JPH0468576B2 - - Google Patents

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JPH0468576B2
JPH0468576B2 JP16617887A JP16617887A JPH0468576B2 JP H0468576 B2 JPH0468576 B2 JP H0468576B2 JP 16617887 A JP16617887 A JP 16617887A JP 16617887 A JP16617887 A JP 16617887A JP H0468576 B2 JPH0468576 B2 JP H0468576B2
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Japan
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capsule
pressure
vibrating beam
epitaxial layer
silicon substrate
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JP16617887A
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Japanese (ja)
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JPS6410141A (en
Inventor
Kyoichi Ikeda
Kinji Harada
Sunao Nishikawa
Takashi Yoshida
Hideki Kuwayama
Takashi Kobayashi
Tetsuya Watanabe
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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Publication of JPH0468576B2 publication Critical patent/JPH0468576B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0001Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0008Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
    • G01L9/0022Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、シリコン単結晶を用いて測定圧力に
対応した歪みを周波数信号として検出する圧力セ
ンサに係り、特に測定圧力の検出構造を改良した
圧力センサに関する。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to a pressure sensor that uses a silicon single crystal to detect strain corresponding to a measured pressure as a frequency signal, and particularly relates to a pressure sensor that uses a silicon single crystal to detect strain corresponding to a measured pressure as a frequency signal. Regarding pressure sensors.

〈従来の技術〉 弾性を有する半導体で構成した受圧ダイアフラ
ムの上に形成されて両端が固定された振動梁と、
この振動梁を励振する励振手段と、この励振手段
で励振されて生じる振動を検出する振動検出手段
とで構成された圧力センサは、例えば特願昭59−
42632号「圧力センサ」に見られるように公知で
ある。
<Prior art> A vibrating beam formed on a pressure-receiving diaphragm made of an elastic semiconductor and fixed at both ends;
A pressure sensor composed of an excitation means for exciting this vibrating beam and a vibration detection means for detecting the vibration generated by the excitation by this excitation means is, for example,
42632 ``Pressure sensor''.

この圧力センサの検出部について、第3図から
第5図を用いてその概要を説明する。第3図はこ
の従来の圧力センサの検出部のカバーをとつた構
成を示す斜視図、第4図は第3図における−
断面におけるカバーをつけた断面図、第5図は一
部を省略した平面図である。
The detection section of this pressure sensor will be outlined with reference to FIGS. 3 to 5. FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the detection part of this conventional pressure sensor with the cover removed, and FIG. 4 is a -
FIG. 5 is a cross-sectional view with a cover attached, and a plan view with some parts omitted.

これ等の図において、1は弾性を有する半導体
で構成された円筒状のシリコン基板である。2は
このシリコン基板1の中央を掘つて薄肉部を形成
して測定圧力Pmを受ける受圧部とした受圧ダイ
アフラムであり、例えばシリコン基板1をエツチ
ングして作られる。
In these figures, 1 is a cylindrical silicon substrate made of an elastic semiconductor. Reference numeral 2 denotes a pressure receiving diaphragm which is formed by digging the center of the silicon substrate 1 to form a thin wall portion to serve as a pressure receiving portion for receiving the measurement pressure Pm, and is made by etching the silicon substrate 1, for example.

3,4は受圧ダイアフラム2の上に形成され、
両端がシリコン基板1に固定された振動梁であ
り、振動梁3は受圧ダイアフラム2のほぼ中央部
に、振動梁4は受圧ダイアフラム2の周辺部にそ
れぞれ位置している。
3 and 4 are formed on the pressure receiving diaphragm 2,
It is a vibrating beam whose both ends are fixed to a silicon substrate 1, and the vibrating beam 3 is located approximately at the center of the pressure receiving diaphragm 2, and the vibrating beam 4 is located at the periphery of the pressure receiving diaphragm 2, respectively.

これ等の振動梁3,4は、具体的に例えばn形
シリコン基板1の上に第1のP+形エピタキシヤ
ル層を形成し、その中央部を切込んで電気的に左
右を分離し、この上にn形エピタキシヤル層を形
成した後、さらにP+形エピタキシヤル層を形成
してこの上を酸化膜SiO2で保護する。そして振
動梁3の下部の空洞部はこのn形エピタキシヤル
層をアンダーエツチングで形成する。
Specifically, these vibrating beams 3 and 4 are made by forming a first P + type epitaxial layer on an n-type silicon substrate 1, cutting a cut in the center of the layer to electrically separate the left and right sides, and After forming an n-type epitaxial layer thereon, a P + type epitaxial layer is further formed, and the top thereof is protected with an oxide film SiO 2 . Then, the hollow portion at the bottom of the vibrating beam 3 is formed by under-etching this n-type epitaxial layer.

このようにして形成された振動梁3は、例えば
長さをl、厚さをh、幅をdとすれば、l=
100μm、h=1μm、d=5μmの程度の大きさで
ある。
For example, the vibrating beam 3 formed in this way has a length of l, a thickness of h, and a width of d, then l=
The sizes are approximately 100 μm, h = 1 μm, and d = 5 μm.

受圧ダイアフラム2の上に形成された振動梁3
の周囲は、例えばシリコンのカバー5を受圧ダイ
アフラム2に陽極接合などで接合して覆い、この
内部を真空状態に保持する。なお、図示していな
いが振動梁4側も同じ様に形成する。
Vibration beam 3 formed on pressure receiving diaphragm 2
The periphery of the diaphragm 2 is covered with, for example, a silicon cover 5 bonded to the pressure receiving diaphragm 2 by anodic bonding or the like, and the inside of the diaphragm 2 is maintained in a vacuum state. Although not shown, the vibrating beam 4 side is also formed in the same way.

以上の構成において、第2のP+形エピタキシ
ヤル層である振動梁3,4に対して第1の左右の
P+形エピタキシヤル層の間に発振回路を接続し
て発振を起こさせると、振動梁3,4はその固有
振動数で自励発振を起こす。この場合、カバー5
の内部が真空状態にされ振動梁が真空の中に保持
されるので、共振の鋭さを示すQ値が大きくな
り、共振周波数の検出が容易となる。
In the above configuration, the first left and right vibrating beams 3 and 4, which are the second P + type epitaxial layers,
When an oscillation circuit is connected between the P + type epitaxial layers to cause oscillation, the vibrating beams 3 and 4 cause self-oscillation at their natural frequencies. In this case, cover 5
Since the inside of the vibrating beam is kept in a vacuum state and the vibrating beam is kept in a vacuum, the Q value indicating the sharpness of resonance becomes large, making it easy to detect the resonance frequency.

この自励発振の周波数は振動梁に印加される引
張或いは圧縮応力に対応して互いに逆方向に変化
する。第4図に示すように測定圧力Pmが受圧ダ
イアフラム2に印加されると振動梁3は引張応
力、振動梁4は圧縮応力を受ける。
The frequencies of this self-oscillation change in opposite directions in response to the tensile or compressive stress applied to the vibrating beam. As shown in FIG. 4, when measurement pressure Pm is applied to the pressure receiving diaphragm 2, the vibrating beam 3 receives tensile stress and the vibrating beam 4 receives compressive stress.

したがつて、振動梁3と4の固有振動数は測定
圧力に対して差動的に変化し、これ等の差を演算
することによつて、2倍の感度で測定圧力Pmを
知ることができる。
Therefore, the natural frequencies of the vibrating beams 3 and 4 change differentially with respect to the measured pressure, and by calculating the difference between these, it is possible to know the measured pressure Pm with twice the sensitivity. can.

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、この様な従来の圧力センサは、
シリコン基板1に薄肉の受圧ダイアフラム2を形
成しなければならないのでその構造が複雑とな
り、しかも振動梁3,4のQ値を大きく保つ必要
からカバー5を受圧ダイアフラム2に例えば陽極
接合などで接合しその内部を真空に引かなければ
ならないので、複雑な構造になると共に信頼性と
精度の低下を招く欠点がある。さらに、薄肉の受
圧ダイアフラムの存在により過大圧力に対する保
護も必要になるなどの面倒がある。
<Problems to be solved by the invention> However, such conventional pressure sensors
Since the thin pressure-receiving diaphragm 2 must be formed on the silicon substrate 1, its structure becomes complicated, and since it is necessary to maintain a large Q value of the vibrating beams 3 and 4, the cover 5 is bonded to the pressure-receiving diaphragm 2 by, for example, anodic bonding. Since the inside must be evacuated, it becomes a complicated structure and has the disadvantage of reducing reliability and precision. Furthermore, the existence of a thin pressure receiving diaphragm requires protection against excessive pressure, which is a problem.

〈問題点を解決するための手段〉 この発明は、以上の問題点を解決するために、
半導体プロセスにより形成され測定圧力が周囲に
一様に印加されるカプセルと、このカプセルの中
に形成された中空室と、この中空室の中に所定の
張力で両端が先のカプセルと半導体プロセスのみ
で一体として形成されたシリコン単結晶の振動梁
とを具備し、先の測定圧力により先の振動梁にか
かる張力の変化に基づく共振周波数の変化から先
の測定圧力を測定するようにしたものである。
<Means for solving the problems> In order to solve the above problems, the present invention has the following features:
A capsule formed by a semiconductor process to which measurement pressure is uniformly applied around the capsule, a hollow chamber formed inside this capsule, a capsule with both ends tipped at a predetermined tension inside this hollow chamber, and a semiconductor process only. The device is equipped with a silicon single crystal vibrating beam integrally formed with a silicon single crystal vibrating beam, and the previously measured pressure is measured from the change in resonance frequency based on the change in the tension applied to the vibrating beam due to the previously measured pressure. be.

〈作用〉 シリコン単結晶のカプセルの周囲に測定圧力が
印加され、これによつてカプセル自体に生じる圧
縮歪みにより振動梁に印加される張力が変化して
これにより共振周波数が変化するので、この変化
から測定圧力を検知する。
<Effect> Measurement pressure is applied around the silicon single crystal capsule, and the resulting compressive strain in the capsule itself changes the tension applied to the vibrating beam, which changes the resonant frequency; Detects the measured pressure from.

〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図面に基づいて
説明する。第1図は本発明の1実施例を示す構成
図である。第1図イは圧力センサの全体の構成を
示す構成図、第1図ロは検出部の−方向の断
面図、第1図ハは検出部のY−Y方向の断面図で
ある。
<Example> Hereinafter, an example of the present invention will be described based on the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention. FIG. 1A is a block diagram showing the overall structure of the pressure sensor, FIG. 1B is a sectional view of the detection section in the negative direction, and FIG.

6は測定圧力を検出する矩形状の外形を持つ検
出部であり、7は検出部6を励振してその共振周
波数の変化を取り出す励振部である。
6 is a detection section having a rectangular outer shape for detecting the measured pressure, and 7 is an excitation section that excites the detection section 6 and extracts a change in its resonance frequency.

検出部6は、シリコンの単結晶で出来たカプセ
ル8、その内部に形成された真空状態の中空室
9、この中空室9の中にカプセル8と一体に両端
が固定され初期張力が与えられたた振動梁10、
およびカプセル8の底部に固定されたシート状の
永久磁石11で構成されている。そして、振動梁
10の両端はカプセル8と一体に形成されて、こ
れ等の端部からリード線l1,l2が引き出されてい
る。
The detection unit 6 includes a capsule 8 made of a silicon single crystal, a hollow chamber 9 in a vacuum state formed inside the capsule, and both ends of the capsule 8 are fixed integrally with the capsule 8 in the hollow chamber 9, and an initial tension is applied thereto. vibrating beam 10,
and a sheet-shaped permanent magnet 11 fixed to the bottom of the capsule 8. Both ends of the vibrating beam 10 are integrally formed with the capsule 8, and lead wires l 1 and l 2 are drawn out from these ends.

また、永久磁石11はカプセル8の底部に固定
されており、第1図ハに示すようにその直流磁界
φは振動梁10と鎖交している。
Further, the permanent magnet 11 is fixed to the bottom of the capsule 8, and its DC magnetic field φ interlinks with the vibrating beam 10, as shown in FIG.

励振部7は、中点タツプ付きのトランス12、
増幅器13、および比較抵抗14などで構成され
ている。振動梁10の両端はリード線l1,l2を介
してそれぞれ端子T1,T2に接続されて、振動梁
10と比較抵抗14の直列回路にトランス12の
2次巻線n2の電圧が印加されている。
The excitation unit 7 includes a transformer 12 with a center point tap,
It is composed of an amplifier 13, a comparison resistor 14, and the like. Both ends of the vibrating beam 10 are connected to terminals T 1 and T 2 via lead wires l 1 and l 2 , respectively, and the voltage of the secondary winding n 2 of the transformer 12 is connected to the series circuit of the vibrating beam 10 and the comparison resistor 14. is applied.

さらに、振動梁10及び比較抵抗14の接続点
とトランス12の1次巻線n1との間には増幅器1
3が接続されて正帰還がかけられ、その出力端か
ら端子T3を介して発振周波数を検出する。
Furthermore, an amplifier 1 is connected between the connection point of the vibrating beam 10 and the comparison resistor 14 and the primary winding n 1 of the transformer 12.
3 is connected to apply positive feedback, and the oscillation frequency is detected from the output terminal via terminal T3 .

振動梁10には永久磁石11か直流磁界φが印
加されているので、振動梁10の交流電流iが流
れると振動梁10に電磁力が働き振動する。この
振動は、中空室9が真空状態に保持されているの
で振動梁10のQが数百〜数万の値と高く、共振
すると大きな振幅となる。従つて、増幅器13を
介してトランス12に正帰還をかけると系は振動
梁10の固有振動数で自励発振をする。
Since a permanent magnet 11 or a direct current magnetic field φ is applied to the vibrating beam 10, when the alternating current i of the vibrating beam 10 flows, an electromagnetic force acts on the vibrating beam 10, causing it to vibrate. Since the hollow chamber 9 is maintained in a vacuum state, the vibration beam 10 has a high Q value of several hundreds to tens of thousands, and has a large amplitude when it resonates. Therefore, when positive feedback is applied to the transformer 12 via the amplifier 13, the system self-oscillates at the natural frequency of the vibrating beam 10.

カプセル8の周囲から印加される測定圧力Pm
によりカプセル8を構成するn形シリコンSiに固
有の体積圧縮率で決定される圧縮歪(約3×
10-7/Kg/cm2)により振動梁10の軸方向の張力
が変化して共振周波数が変化するので、この発
振周波数の変化から測定圧力Pmを知ることが
できる。
Measurement pressure Pm applied from around capsule 8
Compressive strain (approximately 3×
10 -7 /Kg/cm 2 ), the tension in the axial direction of the vibrating beam 10 changes and the resonance frequency changes, so the measured pressure Pm can be determined from this change in the oscillation frequency.

振動梁10の厚みは長さlに比べて無視できる
ほど小さく構成されているので、その振動は弦振
動と見なすことができる。共振周波数0は、Eを
ヤング率、ρを振動梁10の密度、εを歪みとす
れば、 0 2=Eε/(4l2ρ) (1) で与えられる。
Since the thickness of the vibrating beam 10 is configured to be negligibly small compared to the length l, the vibration can be regarded as string vibration. The resonance frequency 0 is given by 0 2 =Eε/(4l 2 ρ) (1) where E is Young's modulus, ρ is the density of the vibrating beam 10, and ε is the strain.

一方、シリコン単結晶の測定圧力Pmによる歪
みεpは、νをポアソン比とすれば、 εp=Pm(1−2ν)/E (2) であるので、初期歪みをε0として、(1),(2)式よ
り、 f0 2=E(ε0+εp)/(4l2ρ) =E{ε0+Pm(1−2ν)/E} /(4l2ρ) (3) ∴Pm=E{4ρl2 0 2/E−ε0} /(1−2ν) (4) となる。
On the other hand, the strain εp due to the measured pressure Pm of the silicon single crystal is εp=Pm(1-2ν)/E (2), where ν is Poisson's ratio, so assuming the initial strain is ε 0 , (1), From equation (2), f 0 2 = E (ε 0 + εp) / (4l 2 ρ) = E{ε 0 +Pm (1-2ν) / E} / (4l 2 ρ) (3) ∴Pm=E{ 4ρl 2 0 2 /E−ε 0 } /(1−2ν) (4).

従つて、この(4)式から0を測定することにより
Pmを測定することができる。
Therefore, by measuring 0 from this equation (4),
Pm can be measured.

ところで、この様な圧力センサの検出部6は次
のような工程で作ることができる。
Incidentally, the detecting section 6 of such a pressure sensor can be manufactured by the following steps.

第2図は検出部を製造する工程を示す工程図で
あり、第1図におけるY−Y方向をベースとして
示してある。
FIG. 2 is a process diagram showing the process of manufacturing the detection section, and is shown based on the Y-Y direction in FIG. 1.

第2図イは検出部を作るためのベースとなる矩
形状のn形のシリコン基板15を示す。
FIG. 2A shows a rectangular n-type silicon substrate 15 that is a base for making a detection section.

次に、このシリコン基板15を熱酸化してその
表面に酸化膜(SiO2)16を形成する(第2図
ロ)。
Next, this silicon substrate 15 is thermally oxidized to form an oxide film (SiO 2 ) 16 on its surface (FIG. 2B).

さらに、第2図ハの工程でこの酸化膜16の中
央部を紙面に垂直方向にフオトエツチングして、
溝17を形成する。
Furthermore, in the step shown in FIG.
A groove 17 is formed.

第2図ニの工程では、1050℃の温度で水素ガス
H2に塩酸HClを混合した雰囲気でエツチングす
ることによりシリコン基板15に溝17を介して
溝18を形成する。
In the process shown in Figure 2 (d), hydrogen gas is heated at a temperature of 1050°C.
A groove 18 is formed in the silicon substrate 15 via the groove 17 by etching in an atmosphere containing H 2 and hydrochloric acid HCl.

次に、第2図ホに示すように、溝18の中に
1050℃の温度で水素ガスH2の雰囲気中で1018cm-3
の濃度のホウ素(P形)を選択エピタキシヤルし
て第1エピ層19を形成する。
Next, as shown in FIG.
10 18 cm -3 in an atmosphere of hydrogen gas H 2 at a temperature of 1050 ° C
A first epitaxial layer 19 is formed by selectively epitaxially using boron (P type) having a concentration of .

この後、第2図ヘに示すように、第1エピ層1
9の上に1050℃の温度で水素ガスH2の雰囲気中
で1020cm-3の濃度のホウ素(P形)を選択エピタ
キシヤルして振動梁10となる第2エピ層20を
形成する。
After this, as shown in FIG.
A second epitaxial layer 20, which will become the vibrating beam 10, is formed on the vibrating beam 10 by selectively epitaxially depositing boron (P type) at a concentration of 10 20 cm -3 in an atmosphere of hydrogen gas H 2 at a temperature of 1050° C.

振動梁10は測定圧力PMがゼロの状態でも初
期張力を与えておかないと測定圧力PMの印加に
より座屈を起こして測定できない状態となる。ま
た、シリコンの共有結合半径は1.17Åであり、ホ
ウ素のそれは0.88Åであるので、ホウ素が部分的
にシリコンの中に注入されるとその部分は引張歪
みを受ける。
If the vibrating beam 10 is not given initial tension even when the measurement pressure P M is zero, it will buckle due to the application of the measurement pressure P M and become unable to be measured. Also, the covalent radius of silicon is 1.17 Å and that of boron is 0.88 Å, so when boron is partially implanted into silicon, that part experiences tensile strain.

そこで、この現象を利用して例えば第2エピ層
20のホウ素の濃度を調整することによりここに
初期張力を与えるか、或いはn形のシリコン基板
15の中のリン(共有結合半径は1.10Å)濃度を
調整してシリコン基板15と第2エピ層20との
相対歪みを考慮して初期張力を与えるようにす
る。
Therefore, by utilizing this phenomenon, for example, by adjusting the concentration of boron in the second epitaxial layer 20, an initial tension can be applied to the second epitaxial layer 20, or by applying phosphorus in the n-type silicon substrate 15 (covalent bond radius is 1.10 Å). The initial tension is applied by adjusting the concentration and taking into account the relative strain between the silicon substrate 15 and the second epitaxial layer 20.

次に、第2図トに示すように、第2エピ層20
の上に1050℃の温度で水素ガスH2の雰囲気中で
1018cm-3の濃度のホウ素(P形)を選択エピタキ
シヤルして第3エピ層21を形成する。
Next, as shown in FIG.
In an atmosphere of hydrogen gas H2 at a temperature of 1050 °C above
A third epitaxial layer 21 is formed by selectively epitaxially using boron (P type) with a concentration of 10 18 cm -3 .

更に、第2図チに示すように、第3エピ層21
の上に1050℃の温度で水素ガスH2の雰囲気中で、
1017cm-3の濃度のリン(n形)を選択エピタキシ
ヤルして第4エピ層22を形成する。
Furthermore, as shown in FIG.
In an atmosphere of hydrogen gas H2 at a temperature of 1050 °C above
A fourth epitaxial layer 22 is formed by selectively epitaxially using phosphorus (n-type) with a concentration of 10 17 cm -3 .

第2図リは、第2図チに示す選択エピタキシヤ
ルの工程の後にSiO2の酸化膜16を弗化水素HF
でエツチングして除去(工程は図示せず)した状
態において、第1エピ層19と第3エピ層21を
除去するエツチング工程を示している。
FIG . 2L shows that after the selective epitaxial process shown in FIG.
The figure shows an etching process for removing the first epitaxial layer 19 and the third epitaxial layer 21 in a state where the first epitaxial layer 19 and the third epitaxial layer 21 are removed by etching (the process is not shown).

このエツチング工程では、図示していないが、
アルカリの液中に全体が浸積されており、n形の
シリコン基板15を第4エピ層22がp形の第2
エピ層20に対してプラスの電位となるように直
流パルス電源23からピーク値が5Vで繰返し周
期が0.04Hz程度の正のパルス電圧が印加されてい
る。この電圧印加によりn形のシリコン基板15
と第4エピ層22はその表面に不溶性膜が形成さ
れて不働態化される結果そのエツチング速度が第
1エピ層19と第3エピ層21に対して大幅に遅
くなるので、これを利用して第1エピ層19と第
3エピ層21を除去する、と共に第2エピ層20
はドープされたホウ素の濃度が4×1019より大き
いときにはエツチング速度がドープされないシリ
コンの場合の通常の速度から大幅に遅れる現象を
利用して、全体として第2図ヌに示すように形成
する。
In this etching process, although not shown,
The entire structure is immersed in an alkaline solution, and the fourth epitaxial layer 22 covers the n-type silicon substrate 15 and the p-type second silicon substrate 15.
A positive pulse voltage with a peak value of 5 V and a repetition period of about 0.04 Hz is applied from a DC pulse power source 23 so as to have a positive potential with respect to the epitaxial layer 20. By applying this voltage, the n-type silicon substrate 15
An insoluble film is formed on the surface of the fourth epitaxial layer 22 to make it passivated, and as a result, its etching rate is significantly slower than that of the first epitaxial layer 19 and the third epitaxial layer 21. to remove the first epi layer 19 and the third epi layer 21, and remove the second epi layer 20.
Utilizing the phenomenon that when the concentration of doped boron is greater than 4×10 19 , the etching rate is significantly slower than the normal rate for undoped silicon, the entire structure is formed as shown in FIG.

第2図ルは、熱酸化の工程を示す。この工程で
は、シリコン基板15、第2エピ層20、および
第4エピ層22の内外の全表面にそれぞれ酸化膜
(SiO2)15a,20a,および22aを形成さ
せる。
Figure 2 shows the thermal oxidation process. In this step, oxide films (SiO 2 ) 15a, 20a, and 22a are formed on all inner and outer surfaces of the silicon substrate 15, the second epitaxial layer 20, and the fourth epitaxial layer 22, respectively.

第2図オはプラズマエツチングの工程を示す。
この工程では、第2図ルの工程でシリコン基板1
5、第2エピ層20、および第4エピ層22の内
外の全表面にそれぞれ形成された酸化膜15a,
20a、および22aのうち、シリコン基板15
と第4エピ層22の外面の部分に形成された酸化
膜をプラズマエツチングにより除去し、次の工程
での選択エピタキシヤル成長の準備をする。
FIG. 2E shows the plasma etching process.
In this process, the silicon substrate 1 is
5. Oxide films 15a formed on the entire inner and outer surfaces of the second epitaxial layer 20 and the fourth epitaxial layer 22, respectively;
Among 20a and 22a, silicon substrate 15
Then, the oxide film formed on the outer surface of the fourth epitaxial layer 22 is removed by plasma etching to prepare for selective epitaxial growth in the next step.

第2図ワの工程では、全体を1050℃の温度で水
素H2の雰囲気中でシリコン基板15と第4エピ
層22の外面の部分にn形の選択エピタキシヤル
成長をさせる。この選択エピタキシヤル成長によ
り、シリコン基板15と第4エピ層22との間が
埋められて内部に棒状の第4エピ層で形成された
振動梁10をもつカプセル23が形成される。
In the process shown in FIG. 2W, n-type selective epitaxial growth is performed on the outer surfaces of the silicon substrate 15 and the fourth epitaxial layer 22 in an atmosphere of hydrogen H 2 at a temperature of 1050° C. as a whole. By this selective epitaxial growth, the space between the silicon substrate 15 and the fourth epitaxial layer 22 is filled, and a capsule 23 having the vibrating beam 10 formed of the rod-shaped fourth epitaxial layer inside is formed.

この第2図ワの工程では水素H2の雰囲気中で
選択エピタキシヤル成長させたので、シリコンの
単結晶で出来たカプセル23の内部の中空室9の
中には水素H2が封入されている。そこで、900℃
で真空とした雰囲気の中にこのカプセル23を入
れて、その結晶格子の間を通してこの水素H2
脱気して真空とする。このようにして得られた真
空度は1×10-3Torr以下となる。
In the process shown in FIG. 2, selective epitaxial growth was performed in an atmosphere of hydrogen H 2 , so hydrogen H 2 was sealed in the hollow chamber 9 inside the capsule 23 made of a silicon single crystal. . Therefore, 900℃
This capsule 23 is placed in a vacuum atmosphere, and the hydrogen H 2 is degassed through the crystal lattice to create a vacuum. The degree of vacuum thus obtained is 1×10 -3 Torr or less.

このカプセル23の底部をエツチングしてシー
ト状に永久磁石11を埋めこむことにより第1図
に示すカプセル8が形成される。
The capsule 8 shown in FIG. 1 is formed by etching the bottom of the capsule 23 and embedding the permanent magnet 11 in the form of a sheet.

なお、第1図においては検出部6の形状を矩形
状としたが、形状はこれに限られることはなく任
意の形状で作ることができる。
In FIG. 1, the shape of the detection section 6 is rectangular, but the shape is not limited to this and can be made into any shape.

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本
発明によれば、シリコン基板に薄肉の受圧ダイア
フラムを形成する必要も、また陽極接合などでカ
バーを受圧ダイアフラムに接合しその内部を真空
に引く必要もないので、構造が簡単で信頼性の高
い圧力センサが実現できる。さらに、初期歪みε0
と共振周波数0の他は全てシリコンの物性値であ
り、かつ共振周波数以外はすべて極めて安定な定
数であるので、(4)式の関係が厳密に成立し、高精
度の圧力センサが実現できる。
<Effects of the Invention> As specifically explained above in conjunction with the embodiments, according to the present invention, there is no need to form a thin pressure-receiving diaphragm on a silicon substrate, and the cover is bonded to the pressure-receiving diaphragm by anodic bonding or the like. Since there is no need to evacuate the pressure sensor, a pressure sensor with a simple structure and high reliability can be realized. Furthermore, the initial strain ε 0
Since all values other than 0 and the resonance frequency are physical property values of silicon, and all other than the resonance frequency are extremely stable constants, the relationship in equation (4) is strictly established, and a highly accurate pressure sensor can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の1実施例を示す構成図、第2
図は第1図に示す検出部を製造する工程を示す工
程図、第3図は従来の圧力センサの検出部のカバ
ーをとつた構成を示す斜視図、第4図は第3図に
おける−断面におけるカバーをつけた断面
図、第5図は第3図において一部を省略して示し
た平面図である。 1…シリコン基板、2…受圧ダイアフラム、
3,4…振動梁、5…カバー、6…検出部、7…
励振部、8…カプセル、9…中空室、10…振動
梁、11…永久磁石、12…トランス、13…増
幅器、14…比較抵抗、15…シリコン基板、1
6…酸化膜、19…第1エピ層、20…第2エピ
層、21…第3エピ層、22…第4エピ層、23
…カプセル。
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a process diagram showing the process of manufacturing the detecting part shown in Fig. 1, Fig. 3 is a perspective view showing the structure of the detecting part of a conventional pressure sensor with the cover removed, and Fig. 4 is a - cross section in Fig. 3. FIG. 5 is a sectional view with a cover attached, and FIG. 5 is a plan view with a part omitted from FIG. 3. 1...Silicon substrate, 2...Pressure receiving diaphragm,
3, 4... Vibration beam, 5... Cover, 6... Detection unit, 7...
Excitation section, 8... Capsule, 9... Hollow chamber, 10... Vibration beam, 11... Permanent magnet, 12... Transformer, 13... Amplifier, 14... Comparison resistor, 15... Silicon substrate, 1
6... Oxide film, 19... First epi layer, 20... Second epi layer, 21... Third epi layer, 22... Fourth epi layer, 23
…capsule.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 半導体プロセスにより形成され測定圧力が周
囲に一様に印加されるカプセルと、このカプセル
の中に形成された中空室と、この中空室の中に所
定の張力で両端が前記カプセルと半導体プロセス
のみで一体として形成されたシリコン単結晶の振
動梁とを具備し、前記測定圧力により前記振動梁
にかかる張力の変化に基づく共振周波数の変化か
ら前記測定圧力を測定することを特徴とする圧力
センサ。
1 A capsule formed by a semiconductor process and to which measurement pressure is uniformly applied around the capsule, a hollow chamber formed inside this capsule, and a chamber formed in this hollow chamber with a predetermined tension at both ends, which are formed only by the capsule and the semiconductor process. and a silicon single crystal vibrating beam integrally formed with a silicon single crystal, the pressure sensor is characterized in that the measured pressure is measured from a change in resonance frequency based on a change in tension applied to the vibrating beam due to the measured pressure.
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