JPH055663A

JPH055663A - 振動形トランスデユサ

Info

Publication number: JPH055663A
Application number: JP15874191A
Authority: JP
Inventors: Makoto Takeuchi; 誠竹内; Akio Fujita; 晃朗藤田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1993-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】信頼性の高い振動形トランスデュサを提供す
るにある。【構成】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、前記真空室のシェル側壁面に設け
られ前記振動梁が前記真空室のシェル側壁面に付着する
ことなく前記振動梁の長手側面が線接触するように構成
された傾斜側壁面部を具備したことを特徴とする振動形
トランスデュサである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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シェル壁面に接触する事が
あっても真空室のシェル側壁面に付着せず外乱を取り除
けば完全に元に戻る、信頼性の高い振動形トランスデュ
サに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１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。図１２は、図１１のＡ―Ａ断面図で
ある。

【０００３】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―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。

【０００４】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。

【０００５】図１３〜図１８は、図１１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。

【０００６】以下、図１３〜図１８について説明する。（１）図１３に示すごとく、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１０２をホトリソグラフィにより除去する。（２）図１４に示すごとく、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―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。

【０００７】（３）図１５に示すごとく、１０５０℃の
水素（Ｈ₂）雰囲気中で、ソ―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。

【０００８】（４）図１６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（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）図１７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。

【０００９】（６）図１８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１
０８の箇所に着膜させて、エッチング注入口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。

【００１０】

【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とい
う事が発生する場合がある。この対策のため、真空室５
の基板１側の側壁面を傾斜面とし、しかも、この傾斜面
に振動梁３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５のシェル側壁面に振動梁３が付
着してしまう事は、解決出来ない。真空室５のシェル側
壁面の平面部分は、ピタキシャル成長層を積重ねて形成
するので、振動梁３より広くなるからである。

【００１１】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
振動梁が真空室のシェル壁面に接触する事があっても真
空室のシェル側壁面に付着せず外乱を取り除けば完全に
元に戻る、信頼性の高い振動形トランスデュサを提供す
るにある。

【００１２】

【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、前記真空室のシェル側壁面に設
けられ前記振動梁が前記真空室のシェル側壁面に付着す
ることなく前記振動梁の長手側面が線接触するように構
成された傾斜側壁面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。

【００１３】

【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基づき、測定圧力の測定が出来
る。而して、真空室のシェル側壁面に設けられ、振動梁
が真空室のシェル側壁面に付着することなく、振動梁の
長手側面が線接触するように構成された傾斜側壁面部が
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、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。

【００１４】

【実施例】図１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、図１１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、真空室５のシェル４側壁面に設けられ、振動梁
３が真空室５のシェル４側壁面に付着することなく、振
動梁３の長手側面が線接触するように構成された傾斜側
壁面部である。

【００１５】以上の構成において、振動梁３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のシェル側壁面に接触
する事があっても、傾斜側壁面部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。

【００１６】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
シェル側壁面に接触すると、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側壁
面に設けられ、振動梁３が真空室５のシェル４側壁面に
付着することなく、振動梁３の長手側面が線接触するよ
うに構成された傾斜側壁面部１１が設けられたので、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。

【００１７】この様な装置は、例えば、図２〜図９に示
す如くして作る。（１）図２に示すごとく、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）図３に示すごとく、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―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。

【００１８】（３）図４に示すごとく、水素（Ｈ₂）雰
囲気中で、ソ―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、１０５０℃
の温度下で、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。１０５
０℃の温度下で、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。

【００１９】（４）図５に示すごとく、第３エピタキシ
ャル層２０６の表面を、傾斜側壁面部１１が構成出来る
ように、塩化水素ガスで気相エッチングする。（５）図６に示すごとく、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２
０７を選択エピタキシャル成長させる。（６）図７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）でエッチ
ングして除去し、エッチング注入口２０８を設ける。

【００２０】（７）図８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２０
５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。（８）図９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２０７の外表面に、エピタキシ
ャル成長層２０９を形成し、エッチング注入口２０８を
閉じる。なお、前述の本発明装置の製作方法において
は、傾斜側壁面部１１が構成出来るように、第３エピタ
キシャル成長層２０６の表面を、塩化水素ガスで気相エ
ッチングするものについて説明したが、これに限ること
はなく、例えば、第３エピタキシャル成長層２０６の表
面を、エッチング溶液で削ってもよく、要するに、傾斜
側壁面部１１が構成出来るようにできるものであれば良
い。但し、塩化水素ガスで気相エッチングすれば、エピ
タキシャル成長装置からウエハを出入れする必要がない
利点を有する。

【００２１】図１０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。

【００２２】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。

【００２３】

【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、前記真空室のシェル側壁面に設けられ前記振動梁
が前記真空室のシェル側壁面に付着することなく前記振
動梁の長手側面が線接触するように構成された傾斜側壁
面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。

【００２４】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、振動梁が真空室のシェル側
壁面に接触すると、そのまま真空室の壁面に付着してし
まう恐れがあるが、真空室のシェル側壁面に設けられ、
振動梁が真空室のシェル側壁面に付着することなく、振
動梁の長手側面が線接触するように構成された傾斜側壁
面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。

【００２５】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
あっても真空室のシェル側壁面に付着せず外乱を取り除
けば完全に元に戻る、信頼性の高い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】

【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。

【図２】図１の製作説明図である。

【図３】図１の製作説明図である。

【図４】図１の製作説明図である。

【図５】図１の製作説明図である。

【図６】図１の製作説明図である。

【図７】図１の製作説明図である。

【図８】図１の製作説明図である。

【図９】図１の製作説明図である。

【図１０】本発明の装置の使用例の要部構成説明図であ
る。

【図１１】従来より一般に使用されている従来例の構成
説明図である。

【図１２】図１１のＡ―Ａ断面図である。

【図１３】図１１の製作説明図である。

【図１４】図１１の製作説明図である。

【図１５】図１１の製作説明図である。

【図１６】図１１の製作説明図である。

【図１７】図１１の製作説明図である。

【図１８】図１１の製作説明図である。

【符号の説明】

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…傾斜側壁面部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…エピタキシャル成長層

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】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、前記真空室のシェル側壁面に設け
られ前記振動梁が前記真空室のシェル側壁面に付着する
ことなく前記振動梁の長手側面が線接触するように構成
された傾斜側壁面部を具備したことを特徴とする振動形
トランスデュサ。