JPH0416730A

JPH0416730A - 振動形トランスデュサ

Info

Publication number: JPH0416730A
Application number: JP12098790A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Ikeda; 恭一池田; Tetsuya Watanabe; 哲也渡辺; Takahiro Kudo; 貴裕工藤; Akio Fujita; 藤田　晃朗
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1990-05-10
Filing date: 1990-05-10
Publication date: 1992-01-21
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: JP2822594B2

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】〈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か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６
２−１６６１７６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日出顧に示されてい
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か使用されている。

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Ｐ
ｍ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遠方法」、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Ｍｌｏｌを形成する。膜１０１の所要
の箇所１０２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（Ｈ
２）雰囲気中で、塩化水素でエツチングを行い、基板１
に所要箇所１０２をエツチングして膜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°Ｃ〜１３０℃のアルカリ液による異
方性エツチングでもよい。

（３）第７図（Ｃ）に示す如く、１０５０℃の水素（Ｈ
２）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１０”ｃｍ−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１０
４を選択エピタキシャル成長させる。

■ボロンの濃度３Ｘ１０”ｃｍ−”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１０’　”　ｃｍ″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３Ｘ１０”ｃｍ−”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＃（ＨＰ
）でエツチングして除去し、エツチング注入口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、エツチング
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
ツ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１
０４あるいは第３７．ビタキシャル層１０６との間にエ
ツチング作用の差があるのは、ボロンの濃度が３ｘｌＯ
”　ｃｍ“３以上となるとエツ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（Ｈ
２）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、エツチング注入口１０
８を閉じる。

なお、この工程は、 ■熱酸化によりエツチング注入口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ツ
チング注入口１０８の箇所に着膜させて、エツチング注
入口１０８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
ツチング注入口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
法によりエツチング注入口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〉シカシながら、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か丁度
接触するようにしてｉｉ！接触にする事か考えられる。

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かあっても、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
トランステユサを提供するにある。

く課順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、シリコン単結晶
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ｗＪ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。

く作用〉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なめ、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か設けられた
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、振動梁か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、実施例に基づき詳紺に説明する。

〈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。

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！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２０２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（Ｈ
２）雰囲気中で、塩化水素でエツチングを行い、基板１
に所要箇所２０２をエツチングして膜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’Ｃのアルカリ液による異
方性エツチングでもよい。

（３）第２図（Ｃ）４；：示す如く、１０５０″ｃ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１０”ｃｍ’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３ｘ１０１　’　ｃｍ″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１０”ｃｍ’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３Ｘ１０”ｃｍ−”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（ＨＰ）で
エツチングして除去し、エツチング注入口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、エツチング
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
ツ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２
０４あるいは第３エピタキシャル層２０６との闇にエツ
チング作用の差があるのは、ボロンの濃度が３ｘｌＯ”
　ｃｍ″２以上となるとエツ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℃、２０ＱＴｏ
ｒｒ中で、シラン（ＳｉＨ４）０．３１／ｍｉｎ、フォ
スフイン（ＰＨ３）０．０００５１／ｍｉｎ、水素２０
０１　／　ｍ　ｉ　ｎ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、エツチング注
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か、真空
室５のシェル４１１１１の壁面の表面を、表面が宿いポ
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４１ＰＩの壁面
に付着してしまう事がなく信頼性か向上出来る。

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のジェル４１ＩＩ！Ｉ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。

■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。

１２は振動梁３のシェル４側片面に設けられな粗面であ
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が設けられなの
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カドラン
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。

入カドランス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、出カドラン
ス５１、増幅器５２が用いられている。出カドランス５
１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ａＲされ
るとともに、分岐して入カドランス４１の一次側に接続
され、全体として、正帰還自動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、シリコン単結晶の基板
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が一方の面に設けられな粗
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
くともいずれが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・・・入カドランス、４２・・・入力端子、５０・
・・振動検出手段、５１・・・出カドランス、５２・・
・増幅器、５３・・・出力端子、２０１・・・膜、２０
２・・・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・・・エツチング注入口
、２０９・・・酸化シリコン膜、２１１・・・ポリシリ
コン層。第図ベ、第図第図

Claims

【特許請求の範囲】シリコン単結晶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。