JPH0628320B2 - 振動形トランスデューサの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、振動形トランスデュサの製造方法に関するも
のである。

更に詳述すれば、本発明は、シエルを有しシリコン単結
晶の基板上に設けられシリコン単結晶材よりなる振動梁
を有する振動形トランスデュサの製造方法に関するもの
である。

（従来の技術） 第２２図は従来より一般に使用されている従来装置の構
成斜視図で、圧力センサに使用せる例を示し、第２３図
は第２２図におけるＸ−Ｘ断面図、第２４図は一部を省
略した平面図である。

このような装置は、たとえば、特願昭59-42632号公報に
示されている。

これらの図において、１は弾性を有する半導体で構成さ
れた基板で、例えば、シリコン基板が用いられている。
２はこの半導体基板１の一部を利用して構成されている
受圧ダイアフラムで、例えば半導体基板１をエッチング
して構成される。

３及び４は受圧ダイアフラム２上に形成させた両端固定
の微小な振動梁で、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の周縁部に
それぞれ位置している。これの振動梁３，４は、例えば
半導体基板１において、振動梁に相当する個所の周辺部
を、例えばアンダエッチングして形成されている。５は
シエルで、受圧ダイアフラム２上に形成させた振動梁３
の周囲を覆い、この内部２５（振動梁３の周囲）を真空
状態に保持するようにしたものである。シエル５は、こ
の場合はシリコンで構成され、受圧ダイアフラム２に、
例えば陽極接合法によって取付けられる。シエル５は振
動梁４にも設けられているが、ここでは省略する。な
お、シエル５は、第２２図においては分りやすくするた
め省略されている。

第２５図は第２３図における振動梁付近を拡大して示す
断面図である。ここではダイアフラム２としてｎ型シリ
コン基板を用いた例である。この図において、21a，21b
はP⁺層で、21aと21bとは切込み部２０によって電気的に
分離している。

２２はｎ型エピタキシャル層、２３はP⁺層、２４はSiO₂
層である。エピタキシャル層２２の一部は例えばアンダ
ーエッチングによって隙間部２５が形成されており、振
動梁３（４）は隙間部２５上をまたがる両端固定のＰ層
とSiO₂層とによって構成されている。

第２５図において、振動梁３（４）を構成するＰ層２３
と、隙間部２５を介して対向するＰ層21a，21bは、静電
電極を構成しており、ここでは振動片３（４）を、Ｐ層
21a とＰ層２３との間に働く静電力を利用して励振さ
せ、また、Ｐ層21b とＰ層２３との間に働く静電力を利
用して励振させ、また、Ｐ層21b とＰ層２３との間に静
電容量変化によって、振動梁３（４）の振動を検出する
ようになっている。

OSC は発振回路で、この回路は外部あるいは、半導体基
板１を利用して構成されており、入力端はＰ層21b が接
続され、振動梁３（４）の振動に関連した信号が印加さ
れる。また、出力端はＰ層21a が接続され、Ｐ層21a と
Ｐ層２３間に出力信号を与える。これによって、発振回
路OSC と、振動梁３（４）とは、振動梁の固有振動数で
発振する自励発振回路を構成する。

この様に構成した圧力センサにおいて、受圧ダイアフラ
ム２に、第２図矢印Ｐに示すように内側から圧力を与え
るものとすれば、この圧力を受けて受圧ダイアフラム２
は撓み、中央に形成されている振動梁３には引張力が、
ダイアフラム２の周縁部に形成されている振動梁４には
圧縮力がそれぞれ加わる。これにより各振動梁３，４の
固有振動数f₁，f₂は、圧力Ｐに対して差動的に変化する
こととなり、例えばf₁−f₂の差を演算することによっ
て、圧力Ｐを測定することができる。

而して、シエル５により振動梁３，４が真空中に置かれ
るため、振動梁３，４のＱを高くすることができる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような装置においては、受圧ダイア
フラム２にシエル５を取付けなければならないので、陽
極接合法等の接合技術が必要となり、接合時に振動梁に
悪影響を及ぼすおそれがある。また、接合強度等問題と
なり、小形化にも限度を有する。

本発明の目的は、簡単な構造で、外部流体と絶縁され小
形化が図り得る、精度の良好な振動形トランスデュサの
製造方法を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するために、シリコン単結晶の基板上に
設けられ、励振手段により励振され振動検出手段によっ
て振動が検出されシリコン単結晶材よりなる振動梁を形
成し該振動梁を囲み前記基板と室を構成し該振動梁の周
面に隙間が維持されるようにシリコン材よりなるシエル
を形成する振動形トランスデュサの製造方法において、
シリコンあるいはシリコン酸化物よりなる前記隙間対応
部分と前記振動梁とを前記基板と一体になるように形成
した後前記シエル相当部分を前記基板と一体となるよう
に形成し該シエル相当部分に前記隙間対応部分に達する
エッチング流体注入口を設け前記隙間対応部分をエッチ
ングにより取除いた後前記エッチング流体注入口を閉じ
るようにしたことを特徴とする振動形トランスデューサ
の製造方法を採用したものである。

（作用） 以上の方法において、基板に振動梁と隙間対応部分とシ
エル相当部分とを基板と一体となるように形成した後、
隙間対応部分をエッチングで除去することによって、基
板と振動梁とシエル一体形の振動形トランスデュサを得
ることができる。

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製作工程断面斜視図で
ある。

図において、第２２図から第２５図までと同一記号は同
一機能を示す。

以下、第２２図から第２５図までと相違部分のみ説明す
る。

(1) 第１図に示す如く、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 の所要の個所102 のホ
トリソグラフィにより除去する。

(2) 第２図に示す如く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に所要個所102 をエッ
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 ℃のアリカリ液による異方性エ
ッチングでもよい。

(3) 第３図に示す如く、1050℃の水素(H₂)雰囲気中で
ソースガスにＨＣｌ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、 隙間部の下半分に相当する部分に、ボロンの濃度１０
¹⁸ｃｍ^-3のＰ形シリコンよりなる第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。

第１エピタキシャル層１０４の表面に、所要の個所を
１０２をふさぐように、振動梁に相当するボロン濃度１
０²⁰ｃｍ^-3のＰ形シリコンよりなる第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。

第２エピタキシャル層１０５の表面に、隙間部の上半
分に相当する部分に、ボロンの濃度１０¹⁸ｃｍ^-3のＰ形
シリコンよりなる第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。

第３エピタキシャル層１０６の表面に、シエルに相当
するリンの濃度１０¹⁷ｃｍ^-3のｎ形シリコンよりなる第
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。

なお、第３エピタキシャル層106 をリンの濃度10¹⁷cm^-3
のｎ形シリコン用い、第４エピタキシャル層107 にボロ
ンの濃度10²⁰cm^-3のＰ形シリコンを用いてもよい。

(4) 第４図に示す如く、シリコン酸化物あるいは、シ
リコン窒化物の膜101 フッ化水素酸(HF)でエッチングし
て除去し、エッチング液注入口108 を設ける。

(5) 第５図に示す如く、第２層に対して基板１と第４
層に正のパルスを印加して、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。

なお、第３エピタキシャル層106 をリンの濃度10¹⁷cm^-3
のｎ形シリコンを用い、第４エピタキシャル層107 にボ
ロンの濃度10²⁰cm^-3のＰ形シリコンを用いた場合には、
基板１と第２エピタキシャル層２のみにパルス電位を印
加すればよい。

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４×10¹⁹cm^-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。

(6) 熱酸化処理を行い各表面に酸化シリコン膜109 を
生ぜしめる。なお、寸法精度がよりゆるやかな場合は、
この工程は必要としない (7) 第６図に示す如く、プラズマエッチング処理によ
り、基板１と第４エピタキシャル層107 の外表面の酸化
シリコン膜109 を除去する。なお(6)の熱酸化処理を行
わない場合は、この工程も必要としない。

(8) 第７図に示す如く、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107 の外表面に、エピタキシャル成長層11
1 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108 の個所に着膜させ
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、たとえば、ガラス(SiO
₂)，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。

この結果、 (1) 基板１と振動梁３，４とシエル５とが一体形で形
成されるので、基板１とシエル５との接合を必要とせ
ず、接合に基づく不安定さの問題がなくなる。

(2) 単純な構造で、外部の流体と振動梁３，４を絶縁
でき、小形化にできる。

(3) 振動梁３，４やシエル５の位置，厚さ，形状は、
半導体プロセス技術を利用して容易に正確にできる。し
たがって、精度の高い振動形トランスデュサが得られ
る。

第８図から第１４図は、本発明の他の実施例の要部製作
工程図である。

図において、第２２図から第２５図までと、同一記号は
同一機能を示す。

(1) 第８図に示す如く、Ｐ形の(100)基板１にシリコン
酸化膜201 を形成する。膜201 の所要の個所202 をホト
リソグラフィにより除去する。リン(P) を拡散して振動
梁３，４に相当するリンの濃度10¹⁶〜10²¹cm^-3のｎ拡散
層203 を形成する。

なお、ｎ拡散層203 はイオン注入法あるいはエピタキシ
ャル成長法により形成してもよい。

(2) 第９図に示す如く、基板１とｎ拡散層203 にパル
ス電位を印加し、アルカリ液に選択エッチングを行い、
凹部204 を形成する。

(3) 第１０図に示す如く、酸化シリコン(SiO₂)をCVD
法により基板の１の表面に膜205 を着膜すると共に、隙
間部２５に相当する膜206 を、ｎ拡散層203 の周囲に着
膜する。

(4) 第１１図に示す如く、膜205 の一部と膜206 を除
き、ホトリソグラフィによりエッチングによって除去す
る。

(5) 第１２図に示す如く、シエル５に対応するポリシ
リコンをCVD 法により膜207 を着膜する。膜205 と膜20
6 に接する部分はポリシリコンが着膜され着板１に接す
る部分はエピタキシャル成長層が形成される。

(6) 横断図で表す、第１３図に示す如く、膜207 に、
膜206 に達するエッチング流体注入口208 を、フッ酸と
硝酸のエッチング液によりエッチング形成する (7) 第１４図に示す如く、エッチング流体注入口208
によりフッ化水素(HF)を注入し、膜205 と膜206 とをエ
ッチングにより除去する。

(8) ポリシリコンをCVD 法によりエッチング流体注入
口208 に着膜して、エッチング流体注入口208 を閉じ
る。

第１５図から第２１図は、本発明の他の実施例の要部製
作工程図である 図において、第２２図から第２５図までと、同一記号は
同一機能を示す。

(1) 第１５図に示す如く、Ｐ形の基板１にシリコン酸
化膜301 を形成する。膜301 の所要の個所302 をホトリ
ソグラフィにより除去する。リン(P) を拡散して振動梁
３，４に相当するリンの濃度10¹⁶〜10²¹cm^-3のn⁺拡散層
303 を形成する。

なお、n⁺拡散層303 はイオン注入法あるいはエピタキシ
ャル成長法により形成してもよい。

(2) 第１６図に示す如く、基板１とn⁺拡散層303 にパ
ルス電位を印加し、アルカリ液により選択エッチングを
行い、凹部304 を形成する。

(3) 第１７図に示す如く、酸化シリコン(SiO₂)をCVD
法により基板の１の表面に膜305 を着膜すると共に、隙
間部２５に相当する膜306 を、n⁺拡散層303 の周囲に着
膜する。

(4) 第１８図に示す如く、膜305 の一部と膜306 を除
き、ホトリソグラフィによりエッチングによって除去す
る。

(5) 第１９図に示す如く、選択エピタキシャル成長法
により、Ｐ形シリコンをエピタキシャル成長させ横方向
の単結晶成長により、シエル５に対応する膜307 を形成
する。なお、切欠きＡは単結晶の合せ目を示す。

(6) 第２０図に示す如く、膜307 に、膜306 に達する
エッチング流体注入口308 を、フッ酸と硝酸のエッチン
グ液によりエッチング形成する。

(7) 第２１図に示す如く、エッチング流体注入口308
よりフッ化水素(HF)を注入し、膜305 と膜306 とをエッ
チングにより除去する (8) エピタキシャル成長法によりエッチング流体注入
口308 にＰ形シリコンをエピタキシャル成長させ、エッ
チング流体注入口308 を閉じる。

なお、前述の実施例においては、圧力センサに適用せる
例を説明したが、これに限ることはなく、たとえば、温
度センサ、加速度センサに適用してもよいことは勿論で
ある また、前述の製造方法は、両端固定の振動梁３，４のみ
でなく、片持梁あるいは複数固定梁であっても適用でき
ることは勿論である。

（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
上に設けられ、励振手段により励振され振動検出手段に
よって振動が検出されシリコン単結晶材よりなる振動梁
を形成し該振動梁を囲み前記板と室を構成し該振動梁の
周囲に隙間が維持されるようにシリコン材よりなるシエ
ルを形成する振動形トランスデュサの製造方法におい
て、シリコンあるいはシリコン酸化物よりなる前記隙間
対応部分と前記振動梁とを前記基板と一体になるように
形成した後前記シエル相当部分を前記基板と一体となる
ように形成し該シエル相当部分に前記隙間対応部分に達
するエッチング流体注入口を設け前記隙間対応部分をエ
ッチングにより取除いた後前記エッチング流体注入口を
閉じるようにしたことを特徴とする振動形トランスデュ
サの製造方法を採用したので、基板と振動梁とシエルと
が一体形で成形された振動形トランスデュサを得ること
ができる。

この結果、(1) 基板と振動梁とシエルとが一体形で形
成されるので、基板とシエルとの接合を必要とせず、接
合に基づく不安定さの問題がなくなる。(2) 単純な構
造で、外部の流体と振動梁を絶縁でき、小形化が容易に
できる。(3) 振動梁やシエルの位置，厚さ，形状は、
半導体プロセス技術を利用して容易に正確にできる。し
たがって、精度の高い振動形トランスデュサが得られ
る。

したがって、本発明によれば、簡単な構造で、外部流体
と絶縁され小形化が図り得る、精度の良好な振動形トラ
ンスデュサの製造方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第７図までは本発明の一実施例の工程説明
図、第８図から第１４図までは本発明の他の実施例の工
程説明図、第１５図から第２１図までは本発明の別の実
施例の工程説明図、第２２図より第２５図までは従来よ
り一般に使用されている従来例の構成説明図である。 １……基板、２……受圧ダイアフラム、３，４……振動
梁、２０……切込み部、21a ……P⁺層、21b ……P⁺層、
２２……ｎ形エピタキシャル層、２３……P⁺層、２４…
…SiO₂層、２５……隙間部、101 ……膜、102 ……個
所、103 ……凹部、104 ……第１エピタキシャル層、10
5 ……第２エピタキシャル層、106 ……第３エピタキシ
ャル層、107 ……第４エピタキシャル層、108 ……エッ
チング注入口、109 ……酸化シリコン膜、111 ……エピ
タキシャル層、201 ……酸化膜、202 ……個所、203 …
…n⁺拡散層、204 ……凹部、205 ……膜、206 ……膜、
207 ……膜、208 ……エッチング注入口、301 ……酸化
膜、302 ……個所、303 ……n⁺拡散層、304 ……凹部、
305 ……膜、306 ……膜、307 ……膜、308 ……エッチ
ング注入口。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 隆 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 西川 直 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 吉田 隆司 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 原田 謹爾 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリコン単結晶の基板に両端が固定され励
   振手段により励振され振動検出手段によって振動が検出
   されシリコン単結晶材よりなる振動梁を形成し 該振動梁を囲み前記基板と室を構成し該振動梁の周面の
   周囲に隙間が維持されるようにシリコン材よりなるシエ
   ルを形成する振動形トランスデューサの製造方法におい
   て、 シリコン或いはシリコン酸化物よりなる前記隙間対応部
   分と前記振動梁とを前記基板と一体になるように形成し
   た後 前記シエル相当部分を前記基板と一体となるように形成
   し 該シエル相当部分に前記隙間対応部分に達するエッチン
   グ流体注入口を設け 前記隙間対応部分をエッチングにより取り除いた後 前記エッチング流体注入口を閉じるようにしたことを特
   徴とする振動形トランスデューサの製造方法。