cm-3のP形シリコンにより、第
1エピタキシャル層204の表面に、所要の箇所202を塞ぐ
ように、振動梁3に相当する第2エピタキシャル層205
を選択エピタキシャル成長させる。
ボロンの濃度1018cm-3のP形シリコンにより、第2エ
ピタキシャル層205の表面に、真空室5の上半分に相当
する第3エピタキシャル層206を選択エピタキシャル成
長させる。
ボロンの濃度3×1019cm-3のP形シリコンにより、第
3エピタキシャル層206の表面に、シェル4に相当する
第4エピタキシャル層207を選択エピタキシャル成長さ
せる。
(4)第2図(D)に示す如く、シリコン酸化物、或
は、シリコン窒化物の膜201をフッ化水素酸(HF)でエ
ッチングして除去し、エッチング注入口208を設ける。
(5)第2図(E)に示す如く、第4層に対して基板1
に正のパルスあるいは正の電圧を印加して、エッチング
注入口208よりアルカリ液を注入して、第1エピタキシ
ャル層204と第3エピタキシャル層206を選択エッチング
して除去する。
第2エピタキシャル層205と第1エピタキシャル層204
あるいは第3エピタキシャル層206との間にエッチング
作用の差があるのは、ボロンの濃度が3×1019cm-3以上
となるとエッチング作用に抑制現象が生ずることによ
る。
(6)第2図(F)に示す如く、全体にシリコン酸化物
あるいはシリコン窒化物の膜209を形成する。この場合
は、酸化シリコン膜209を形成する。
(7)第2図(G)に示す如く、950℃、200Torr中で、
シラン(SiH4)0.3l/min、フォスフィン(PH3)0.0005l
/min、水素200l/minの状態で、酸化シリコン膜209の表
面にポリシリコン層211を形成し、エッチング注入口208
を閉じる。この場合のポリシリコン層211の表面粗さ
は、ピッチ間隔で0.1μm程度である。
この結果、 真空室5の壁面が鏡面の場合は、面粗さが小さく活性
なため、衝撃などの外乱や大きな圧縮力による座屈など
により、振動梁3が真空室5の壁面に接触すると、その
まま真空室5の壁面に付着してしまう恐れがあるが、真
空室5のシェル4側の壁面の表面を、表面が粗いポリシ
リコンよりなるポリシリコン層211で覆うようにしたの
で、振動梁3が真空室5のシェル4側の壁面に付着して
しまう事がなく信頼性が向上出来る。
なお、この場合は、ポリシリコン層211は、真空室5
の内壁面全面と振動梁3の外表面全面に設けられる製作
方法について説明したが、ポリシリコン層211は、真空
室5のシェル4側の壁面のみに設けられても良いことは
勿論である。
なお、本発明装置の製作方法については、上記の方法
に限らない事は勿論である。
第3図は本発明の他の実施例の要部構成説明図であ
る。
図において、第5図と同一記号の構成は同一機能を表
わす。
1は半導体単結晶基板で、2は半導体基板1に設けら
れ測定圧Pmを受圧する測定ダイアフラムである。
3は測定ダイアフラム2に埋込み設けられた歪み検出
センサで、振動梁3が使用されている。
4は封止用の半導体エピタキシャル成長層からなるシ
ェルで、振動梁3を測定ダイアフラム2に封止する。
振動梁3の周囲の、振動梁3と、測定ダイアフラム2
およびシェル4との間には真空室5が設けられている。
12は振動梁3のシェル4側片面に設けられた粗面であ
る。
以上の構成において、振動梁3に測定圧力が加わる
と、振動梁3の軸力が変化し、固有振動数が変化するた
め、発振周波数の変化により測定圧力の測定が出来る。
而して、振動梁3が真空室5の壁面に付着しないよう
に、振動梁3のシェル4側片面に粗面12が設けられたの
で、衝撃などの外乱や座屈などにより、振動梁3が真空
室5の壁面に接触する事があっても、粗面12の存在によ
り、振動梁3が真空室5の壁面に付着せず、外乱を取り
除けば完全に元に戻る事が出来る。
第4図は本発明の振動梁の使用例の要部構成説明図で
ある。
図において、3は振動梁である。振動梁3は両端がダ
イアフラム3に固定され互いに平行に配置された二個の
第1振動子31と、第一振動子31の振動の腹の部分を相互
に機械的に結合する第二振動子32とを備える。
40は振動梁3に直交する直流磁界を磁石30により加え
一方の第一振動子31の両端に交流電流を入力トランス41
により流して磁気誘導作用により振動梁3を磁界と電流
に直交する方向に励振する励振手段である。
入力トランス41は、二次側が一方の第一振動子31の両
端に接続されている。
50は他方の第一振動子31の両端に発生する起電力を検
出する振動検出手段である。この場合は、出力トランス
51、増幅器52が用いられている。出力トランス51の一次
側は、他方の第一振動子31の両端に接続され、二次側は
増幅器52を介して出力端子53に接続されるとともに、分
岐して入力トランス41の一次側に接続され、全体とし
て、正帰還自励発振回路を構成する。振動梁3の振動
は、振動検出手段50により検出され出力信号として取出
される。
なお、前述の実施例においては、粗面は真空室5のシ
ェル4側の壁面、あるいは振動梁3のシェル4側の片面
に設けられたものについて説明したが、これに限ること
はなく、例えば、粗面は真空室5の壁面全体あるいは振
動梁3の表面全体に設けられてもよく、要するに、振動
梁3が真空室5の壁面に付着しないように構成されたも
のであれば良い。
また、粗面でなく、凹凸面であっても良いことは勿論
である。
<発明の効果> 以上説明したように、本発明は、シリコンの基板に設
けられた振動梁と、該振動梁の周囲に隙間が維持される
ように該振動梁を囲み前記基板と真空室を構成するシリ
コン材よりなるシェルと、該振動梁を励振する励振手段
と、前記振動梁の振動を検出する励振検出手段とを具備
する振動形トランスデュサにおいて、 前記振動梁が前記真空室の壁面に付着しないように前
記真空室の前記シェル側の壁面と前記振動梁の前記シェ
ル側片面との少なくともいずれか一方の面に設けられた
粗面あるいは凹凸面を具備したことを特徴とする振動形
トランスデュサを構成した。
この結果、振動梁が真空室の壁面に付着しないように
真空室のシェル側の壁面と振動梁のシェル側片面との少
なくともいずれか一方の面に粗面が設けられたので、衝
撃などの外乱や座屈などにより振動梁がシェル壁面に接
触する事があっても粗面の存在により、振動梁がシェル
壁面に付着せず外乱を取り除けば完全に元に戻る事が出
来る。
従って、本発明によれば、衝撃などの外乱や座屈など
により振動梁が真空室の壁面に接触する事があっても真
空室の壁面に付着せず外乱を取り除けば完全に元に戻る
振動形トランスデュサを実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の要部構成説明図、第2図は
第1図の工程説明図、第3図は本発明の他の実施例の要
部構成説明図、第4図は本発明の装置の使用例の要部構
成説明図、第5図は従来より一般に使用されている従来
例の構成説明図、第6図は第5図のA−A断面図、第7
図は第6図の製作工程説明図である。 1……基板、2……測定ダイアフラム、3……振動梁、
4……シェル、5……真空室、11……粗面、12……粗
面、30……磁石、31……第一振動子、32……第二振動
子、40……励振手段、41……入力トランス、42……入力
端子、50……振動検出手段、51……出力トランス、52…
…増幅器、53……出力端子、201……膜、202……所要箇
所、203……凹部、204……第1エピタキシャル層、205
……第2エピタキシャル層、206……第3エピタキシャ
ル層、207……第4エピタキシャル層、208……エッチン
グ注入口、209……酸化シリコン膜、211……ポリシリコ
ン層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 晃朗 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横 河電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−10139(JP,A) 特開 平1−4082(JP,A) 特開 平4−20827(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01L 9/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリコンの基板に設けられた振動梁と、 該振動梁の周囲に隙間が維持されるように該振動梁を囲
    み前記基板と真空室を構成するシリコン材よりなるシェ
    ルと、 該振動梁を励振する励振手段と、 前記振動梁の振動を検出する励振検出手段と を具備する振動形トランスデュサにおいて、 前記振動梁が前記真空室の壁面に付着しないように前記
    真空室の前記シェル側の壁面と前記振動梁の前記シェル
    側片面との少なくともいずれか一方の面に設けられた粗
    面あるいは凹凸面を 具備したことを特徴とする振動形トランスデュサ。
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