JPH0519091B2 - - Google Patents
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- G—PHYSICS
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- G01L9/0022—Transmitting 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、半導体の振動梁の差圧に対応した歪
みを周波数信号として検出する振動形差圧センサ
に係り、特に静圧特性を改善した振動形差圧セン
サに関する。[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to a vibrating differential pressure sensor that detects strain corresponding to the differential pressure of a semiconductor vibrating beam as a frequency signal, and in particular has improved static pressure characteristics. Regarding a vibrating differential pressure sensor.
〈従来の技術〉
シリコンの受圧ダイアフラムの上に形成されて
両端が固定され励振手段で励振された振動梁の共
振周波数の変化から圧力或いは差圧を検出する形
式のこの発明の改良のベースとなる公知の振動形
圧力センサは、例えば特願昭59−42632号「圧力
センサ」に開示されている。この提案では圧力セ
ンサとして説明してあるが差圧センサとしても用
いることができるので、以下の説明では差圧セン
サとして説明する。<Prior art> The present invention is based on a method of detecting pressure or differential pressure from changes in the resonant frequency of a vibrating beam formed on a silicon pressure receiving diaphragm, fixed at both ends, and excited by an excitation means. A known vibrating pressure sensor is disclosed, for example, in Japanese Patent Application No. 59-42632 entitled "Pressure Sensor". In this proposal, it is explained as a pressure sensor, but it can also be used as a differential pressure sensor, so in the following explanation, it will be explained as a differential pressure sensor.
この振動形差圧センサについて、第４図と第５
図を用いてその概要を説明する。 Regarding this vibrating differential pressure sensor, Figures 4 and 5
The outline will be explained using figures.
第４図はこの従来の振動形差圧センサのカバー
をとつた構成を示す斜視図、第５図は第４図にお
けるＸ−Ｘ断面におけるカバーをつけた断面図で
ある。 FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of this conventional vibrating differential pressure sensor with the cover removed, and FIG. 5 is a sectional view taken along the line XX in FIG. 4 with the cover attached.
これ等の図において、１は円筒状のシリコン基
板であり、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上面から圧力Spを下面から圧
力（Sp＋ΔP）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。ここで、ΔPは測定しようとす
る差圧である。 In these figures, 1 is a cylindrical silicon substrate, and 2 is a pressure-receiving part that is dug in the center of this silicon substrate 1 to form a thin wall part that receives pressure S p from the top surface and pressure (S p +ΔP) from the bottom surface. The pressure receiving diaphragm is made by etching the silicon substrate 1, for example. Here, ΔP is the differential pressure to be measured.
３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のほぼ中央部に設け
られている。 A vibration beam 3 is formed on the pressure receiving diaphragm 2 and has both ends fixed to the silicon substrate 1, and the vibration beam 3 is provided approximately at the center of the pressure receiving diaphragm 2.
この振動梁３は、具体的には例えば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５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, this vibrating beam 3 is 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 then forming a layer on top of the first P + type epitaxial layer. After forming the n-type epitaxial layer, a P + -type epitaxial layer is further formed, and the top thereof is protected with an oxide film SiO 2 . And vibration beam 3
The lower cavity 5 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６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
内部空間７を真空状態に保持する。 Vibration beam 3 formed on pressure receiving diaphragm 2
The periphery of the pressure-receiving diaphragm 2 is covered with, for example, a silicon cover 6 bonded to the pressure-receiving diaphragm 2 by anodic bonding or the like, and the internal space 7 is maintained in a vacuum state.
この振動梁３、カバー６、空洞部５、内部空間
７などで振動形差圧センサの検出部Ｄを形成して
いる。 The vibrating beam 3, the cover 6, the cavity 5, the internal space 7, etc. form a detection section D of the vibrating differential pressure sensor.
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はその固有振動数で
自励発振を起こす。 In the above configuration, the first left and right P +
When an oscillation circuit is connected between the shaped epitaxial layers to cause oscillation, the vibrating beam 3 causes self-oscillation at its natural frequency.
この場合、カバー６の内部空間７が真空状態に
され振動梁３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 this case, since the internal space 7 of the cover 6 is brought into a vacuum state and the vibrating beam 3 is held in vacuum, the Q value indicating the sharpness of resonance becomes large, making it easy to detect the resonance frequency.
第５図に示すように圧力Spと圧力（Sp＋ΔP）
の差圧ΔPが受圧ダイアフラム２に印加されると
振動梁３は引張応力を受ける。 As shown in Figure 5, pressure S p and pressure (S p + ΔP)
When the differential pressure ΔP is applied to the pressure receiving diaphragm 2, the vibrating beam 3 receives tensile stress.
この引張応力により振動梁３の固有振動数が変
化して差圧ΔPを知ることができる。 This tensile stress changes the natural frequency of the vibrating beam 3, allowing the differential pressure ΔP to be determined.
しかしながら、この様な従来の振動形差圧セン
サでは、薄肉の受圧ダイアフラム２の上に形成さ
れた振動梁３の上部に別に作られたシリコンのカ
バー６を陽極接合などで接合し、カバー６と受圧
ダイアフラム２とで形成された内部の空間を真空
に引かなければなければならないので、振動形差
圧センサの圧力特性或いは温度特性が悪くなり精
度低下の原因をなすという問題がある。 However, in such a conventional vibrating differential pressure sensor, a separately made silicone cover 6 is bonded to the top of the vibrating beam 3 formed on the thin pressure-receiving diaphragm 2 by anodic bonding or the like. Since the internal space formed by the pressure-receiving diaphragm 2 must be evacuated, there is a problem in that the pressure characteristics or temperature characteristics of the vibrating differential pressure sensor deteriorate, causing a decrease in accuracy.
そこで、本出願人はこの問題を解決するため
に、昭和62年７月２日に特願昭62−166175号「発
明の名称：振動形トランスデユーサの製造方法」
を提出している。以下、この提案の概要について
説明する。 Therefore, in order to solve this problem, the present applicant filed Japanese Patent Application No. 62-166175 on July 2, 1988 entitled "Title of the Invention: Method for Manufacturing a Vibratory Transducer"
has been submitted. The outline of this proposal will be explained below.
第６図はこの提案による振動形差圧センサの要
部である検出部の製造工程を示す工程図である。 FIG. 6 is a process diagram showing the manufacturing process of the detection section, which is the main part of the vibratory differential pressure sensor according to this proposal.
これは第５図における検出部Ｄに対応する振動
梁の軸方向の断面で示した検出部D′の工程を示
している。 This shows the process of the detection part D' shown in the axial cross section of the vibrating beam corresponding to the detection part D in FIG.
第６図イは検出部D′を作るためのベースとな
るｎ形のシリコン基板８を示す。 FIG. 6A shows an n-type silicon substrate 8 which is a base for making the detection section D'.
次に、このシリコン基板８を熱酸化してその表
面に酸化膜（SiO2）９を形成する（第６図ロ）。 Next, this silicon substrate 8 is thermally oxidized to form an oxide film (SiO 2 ) 9 on its surface (FIG. 6B).
さらに、第６図ハの工程でこの酸化膜９の中央
部を紙面に垂直方向にフオトエツチングして、溝
１０を形成する。 Further, in the step shown in FIG. 6C, the central portion of this oxide film 9 is photoetched in a direction perpendicular to the plane of the paper to form a groove 10.
第６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を
することによりシリコン基板８に溝１０を介して
溝１１を形成する。 In the process shown in Figure 6 (d), hydrogen gas is heated at a temperature of 1050°C.
A groove 11 is formed in the silicon substrate 8 through the groove 10 by etching in an atmosphere containing H 2 and hydrochloric acid HCl.
次の、第６図ホに示すように、溝１１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１２を形成する。 In the groove 11, as shown in Fig. 6 E,
10 18 cm -3 in an atmosphere of hydrogen gas H 2 at a temperature of 1050 ° C
The first epitaxial layer 12 is formed by selectively epitaxially using boron (P type) having a concentration of .
この後、第６図ヘに示すように、第１エピ層１
２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１３となる第２エピ層１４を
形成する。 After this, as shown in FIG.
A second epitaxial layer 14, which will become the vibrating beam 13, is formed on the vibrating beam 13 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１３は差圧ΔPがゼロの状態でも初期張
力を与えておかないと差圧ΔP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。 Even if the differential pressure ΔP is zero, the vibrating beam 13 will buckle due to the application of the differential pressure ΔP and become unmeasurable unless an initial tension is applied to it. 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
１４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
８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８と第２エピ層１４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 14, an initial tension can be applied to the second epitaxial layer 14, or by applying phosphorus in the n-type silicon substrate 8 (covalent bond radius is 1.10 Å). The initial tension is given by adjusting the concentration and taking into account the relative strain between the silicon substrate 8 and the second epitaxial layer 14.
次に、第６図トに示すように、第２エピ層１４
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１５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 15 is formed by selectively epitaxially using boron (P type) with a concentration of 10 18 cm -3 .
更に、第６図チに示すように、第３エピ層１５
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１６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 16 is formed by selectively epitaxially using phosphorus (n-type) with a concentration of 10 17 cm -3 .
第６図リは、第６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９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１２と第３エピ層１５を除
去するエツチング工程を示している。 FIG. 6 (ri) shows that the first epitaxial layer is removed after the selective epitaxial process shown in FIG. 12 and the third epitaxial layer 15 are 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８と第４エピ層１６がｐ形の第２エ
ピ層１４に対してプラスの電位となるように直流
パルス電源１７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８と
第４エピ層１６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１２と第３エピ層１５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１２と第３
エピ層１５を除去する。さらに、第２エピ層１４
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、第２エピ層１４を残して全体として第
６図ヌに示すように一部に開口部１８をもち、さ
らにシリコン基板８と第２エピ層１４との間に間
隙を持つように形成される。 In this etching process, although not shown,
The entire structure is immersed in an alkaline solution, and a peak voltage is applied from a DC pulse power source 17 so that the n-type silicon substrate 8 and the fourth epitaxial layer 16 have a positive potential with respect to the p-type second epitaxial layer 14. A positive pulse voltage with a value of 5V and a repetition period of about 0.04Hz is applied. As a result of this voltage application, an insoluble film is formed on the surfaces of the n-type silicon substrate 8 and the fourth epitaxial layer 16 and the etching rate becomes the first.
Since it is much slower than the epitaxial layer 12 and the third epitaxial layer 15, the first epitaxial layer 12 and the third epitaxial layer are
Epi layer 15 is removed. Furthermore, the second epi layer 14
Taking advantage of 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 second epitaxial layer 14 is left in place as a whole, as shown in FIG. As shown in FIG. 3, it is formed so as to have an opening 18 in a part thereof, and a gap between the silicon substrate 8 and the second epitaxial layer 14.
第６図ルは、熱酸化の工程を示す。この工程で
は、シリコン基板８、第２エピ層１４、および第
４エピ層１６の内外の全表面にそれぞれ酸化膜
（SiO2）８ａ，１４ａ、および１６ａを形成させ
る。 Figure 6 shows the thermal oxidation process. In this step, oxide films (SiO 2 ) 8a, 14a, and 16a are formed on all inner and outer surfaces of the silicon substrate 8, the second epitaxial layer 14, and the fourth epitaxial layer 16, respectively.
第６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６図ルの工程でシリコン基板
８、第２エピ層１４、および第４エピ層１６の内
外の全表面にそれぞれ形成された酸化膜８ａ，１
４ａ、および１６ａのうち、シリコン基板８と第
４エピ層１６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. 6E shows the plasma etching process.
In this step, the oxide films 8a and 1 formed on all the inner and outer surfaces of the silicon substrate 8, the second epitaxial layer 14, and the fourth epitaxial layer 16 in the step of FIG.
Of 4a and 16a, the oxide films formed on the outer surfaces of silicon substrate 8 and fourth epitaxial layer 16 are removed by plasma etching to prepare for selective epitaxial growth in the next step.
第６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８と第４エピ層
１６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８と第４エピ層１６との間に形
成された開口部１８が埋められてシエル２０が形
成され内部に棒状の第４エピ層で形成された振動
梁１３をもつ振動形差圧センサの検出部が形成さ
れる。 In the step shown in FIG. 6, n-type selective epitaxial growth is performed on the outer surfaces of the silicon substrate 8 and the fourth epitaxial layer 16 in an atmosphere of hydrogen H 2 at a temperature of 1050° C. as a whole. By this selective epitaxial growth, the opening 18 formed between the silicon substrate 8 and the fourth epitaxial layer 16 is filled, a shell 20 is formed, and the vibration beam 13 formed of the rod-shaped fourth epitaxial layer is formed inside. A detection section of a vibrating differential pressure sensor is formed.
この第６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をさせたので、シリコン
の単結晶で出来たシリコン基板８とシエル２０と
の間に形成された中空室２１の中には水素H2が
封入されている。 In the step shown in FIG. 6, selective epitaxial growth was carried out in an atmosphere of hydrogen H 2 , so that the epitaxial growth was carried out in a hollow chamber 21 formed between a silicon substrate 8 made of a silicon single crystal and a shell 20. is filled with hydrogen H2 .
そこで、第６図カに示すように900℃で真空と
した雰囲気の中にこの検出部を持つ振動形差圧セ
ンサを入れて、シリコンの結晶格子の間を通して
この水素H2を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。 Therefore, as shown in Figure 6 F, a vibrating differential pressure sensor with this detection part is placed in a vacuum atmosphere at 900℃, and this hydrogen H 2 is degassed through the silicon crystal lattice. Make a vacuum. The degree of vacuum thus obtained is 1×10 -3 Torr or less.
〈発明が解決しようとする問題点〉
以上のようにして、先願に係る振動形差圧セン
サは振動梁と共にカバーもシリコン基板と一体に
製造することができ、従来の公知の振動形差圧セ
ンサの欠点を除去することができるが、なお次に
説明する欠点を持つ。<Problems to be Solved by the Invention> As described above, in the vibrating differential pressure sensor according to the prior application, both the vibrating beam and the cover can be manufactured integrally with the silicon substrate. Although the drawbacks of the sensor can be eliminated, it still has the following drawbacks.
このような振動形差圧センサを用いて、例えば
500Kgｆ／cm2にも及ぶ高い静圧Spの基で例えば
（10mmH2O〜10Kgｆ／cm2）のような微小な差圧ΔP
を測定する場合には、振動形差圧センサの受圧ダ
イアフラムの一方の面には静圧Spが他方の面には
静圧（Sp＋ΔP）が印加されるので、この静圧Sp
により基板、受圧ダイアフラム、振動梁がεs＝Sp
ｌ／Esだけ収縮する。但し、Esは体積圧縮率、ｌ
は振動梁の長さである。 Using such a vibrating differential pressure sensor, for example,
Under a high static pressure S p as high as 500Kgf/cm 2 , a small differential pressure ΔP such as (10mmH 2 O ~ 10Kgf/cm 2 )
When measuring , static pressure S p is applied to one side of the pressure receiving diaphragm of the vibrating differential pressure sensor, and static pressure (S p + ΔP) is applied to the other side, so this static pressure S p
Therefore, the substrate, pressure-receiving diaphragm, and vibration beam are ε s = S p
It contracts by l/E s . However, E s is the volumetric compressibility, l
is the length of the vibrating beam.
従つて、振動梁にはεsだけの圧縮歪が加わり、
このため振動梁の共振周波数が変化して静圧誤差
を生じるという問題が生じる。 Therefore, a compressive strain of ε s is applied to the vibrating beam,
This causes a problem in that the resonant frequency of the vibrating beam changes, resulting in a static pressure error.
〈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、
周囲に固定部を持ちその内側に差圧によつて変形
する受圧ダイアフラムを持つ半導体の基板と、固
定部の一部が掘られて凹部とされここに形成され
た薄肉の補償ダイアフラムと、この補償ダイアフ
ラムの上に一端が設けられ他端が受圧ダイアフラ
ムの上に形成された振動梁と、基板に一体に形成
され振動梁の周囲を覆うシエルと、固定部と接合
され差圧を成す一方の圧力を導入する導圧孔を持
つ半導体の基台とを有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 semiconductor substrate having a fixed part around it and a pressure-receiving diaphragm inside which deforms due to differential pressure, a thin compensation diaphragm formed in a recess made by digging a part of the fixed part, and this compensation. A vibrating beam with one end provided above the diaphragm and the other end formed above the pressure-receiving diaphragm, a shell formed integrally with the substrate and surrounding the vibrating beam, and one pressure that is joined to the fixed part to form a differential pressure. The semiconductor base has a semiconductor base having a pressure-conducting hole for introducing pressure.
〈作用〉
振動梁の各一端が受圧ダイアフラムと補償ダイ
アフラムの上に固定されているので、静圧が補償
ダイアフラムに印加されると補償ダイアフラムに
より引張歪が発生する。一方、振動梁には静圧に
よる圧縮歪が発生する。従つて、これ等は互いに
キヤンセルされ静圧が補償される。<Operation> Since each end of the vibrating beam is fixed above the pressure receiving diaphragm and the compensating diaphragm, when static pressure is applied to the compensating diaphragm, tensile strain is generated by the compensating diaphragm. On the other hand, compressive strain occurs in the vibrating beam due to static pressure. Therefore, they cancel each other out and the static pressure is compensated.
〈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図は本発明のシエルを除いた１実
施例を示す射視図、第２図はシエルを付したその
Ｘ−Ｘ断面の構成を示す断面図である。<Example> Hereinafter, an example of the present invention will be described based on the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of the present invention without a shell, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the embodiment taken along line X--X with a shell attached.
それ等の図において、２２は円筒状のシリコン
の基板であり、２３はこの基板２２の中央を掘つ
て薄肉部を形成して静圧Sp、（Sp＋ΔP）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
リコンをエツチングして作られ、その周囲は円環
状に厚肉の固定部２４とされている。 In these figures, 22 is a cylindrical silicon substrate, and 23 is a pressure-receiving part made by digging the center of this substrate 22 to form a thin part to receive static pressure S p , (S p +ΔP). The diaphragm is made by etching silicon, for example, and has a thick-walled fixing part 24 in an annular shape around the diaphragm.
２５は固定部２４の一部の円環状の底面を掘つ
て形成された薄肉の補償ダイアフラムである。 Reference numeral 25 denotes a thin compensation diaphragm formed by digging out a part of the annular bottom surface of the fixing part 24.
２６は差圧による歪みを検出する振動梁であ
り、その一端は受圧ダイアフラム２３の上に、他
の一端は補償ダイアフラム２５の上にそれぞれ形
成され、この上は内部を例えば真空に保持するシ
エル２７で覆つてある。これ等の振動梁２６とシ
エル２７は第６図で説明した製造方法と同じ製造
方法で作られる。 26 is a vibrating beam for detecting distortion due to differential pressure, one end of which is formed on the pressure receiving diaphragm 23, the other end is formed on the compensation diaphragm 25, and above this is a shell 27 that maintains the inside in a vacuum, for example. It is covered with These vibrating beams 26 and shell 27 are manufactured by the same manufacturing method as explained in FIG. 6.
固定部２４の底面は中央に圧力（Sp＋ΔP）を
導入する導圧孔２８を持つ円板状のシリコンの基
台２９が例えば陽極接合などにより接合されてい
る。この接合に当たつて、真空状態で接合すれば
補償ダイアフラム２５の内部は真空となり、大気
圧下で接合させれば補償ダイアフラム２５の内部
は大気圧となる。 A disk-shaped silicon base 29 having a pressure guiding hole 28 in the center for introducing pressure (S p +ΔP) is bonded to the bottom surface of the fixed part 24 by, for example, anodic bonding. In this bonding, if the bonding is carried out in a vacuum state, the inside of the compensation diaphragm 25 becomes a vacuum, and if the bonding is carried out under atmospheric pressure, the inside of the compensation diaphragm 25 becomes atmospheric pressure.
次に、以上のように構成された第１図、第２図
に示す実施例の動作について第３図に示す動作説
明図を用いて説明する。 Next, the operation of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 constructed as above will be explained using the operation explanatory diagram shown in FIG. 3.
まづ、差圧ΔPが印加された状態の動作につい
て説明する。 First, the operation when the differential pressure ΔP is applied will be explained.
差圧ΔPが受圧ダイアフラム２３に印加される
と、受圧ダイアフラム２３が変位し、これに伴な
い振動梁２６の受圧ダイアフラム２３側の一端が
変位して振動梁２６に張力が加わる。この結果、
振動梁２６の共振周波数が変化するので、これに
より差圧ΔPが検出される。 When the differential pressure ΔP is applied to the pressure receiving diaphragm 23, the pressure receiving diaphragm 23 is displaced, and one end of the vibrating beam 26 on the pressure receiving diaphragm 23 side is displaced accordingly, and tension is applied to the vibrating beam 26. As a result,
Since the resonant frequency of the vibrating beam 26 changes, the differential pressure ΔP is detected.
次に静圧Spが印加されたときの動作について説
明する。 Next, the operation when static pressure Sp is applied will be explained.
静圧Spが受圧ダイアフラム２３に印加されても
受圧ダイアフラム２３は変位しないが振動梁２６
には前述のようにεs＝Spｌ／Esなる圧縮歪が加わ
る。一方、補償ダイアフラム２５は静圧Spを受
け、第３図に示す様に補償ダイアフラム２５を下
方に押し下げて振動梁２６の補償ダイアフラム２
５上の端部を変位させ、振動梁２６にεxなる引張
歪を加える。 Even if static pressure S p is applied to the pressure receiving diaphragm 23, the pressure receiving diaphragm 23 does not displace, but the vibration beam 26
As mentioned above, a compressive strain of ε s =S p l/E s is applied. On the other hand, the compensation diaphragm 25 receives static pressure S p , which pushes the compensation diaphragm 25 downward as shown in FIG.
5 is displaced, and a tensile strain of ε x is applied to the vibrating beam 26.
従つて、εs＝εxになるように補償ダイアフラム
２５を設計しておくことによつて静圧Spを印加し
ても振動梁２６には歪みが加わらないようにする
ことができる。 Therefore, by designing the compensation diaphragm 25 so that ε s =ε x , it is possible to prevent distortion from being applied to the vibrating beam 26 even when the static pressure S p is applied.
なお、バラツキのために補償ダイアフラム２５
による静圧補償では補償の程度が不十分な場合に
は、第１図および第２図における固定部２４の上
面或いは内部に例えば拡散などにより歪みゲージ
を形成したり、或いは振動梁２６と同じような振
動梁を別に設けてこれを静圧センサとして用い、
その出力で補償ダイアフラムでの静圧補償のバラ
ツキ分を電気回路で補償するようにすると、より
完全な静圧補償を達成できる。また、この静圧セ
ンサは基台２９側に設けても良い。 In addition, due to variations, the compensation diaphragm 25
If the static pressure compensation is insufficient, a strain gauge may be formed on the top surface or inside the fixed part 24 in FIGS. 1 and 2 by diffusion, or a A separate vibrating beam is installed and used as a static pressure sensor.
If the output is used to compensate for variations in static pressure compensation in the compensation diaphragm using an electric circuit, more complete static pressure compensation can be achieved. Further, this static pressure sensor may be provided on the base 29 side.
〈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
発明によれば基板に受圧ダイアフラムと補償ダイ
アフラムを設け、これ等にまたがるように振動梁
を設けることによつて静圧による引張歪と圧縮歪
みを補償するようにしたので静圧誤差を小さくす
ることができ精度の向上に寄与する。<Effects of the Invention> As specifically explained above in conjunction with the embodiments, according to the present invention, a pressure receiving diaphragm and a compensation diaphragm are provided on a substrate, and a vibration beam is provided so as to straddle these, so that tension due to static pressure can be reduced. Since strain and compressive strain are compensated for, static pressure errors can be reduced, contributing to improved accuracy.
第１図はシエルを除いた本発明の１実施例の構
成を示す射視図、第２図は第１図のＸ−Ｘ断面を
示す断面図、第３図は第１図と第２図に示す実施
例の動作を説明する動作説明図、第４図はシエル
を除いた公知の従来の振動形差圧センサの構成を
示す射視図、第５図は第４図のＸ−Ｘ断面を示す
断面図、第６図は先願の従来の振動形差圧センサ
を製造する工程を説明する工程図である。
１…シリコン基板、２…受圧ダイアフラム、３
…振動梁、５…空洞部、６…カバー、７…内部空
間、８…シリコン基板、１２…第１エピ層、１３
…振動梁、１４…第２エピ層、１５…第３エピ
層、１６…第４エピ層、１８…開口部、２０…シ
エル、２１…中空室、２２…基板、２３…受圧ダ
イアフラム、２４…固定部、２５…補償ダイアフ
ラム、２６…振動梁、２７…シエル、２９…基
台。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of one embodiment of the present invention excluding the shell, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line X-X in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing FIGS. 1 and 2. Fig. 4 is a perspective view showing the configuration of a known conventional vibrating differential pressure sensor excluding the shell, and Fig. 5 is a cross section taken along line X-X in Fig. 4. FIG. 6 is a process diagram illustrating the process of manufacturing the conventional vibrating differential pressure sensor of the prior application. 1...Silicon substrate, 2...Pressure diaphragm, 3
... Vibration beam, 5... Cavity, 6... Cover, 7... Internal space, 8... Silicon substrate, 12... First epi layer, 13
... Vibration beam, 14... Second epi layer, 15... Third epi layer, 16... Fourth epi layer, 18... Opening, 20... Shell, 21... Hollow chamber, 22... Substrate, 23... Pressure receiving diaphragm, 24... Fixed part, 25... Compensation diaphragm, 26... Vibration beam, 27... Ciel, 29... Base.
Claims (1)
変形する受圧ダイアフラムを持つ半導体の基板
と、前記固定部の一部が掘られて凹部とされここ
に形成された薄肉の補償ダイアフラムと、この補
償ダイアフラムの上に一端が設けられ他端が前記
受圧ダイアフラムの上に形成された振動梁と、前
記基板に一体に形成され前記振動梁の周囲を覆う
シエルと、前記固定部と接合され前記差圧を成す
一方の圧力を導入する導圧孔を持つ半導体の基台
を有することを特徴とする振動形差圧センサ。1. A semiconductor substrate having a fixed part around it and a pressure-receiving diaphragm inside the fixed part that deforms due to differential pressure, and a thin compensating diaphragm formed in a concave part by digging a part of the fixed part; a vibrating beam having one end provided above the compensation diaphragm and the other end being formed above the pressure receiving diaphragm; a shell integrally formed with the substrate and covering the periphery of the vibrating beam; A vibrating differential pressure sensor characterized by having a semiconductor base having a pressure guiding hole for introducing one pressure forming a differential pressure.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28627587A JPH01127930A (en) | 1987-11-12 | 1987-11-12 | Vibration type differential pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28627587A JPH01127930A (en) | 1987-11-12 | 1987-11-12 | Vibration type differential pressure sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01127930A JPH01127930A (en) | 1989-05-19 |
| JPH0519091B2 true JPH0519091B2 (en) | 1993-03-15 |
Family
ID=17702258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28627587A Granted JPH01127930A (en) | 1987-11-12 | 1987-11-12 | Vibration type differential pressure sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01127930A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0431728A (en) * | 1990-05-28 | 1992-02-03 | Yokogawa Electric Corp | Semiconductor pressure gage |
| JP5880499B2 (en) * | 2013-08-19 | 2016-03-09 | 横河電機株式会社 | Vibration type pressure sensor and manufacturing method thereof |
-
1987
- 1987-11-12 JP JP28627587A patent/JPH01127930A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01127930A (en) | 1989-05-19 |
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