JPH0557532B2 - - Google Patents
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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 particularly relates to a vibrating differential pressure sensor that 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> This is the basis of the improvement of the present invention, which detects pressure or differential pressure from changes in the resonance 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て受圧ダイア
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ｈ、幅をｄとすれば、ｌ＝100μ
ｍ、ｈ＝1μｍ、ｄ＝5μｍの程度の大きさである。 The vibrating beam 3 formed in this way has, for example, a length of l, a thickness of h, and a width of d, then l = 100μ.
The sizes are of the order of m, 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。 This vibration beam 3, cover 6, cavity 5, internal space 7
The detection part D of the vibrating differential pressure sensor is formed by the above.
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
自梁発振を起こす。 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-beam 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 pressure difference 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成圧セン
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 vibration-forming 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, and the cover 6 and the pressure-receiving Since the internal space formed by the 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.
次に、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。 Next, as shown in FIG.
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1.17A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 1.17A and that of boron is 0.88A, so when boron is partially implanted into silicon, that part will experience 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1.10A）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 may be applied to the second epitaxial layer 14, or by applying phosphorus in the n-type silicon substrate 8 (covalent bond radius is 1.10A). 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の濃度でホウ素（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) at 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漬されており、ｎ形の
シリコン基板８は第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ブされないシリ
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
〓を持つように形成される。 In this etching process, although not shown,
The entire n-type silicon substrate 8 is immersed in an alkaline solution, and a peak value is applied to the n-type silicon substrate 8 from a DC pulse power source 17 so that the fourth epitaxial layer 16 has a positive potential with respect to the p-type second epitaxial layer 14. A positive pulse voltage of 5V and a repetition period of about 0.04Hz is applied. By applying this voltage, 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 is increased to the first level.
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 and the entire etching process is performed as shown in FIG. As shown in FIG. 3, it is formed to have an opening 18 in a part and to have 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１６のうち、シリコン基板８と第４
エピ層６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.
4a and 16, the silicon substrate 8 and the fourth
The oxide film formed on the outer surface of the epitaxial layer 6 is 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. shall be. 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, and the conventional vibrating differential pressure sensor 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
500Kg／cm2にも及ぶ高い静圧SPの基で例えば（10
mmH2O〜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／
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,
For example, ( 10
When measuring a small differential pressure ΔP such as mmH 2 O~10Kgf/cm 2 ), static pressure S P is applied to one side of the pressure receiving diaphragm of the vibrating differential pressure sensor, and static pressure is applied to the other side. (S P +ΔP) is applied, so this static pressure S P causes the substrate, pressure receiving diaphragm, and vibration beam to become ε S = S P /
Only E S contracts. However, E S is the volumetric compressibility, and l is the length of the vibrating beam.
従つて、振動梁にはεSだけの圧縮率が加わり、
このため振動梁の共振周波数が変化しても静圧誤
差を生じるという問題が生じる。 Therefore, a compression ratio of ε S is added to the vibrating beam, and
Therefore, a problem arises in that even if the resonant frequency of the vibrating beam changes, a static pressure error occurs.
＜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、
厚肉の固定部とその内側に凹部が形成されて薄く
なつた受圧ダイアフラムとを持つ半導体の基板
と、先の受圧ダイアフラムの表面付近に設けられ
歪みによつて固定振動数が変化する少なくとも１
個以上の振動梁と、先の受圧ダイアフラムの上に
これと一体に形成された先の振動梁の周囲を覆う
シエルと、先の固定部と接合され導圧孔が先の凹
部に貫通して設けられた圧力に対する体積圧縮率
が先の基板より大きい材料の基台とを具備し、こ
の基台と先の基板の内外に印加される共通の圧力
である静圧による先の振動梁の圧縮歪を先の基台
の先の静圧による圧縮に起因して先の振動梁に生
じる引張歪によりキヤンセルする値に先の基台を
体積圧縮率を選定し、先の受圧ダイアフラムに印
加される差圧に対応して先の振動梁に生じる固有
振動数の変化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 semiconductor substrate having a thick fixed part and a thin pressure receiving diaphragm with a recess formed inside the fixed part;
A shell that covers the periphery of the vibrating beam is integrally formed on the pressure-receiving diaphragm, and a shell that is connected to the fixing part and has a pressure conduction hole that penetrates the concave part. The first vibration beam is compressed by static pressure, which is a common pressure applied to the inside and outside of the base and the first board. The volumetric compression ratio of the first base is selected to a value that cancels the strain due to the tensile strain generated in the first vibrating beam due to compression due to the static pressure at the first base, and the pressure is applied to the first pressure receiving diaphragm. This method measures the change in the natural frequency that occurs in the vibrating beam in response to the differential pressure.
＜作用＞
基板に接合される基台として圧力する対する体
積圧縮率が基板よりも大きな材料の基台を用いる
ことにより、これ等の周囲から印加される静圧に
よりこの基台をベンデングさせて基板に形成され
た振動梁の引張応力に生じさせ、静圧による振動
梁に対する圧縮歪をこの引張応力で打ち消す。<Function> By using a base made of a material that has a higher volume compression ratio than the substrate under pressure as a base to be bonded to the substrate, the static pressure applied from the surroundings bends this base and the substrate This tensile stress is generated in the vibrating beam formed in the vertical direction, and the compressive strain on the vibrating beam due to static pressure is canceled out by this tensile stress.
＜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.
これ等の図において、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 that is formed 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 annular fixing part 24 around the diaphragm.
２５は差圧による歪みを検出する振動梁、２６
は内部を例えば真空に保持するシエルであり、こ
れ等は第６図で説明した製造方法で作られる。 25 is a vibrating beam that detects distortion due to differential pressure, 26
is a shell whose interior is kept in a vacuum, for example, and these are manufactured by the manufacturing method explained in FIG.
固定部２４の底面は中央に圧力（Sb＋ΔP）を
導入する導圧孔２７を持つ円板状のシリコンの基
台２８が例えば陽極接合などにより接合されてい
る。基台２８はその体積圧縮率が基板２２のそれ
よりも大きい材料が選定されている。 A disk-shaped silicon base 28 having a pressure guiding hole 27 in the center for introducing pressure (S b +ΔP) is bonded to the bottom surface of the fixed part 24 by, for example, anodic bonding. For the base 28, a material whose volumetric compression rate is larger than that of the substrate 22 is selected.
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.
差圧ΔPが加わつたときの動作は従来と全く同
じであるので、以下の説明では静圧SPが加わつた
ときの動作について説明する。 Since the operation when the differential pressure ΔP is applied is exactly the same as the conventional one, the following explanation will be about the operation when the static pressure SP is applied.
静圧SPが加わると第５図に示す従来の場合と同
様に振動梁２５にはεS1／Ｅ＝SPS1なる圧縮歪が
生じる。 When static pressure S P is applied, a compressive strain of ε S1 /E=S P S 1 occurs in the vibrating beam 25, as in the conventional case shown in FIG.
一方、基台２８も静圧SPにより圧縮されるが、
その体積圧縮率が基板２２の体積圧縮率よりも大
きいので第３図に示すように基台２８の方が大き
く収縮し、基板２２側に凸となるように変形して
受圧ダイアフラム３の表面近傍に設けられた振動
梁２５には引張歪εS2を生じる。 On the other hand, the base 28 is also compressed by the static pressure SP .
Since its volumetric compression ratio is larger than that of the substrate 22, the base 28 contracts more greatly as shown in FIG. A tensile strain ε S2 is generated in the vibrating beam 25 provided in the vibrating beam 25 .
従つて、圧縮歪εS1と引張歪εS2との関係がεS1＝
εS2となるように、基板２２に対する基台２８の
体積圧縮率を選定することにより振動梁２５に対
する静圧誤差を小さく抑えることができる。 Therefore, the relationship between compressive strain ε S1 and tensile strain ε S2 is ε S1 =
By selecting the volumetric compression ratio of the base 28 with respect to the substrate 22 such that ε S2 , the static pressure error with respect to the vibrating beam 25 can be suppressed to a small value.
さらに、基台２８の熱膨張係数を基板２２に対
して適当に選定することによつて、振動形差圧セ
ンサの温度特性を補償することもできる。 Furthermore, by appropriately selecting the thermal expansion coefficient of the base 28 with respect to the substrate 22, the temperature characteristics of the vibrating differential pressure sensor can be compensated.
なお、バラツキのために基台２８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２５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
基台２８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２８側に設
けても良い。 If the degree of static pressure compensation by the base 28 is insufficient due to variations, a strain gauge may be formed on the top surface or inside the fixed part 24 in FIGS. 1 and 2 by, for example, diffusion. Alternatively, if a vibration beam similar to the vibration beam 25 is provided separately and used as a static pressure sensor, and its output is used to compensate for variations in the static pressure compensation of the base 28 using an electric circuit, a more perfect result can be achieved. Static pressure compensation can be achieved. Further, this static pressure sensor may be provided on the base 28 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、基板に接合する基台して圧力に対
する体積圧縮率が基板より大きい材料を用いるよ
うにして静圧に対して引張歪を生じさせて静圧に
よる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高精度の差圧センサが
実現できる。<Effects of the Invention> As specifically explained above in conjunction with the embodiments, according to the present invention, the base to be bonded to the substrate is made of a material that has a higher volumetric compression ratio than the substrate to resist static pressure. Since the compressive strain caused by static pressure is compensated for by generating tensile strain, the static pressure error can be reduced and a highly accurate differential pressure sensor can be realized.
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……振動梁、２６……
シエル、２８……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. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Silicon substrate, 2... Pressure receiving diaphragm, 3... Vibration beam, 5... Cavity part, 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... Vibration beam, 26...
Ciel, 28... base.
Claims (1)
薄くなつた受圧ダイアフラムとを持つ半導体の基
板と、前記受圧ダイアフラムの表面付近に設けら
れ歪みによつて固有振動数が変化する少なくとも
１個以上の振動梁と、前記受圧ダイアフラムの上
にこれと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導圧孔が前記凹
部に貫通して設けられた圧力に対する体積圧縮率
が前記基板より大きい材料の基台とを具備し、こ
の基台と前記基板の内外に印加される共通の圧力
である静圧による前記振動梁の圧縮歪を前記基台
の前記静圧による圧縮に起因して前記振動梁に生
じる引張歪によりキヤンセルする値に前記基台を
体積圧縮率を選定し、前記受圧ダイアフラムに印
加される差圧に対応して前記振動梁に生じる固有
振動数の変化を測定することを特徴とする振動形
差圧センサ。1. A semiconductor substrate having a thick fixed part and a thin pressure receiving diaphragm with a recess formed inside the fixed part, and at least one semiconductor substrate provided near the surface of the pressure receiving diaphragm whose natural frequency changes due to distortion. The above-mentioned vibrating beam, a shell integrally formed on the pressure-receiving diaphragm and covering the periphery of the vibrating beam, and a pressure-responsive volume connected to the fixed part and provided with a pressure guiding hole penetrating the recessed part. a base made of a material having a higher compression ratio than the substrate, and the compressive strain of the vibrating beam due to static pressure, which is a common pressure applied to the inside and outside of the base and the substrate, is reduced by the static pressure of the base. The volumetric compression ratio of the base is selected to a value that is canceled by the tensile strain that occurs in the vibrating beam due to compression, and the natural frequency that occurs in the vibrating beam in response to the differential pressure applied to the pressure receiving diaphragm is determined. A vibrating differential pressure sensor that measures changes in .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29584087A JPH01138432A (en) | 1987-11-24 | 1987-11-24 | Vibration type differential pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29584087A JPH01138432A (en) | 1987-11-24 | 1987-11-24 | Vibration type differential pressure sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01138432A JPH01138432A (en) | 1989-05-31 |
| JPH0557532B2 true JPH0557532B2 (en) | 1993-08-24 |
Family
ID=17825862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29584087A Granted JPH01138432A (en) | 1987-11-24 | 1987-11-24 | Vibration type differential pressure sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01138432A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60186725A (en) * | 1984-03-06 | 1985-09-24 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Pressure sensor |
-
1987
- 1987-11-24 JP JP29584087A patent/JPH01138432A/en active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60186725A (en) * | 1984-03-06 | 1985-09-24 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Pressure sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01138432A (en) | 1989-05-31 |
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|---|---|---|---|
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