JPH0420827A - 振動形トランスデュサ - 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】 〈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１〜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ｌ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動発振回路（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）に示すごとく、ｎ型シリコン（１０
０）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ＷＡｌｏｌ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）に示すごとく、１０５０°Ｃの水素
（Ｈ２）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℃〜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）に示すごとく、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つ。

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１０４
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３Ｘ１０１ｇｃｍ−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）に示すごとく、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（Ｈ
Ｆ）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）に示すごとく、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３エピタキシャル層１０６との間にエツ
チング作用の差があるのは、ポロンの濃度が３Ｘ１０”
ｃｍ−”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）に示すごとく、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、エツチング注入口１
０８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、エンチング注
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０１０８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、解決出来ない。

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。

く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か
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
真空室のシェル側壁面に対向して前記振動梁の長手側面
に沿って設けられた角状の凸部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、振動梁が前記真空室の壁面に付着しないように
前記真空室のシェル側壁面に対向して前記振動梁の長手
側面に沿って設けられた角状の凸部が設けられたので、
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凸部の存在により、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。

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。

１１は振動梁３が真空室５の壁面に付着しないように真
空室５のシェル４ｆｌｌｌ壁面に対向して振動梁３の長
手側面に沿って設けられた角状の凸部である。

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か出来る。

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、凸部
１１の存在により、振動梁３が真空室５のシェル４側壁
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）に示すごとく、ｎ型シリコン（Ｚｏ
ｏ）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）に示すごとく、１０５０°Ｃの水素
（Ｈ２）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
ターカットして、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
性エツチングでもよい。

（３）第２図（Ｃ）に示すごとく、水素（Ｈ２）雰囲気
中で、ンースガスに塩化水素カスを混入して、選択エピ
タキシャル成長法を行う。

すなわち、 ０１０５０℃の温度下で、ボロンの濃度１０１　ＩＩｃ
ｍ’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。

０１０５０°Ｃの温度下で、ボロンの濃度３Ｘ１０１９
ｃｍ’のＰ形シリコンにより、第１エピタキシャル層２
０４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６■９５０°Ｃの温度下で、ボロン
の濃度３×１０’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、凸部１１に対応する凸
部層２０５１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、凸
部層２０５１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３Ｘ１０１ｇｃｍ−”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ＣＤ）に示すごとく、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）に示すごとく、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との間にエツ
チング作用の差があるのは、ホロンの濃度か３　Ｘ　１
０　”　、ｃｍ−”以上となるとエンチング作用に抑制
現象か生ずることによる。

また、第２エピタキシャル成長層２０５と凸部層２０５
１との間にエツチング作用の差かあるのは、温度条件の
差に基くからである。

而して凸部層２０５１は異方性エンチング特性を有する
ため凸形状を形成する。

（６）第２図（Ｆ）に示すごとく、１０５０″Ｃ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２０７の外表面に、エ
ピタキシャル成長層２０９を形成し、エツチング注入口
２０８を閉じる。

この結果、真空室５の壁面か鏡面の場合は、面粗さか小
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か真空室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かあ
るか、振動梁３が真空室５の壁面に付着しないように一
真空室５のシェル４側の壁面に対向して、振動梁３の長
手側面に沿って設けられた角状の凸部か設けられたので
、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、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は両端がタイ
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に接続され
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。

〈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
真空室のシェル（ｌＩＩ壁面に対向して前記振動梁の長
手側面に沿って設けられた角状の凸部を具備したことを
特徴とする振動形トランスデュサを構成した。

この結果、真空室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恐れがあるか、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
ル側の壁面に対向して、振動梁の長手側面に沿って設け
られた角状の凸部が設けられたので、振動梁が真空室の
シェル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。

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図の製作説明図、第３図は本発明の装置の使用例の
要部構成説明図、第４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５図は第４図のＡ−Ａ断面図
、第６図は第５図の製作説明図である。 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・・・凸
部、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、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、２０５１・・
・凸部層、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・・・エピタキシャル成長層。 第 図 （Ｅ） 第２ 図 （Ｆ） 第 朶 図 清１疋圧Ｐｒｎ 第 図

Claims (1)

1. 【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シェル側壁面
   に対向して前記振動梁の長手側面に沿って設けられた角
   状の凸部を具備したことを特徴とする振動形トランスデ
   ュサ。