JPH07101750B2 - Vibratory Transducer Manufacturing Method - Google Patents

Vibratory Transducer Manufacturing Method

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JPH07101750B2
JPH07101750B2 JP18985688A JP18985688A JPH07101750B2 JP H07101750 B2 JPH07101750 B2 JP H07101750B2 JP 18985688 A JP18985688 A JP 18985688A JP 18985688 A JP18985688 A JP 18985688A JP H07101750 B2 JPH07101750 B2 JP H07101750B2
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epitaxial layer
silicon
etching
substrate
vibrating
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謹爾 原田
恭一 池田
秀樹 桑山
小林  隆
哲也 渡辺
直 西川
隆司 吉田
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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【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。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a vibrating transducer having a vibrating beam, which is provided on a silicon single crystal substrate and is made of a silicon single crystal material. .

更に詳述すれば、本発明は、初期張力が大で動作範囲を
大きくすることができ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。
More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a vibrating transducer having a large initial tension and a large operating range.

〈従来の技術〉 第4図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、圧力センサに使用せる例を示し、第5図は第4
図におけるX−X断面図、第6図は一部を省略した平面
図である。
<Prior Art> FIG. 4 is a structural explanatory view of a conventional example which has been generally used, showing an example of use in a pressure sensor, and FIG.
6 is a plan view with a part omitted, and FIG.

このような装置は、例えば、特願昭59-42632号公報に示
されている。
Such a device is disclosed, for example, in Japanese Patent Application No. 59-42632.

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。
In these figures, 1 is a substrate made of an elastic semiconductor, for example,
A silicon substrate is used.

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。
Reference numeral 2 denotes a pressure-receiving diaphragm formed by utilizing a part of the semiconductor substrate 1, which is formed by etching the semiconductor substrate 1, for example.

3および4は受圧ダイアフラム2上に形成された両端固
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。
Reference numerals 3 and 4 denote minute vibrating beams formed on the pressure-receiving diaphragm 2 and fixed at both ends. The vibrating beam 3 is located substantially at the center of the pressure-receiving diaphragm 2, and the vibrating beam 4 is located at the peripheral edge of the pressure-receiving diaphragm 2. .

この振動梁3,4は、例えば半導体基板1において、振動
梁に相当する箇所の周辺部を、例えばアンダエッチング
して形成されている。
The vibrating beams 3 and 4 are formed, for example, by under-etching the peripheral portion of a portion corresponding to the vibrating beam in the semiconductor substrate 1, for example.

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。
Reference numeral 5 denotes a shell, which covers the periphery of the vibrating beam 3 formed on the pressure receiving diaphragm 2 and holds the inside 25 (around the vibrating beam 3) in a vacuum state. Ciel 5
In this case, the pressure receiving diaphragm 2 is made of silicon.
Attached by, for example, an anodic bonding method. Ciel 5
Is also provided on the vibrating beam 4, but is omitted here.

なお、シエル5は、第4図においては、分りやすくする
ために省略されている。
The shell 5 is omitted in FIG. 4 for the sake of clarity.

第7図は第5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、受圧ダイアフラム2としてn形シ
リコン基板を用いた例である。
FIG. 7 is an enlarged sectional view showing the vibrating beam and its vicinity in FIG. Here, an example in which an n-type silicon substrate is used as the pressure receiving diaphragm 2 is shown.

この図において、21a,21bはP+層で、21a,21bとは切込み
部20によって電気的に分離している。
In this figure, 21a and 21b are P + layers, which are electrically separated from 21a and 21b by a notch 20.

22はn形エピタキシアル層、23はP+層、24はSiO2層であ
る。
22 is an n-type epitaxial layer, 23 is a P + layer, and 24 is a SiO 2 layer.

エピタキシアル層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状を跨がる両端固定のP層とSiO2層と
によって構成されている。
A part of the epitaxial layer 22 has a gap 25 formed, for example, by under-etching.
(4) is composed of a P layer fixed at both ends and a SiO 2 layer that straddles the gap 25.

第7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、静電容量電極
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との間の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。
In FIG. 7, the P layer 23 forming the vibrating beam 3 (4) and the P layers 21a and 21b facing each other through the gap 25 form a capacitance electrode. ), P + layer 21a
By the working is excited by utilizing an electrostatic force between the P + layer 23, also an electrostatic capacitance change between the P + layer 21b and the P + layer 23,
The vibration of the vibrating beam 3 (4) is detected.

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。
OSC is an oscillating circuit, which is configured externally or by using the semiconductor substrate 1. The input end is connected to the P + layer 21b, and a signal related to the vibration of the vibrating beam 3 (4) is applied. To be done.

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。
The output terminal is connected to the P + layer 21a, it provides an output signal between the P + layer 21a and the P + layer 23. As a result, the oscillator circuit OSC and the vibrating beam 3 (4) form a self-excited oscillation circuit that oscillates at the natural frequency of the vibrating beam.

このよう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5図の矢印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
する事となり、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。
In the pressure sensor configured as described above, if pressure is applied to the pressure receiving diaphragm 2 from the inside as shown by an arrow P in FIG. 5, the pressure receiving diaphragm 2 is bent by the pressure and is formed in the center. A tensile force is applied to the vibrating beam 3 that is formed, and a compressive force is applied to the vibrating beam 4 that is formed on the peripheral portion of the diaphragm 2. This allows each vibrating beam 3,
Natural frequency f 1, f 2 of 4 differentially become change that the pressure P, for example, by calculating the difference between f 1 -f 2, it is possible to measure the pressure P.

しかして、シエル5により振動梁3,4が真空中に置かれ
る為、振動梁3,4のQを高くすることができる。
Since the vibrating beams 3 and 4 are placed in a vacuum by the shell 5, the Q of the vibrating beams 3 and 4 can be increased.

しかしながら、この様な装置においては、受圧ダイアフ
ラム2にシエル5を取付けねばならないので、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
を及ぼす恐れがある。
However, in such an apparatus, since the shell 5 has to be attached to the pressure receiving diaphragm 2, a joining technique such as an anodic joining method is required, which may adversely affect the vibrating beam.

また、接合強度等問題となり、小形化にも限度を有す
る。
In addition, there are problems such as bonding strength, and there is a limit to miniaturization.

このような問題点を解決するために、本願出願人は昭和
63年4月8日出願の特願昭63-86946「発明の名称;振動
形トランスデュサの製造方法」を出願している。
In order to solve such a problem, the applicant of the present application
Japanese Patent Application No. 63-86946, entitled "Invention; Manufacturing method of vibrating transducer", filed on April 8, 1988.

以下、この出願について、第8図により説明する。Hereinafter, this application will be described with reference to FIG.

図において、第4図から第7までと同一記号は同一機能
を示す。
In the figure, the same symbols as those in FIGS. 4 to 7 indicate the same functions.

以下、第4図から第7図までと相違部分のみ説明する。Only parts different from those in FIGS. 4 to 7 will be described below.

(1) 第8図(A)に示すごとく、n型シリコン(10
0)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
所をホトリソグラフィにより除去する。
(1) As shown in FIG. 8 (A), n-type silicon (10
A film 101 of silicon oxide or silicon nitride is formed on the substrate 1 cut into the 0) plane. The required portions of the film 101 are removed by photolithography.

(2) 第8図(B)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をアンダーカッ
トして、凹部103を形成する。
(2) As shown in FIG. 8 (B), etching is performed with hydrogen chloride in a hydrogen (H 2 ) atmosphere at 1050 ° C. to etch a required portion 102 on the substrate 1 to undercut the film 101, The recess 103 is formed.

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。
Instead of hydrogen chloride, high temperature steam or oxygen may be used, or anisotropic etching with an alkali solution at 40 ° C to 130 ° C may be used.

(3) 第8図(C)に示すごとく、1050℃の水素
(H2)雰囲気中でソースガスに塩化水素(HCl)ガスを
混入して選択エピタキシャル成長法を行う。
(3) As shown in FIG. 8 (C), a selective epitaxial growth method is performed by mixing hydrogen chloride (HCl) gas into a source gas in a hydrogen (H 2 ) atmosphere at 1050 ° C.

すなわち、 ボロンの濃度1018cm-3のP形シリコンにより、隙間
部25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。
That is, the first epitaxial layer 104 corresponding to the lower half of the gap 25 is selectively epitaxially grown with P-type silicon having a boron concentration of 10 18 cm -3 .

ボロンの濃度3×1018cm-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3,4に相当する第2エピタキシャル層1
05を選択エピタキシャル成長させる。
Boron concentration of 3 × 10 18 cm -3 P type silicon
The second epitaxial layer 1 corresponding to the vibrating beams 3 and 4 is formed on the surface of the first epitaxial layer 104 so as to close the required portion 102.
Selective epitaxial growth of 05.

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、隙間部25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。
The second concentration of P-type silicon with a boron concentration of 10 18 cm -3
A third epitaxial layer 106 corresponding to the upper half of the gap 25 is selectively epitaxially grown on the surface of the epitaxial layer 105.

ボロンの濃度3×1018cm-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、シエル5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。
Boron concentration of 3 × 10 18 cm -3 P type silicon
A fourth epitaxial layer 107 corresponding to shell 5 is selectively epitaxially grown on the surface of the third epitaxial layer 106.

(4) 第8図(D)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(H
F)でエッチングして除去し、エッチング注入口108を設
ける。
(4) As shown in FIG. 8 (D), silicon oxide,
Alternatively, the silicon nitride film 101 is treated with hydrofluoric acid (H
It is etched away in F) and an etching injection port 108 is provided.

(5) 第8図(E)に示すごとく、第4層に対して基
板1に正のパルスを印加して、エッチング液の注入口10
8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。
(5) As shown in FIG. 8 (E), a positive pulse is applied to the substrate 1 with respect to the fourth layer, and the etchant injection port 10 is formed.
Injecting an alkaline solution from 8 to form the first epitaxial layer 104
Then, the third epitaxial layer 106 is removed by selective etching.

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。
The difference in the etching action between the second epitaxial layer 105 and the first epitaxial layer 104 or the third epitaxial layer 106 is that when the boron concentration is 3 × 10 19 cm −3 or more, the etching action is suppressed. It depends on what happens.

このことは、例えば、「トランスデュサーズ′87」日本
電気学会発行の123ページ Fig8に示されている。
This is shown, for example, in Fig. 8 on page 123 of "Transducers '87" published by The Institute of Electrical Engineers of Japan.

(6) 第8図(F)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、第2エピタキシャル層105と第4エピタキシャル層1
07と基板1の凹部103側の面を覆うと共に、注入口108を
塞ぐようにして、n形シリコンからなる第5エピタキシ
ャル層109を形成し、エッチング注入口108をとじる。
(6) As shown in FIG. 8 (F), n-type silicon is epitaxially grown in hydrogen (H 2 ) at 1050 ° C. to form the second epitaxial layer 105 and the fourth epitaxial layer 1.
A fifth epitaxial layer 109 made of n-type silicon is formed so as to cover 07 and the surface of the substrate 1 on the side of the recess 103 and close the injection port 108, and the etching injection port 108 is closed.

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無くなる。
As a result, (1) since the substrate 1, the vibrating beams 3 and 4 and the shell 5 are integrally formed, it is not necessary to join the substrate 1 and the shell 5, and the problem of instability due to the joining is eliminated. .

(2) 単純な構造で、外部の流体と振動梁3,4を絶縁
でき、小形化が容易に出来る。
(2) With a simple structure, the external fluid and the vibrating beams 3 and 4 can be insulated, and miniaturization is easy.

(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出来る。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。
(3) The position, thickness and shape of the vibrating beams 3 and 4 and the shell 5 are
It can be done easily and accurately using semiconductor process technology. Therefore, a highly accurate vibration type transducer can be obtained.

〈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、ボロン高濃度
層を用いて、アルカリ選択エッチングにより形成したシ
リコン振動子3,4にはボロンの原子半径がシリコンより
小さいために、内部応力(張力)が存在する。
<Problems to be Solved by the Invention> However, in such an apparatus, since the silicon oscillators 3 and 4 formed by alkali selective etching using a boron high-concentration layer have an atomic radius of boron smaller than that of silicon. , There is internal stress (tension).

振動子3,4には圧縮側の動作領域が、座屈によって制限
されるという問題点が在るので、この内部応力を、積極
的に利用している。
Since the oscillators 3 and 4 have a problem that the operation region on the compression side is limited by buckling, this internal stress is positively utilized.

一方、第8図(F)に示す注入口108の封止工程におい
ては、振動子3,4に相当する第2エピタキシャル層105の
表面にもn形の第5エピタキシャル層111が成長する。
On the other hand, in the step of sealing the injection port 108 shown in FIG. 8F, the n-type fifth epitaxial layer 111 also grows on the surface of the second epitaxial layer 105 corresponding to the oscillators 3 and 4.

第5エピタキシャル層111には内部応力が生じないの
で、振動子3,4の初張力が減少してしまい、振動子3,4の
圧縮側の動作範囲が狭くなる。
Since no internal stress is generated in the fifth epitaxial layer 111, the initial tension of the oscillators 3 and 4 is reduced, and the operating range of the oscillators 3 and 4 on the compression side is narrowed.

本発明は、この問題点を解決するものである。The present invention solves this problem.

本発明の目的は、初期張力が大で動作範囲を大きくする
ことができる振動形トランスデュサの製造方法を提供す
るにある。
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a vibrating transducer having a large initial tension and a large operating range.

〈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
の基板上に設けられ、励振手段により励振された励振検
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、 前記シリコン単結晶の基板上にシリコン酸化物あるいは
窒化物の膜を形成し、 該膜の所要箇所をエッチングにより取去る、 前記基板に前記室の一部を構成する凹部をエッチングに
より形成し、 前記室の基板側部分が形成される部分にエッチングされ
やすい高濃度のP形シリコンからなる第1エピタキシャ
ル層を選択エピタキシャル成長させ、 該第1エピタキシャル層の表面の前記振動梁が形成され
る位置の部分にエッチングされにくい高濃度のP形シリ
コンからなる第2エピタキシャル層を選択エピタキシャ
ル成長させ、 前記室のシエル側部分が形成される部分にエッチングさ
れやすい高濃度のP形シリコンからなる第3エピタキシ
ャル層を選択エピタキシャル成長させ、 該第3エピタキシャル層を覆ってエッチングされにくい
高濃度のP形シリコンからなる第4エピタキシャル層を
選択エピタキシャル成長させ、 前記膜をエッチングにより除去しエッチング注入口を形
成し、 該注入口よりエッチング流体を注入し前記第1,第2エピ
タキシャル層を選択エッチングにより除去し、 前記第2エピタキシャル層と前記第4エピタキシャル層
と前記基板の前記凹部側の面を覆うと共に前記注入口を
塞ぐようにしてn形シリコンからなる第5エピタキシャ
ル層をリンと同時に炭素をシリコン中にドーピングする
ことによりエピタキシャル成長させ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ものであ
る。
<Means for Solving the Problems> In order to achieve this object, the present invention is provided on a substrate of a silicon single crystal, vibration is detected by the excitation detection means excited by the excitation means from the silicon single crystal material In the method of manufacturing a vibrating transducer, the vibrating beam is formed, a chamber is formed around the vibrating beam, and a shell made of a silicon material is formed so as to maintain a gap around the vibrating beam. A film of silicon oxide or nitride is formed on a single crystal substrate, and a required portion of the film is removed by etching. A recess forming a part of the chamber is formed in the substrate by etching, A first epitaxial layer made of high-concentration P-type silicon which is easily etched is selectively epitaxially grown on a portion where the substrate side portion is formed, and the first epitaxial layer is formed. The second epitaxial layer made of high-concentration P-type silicon, which is difficult to be etched, is selectively epitaxially grown on the surface of the cavity layer where the vibrating beam is to be formed, and the second side of the chamber where the shell side is formed is etched. Selective epitaxial growth of a high-concentration P-type silicon of a high concentration, and a selective epitaxial growth of a fourth epitaxial layer of a high-concentration P-type silicon that covers the third epitaxial layer and is hard to be etched. Removing by etching to form an etching injection port, injecting an etching fluid from the injection port to remove the first and second epitaxial layers by selective etching, and removing the second epitaxial layer, the fourth epitaxial layer and the substrate. Cover the surface on the concave side and close the injection port Is obtained by employing the method for manufacturing the vibration type Toransudeyusa, characterized in that the epitaxially grown by doping Unishi simultaneously carbon and phosphorus fifth epitaxial layer made of n-type silicon Te in silicon.

〈作用〉 以上の方法において、注入口の封止工程において、振動
子に相当する第2エピタキシャル層の表面に成長する第
5エピタキシャル層をリンと同時に炭素をシリコン中に
ドーピングすることによりエピタキシャル成長させ第5
エピタキシャル層に内部応力が存在するようにしたの
で、振動子の初張力が減少しない。
<Operation> In the method described above, in the step of sealing the injection port, the fifth epitaxial layer grown on the surface of the second epitaxial layer corresponding to the vibrator is epitaxially grown by doping carbon into silicon at the same time as phosphorus. 5
Since the internal stress exists in the epitaxial layer, the initial tension of the oscillator does not decrease.

以下、実施例に基づき詳細に説明する。Hereinafter, detailed description will be given based on examples.

〈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。
<Embodiment> FIG. 1 is a cross-sectional perspective view of an essential part manufacturing process of an embodiment of the present invention.

図において、第4図から第7図と同一記号の構成は同一
機能を表わす。
In the figure, the same symbols as those in FIGS. 4 to 7 represent the same functions.

以下、第4図から第7図と相違部分のみ説明する。Only parts different from FIGS. 4 to 7 will be described below.

(1) 第1図(A)示すごとく、n型シリコン(10
0)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
所をホトリソグラフィにより除去する。
(1) As shown in FIG. 1 (A), n-type silicon (10
A film 201 of silicon oxide or silicon nitride is formed on the substrate 1 cut in the 0) plane. The required parts of the film 201 are removed by photolithography.

(2) 第1図(B)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をアンダーカ
ットして、凹部203を形成する。
(2) As shown in FIG. 1 (B), etching is performed with hydrogen chloride in a hydrogen (H 2 ) atmosphere at 1050 ° C. to etch a required portion 202 on the substrate 1 and undercut the film 201. The recess 203 is formed.

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。
Instead of hydrogen chloride, high temperature steam or oxygen may be used, or anisotropic etching with an alkali solution at 40 ° C to 130 ° C may be used.

(3) 第1図(C)に示すごとく、1050℃の水素
(H2)雰囲気中でソースガスに塩化水素(HCl)ガスを
混入して選択エピタキシャル成長法を行う。
(3) As shown in FIG. 1 (C), a selective epitaxial growth method is performed by mixing hydrogen chloride (HCl) gas into a source gas in a hydrogen (H 2 ) atmosphere at 1050 ° C.

すなわち、 ボロンの濃度1018cm-3のP形シリコンにより、隙間
部25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。
That is, the first epitaxial layer 204 corresponding to the lower half of the gap 25 is selectively epitaxially grown with P-type silicon having a boron concentration of 10 18 cm -3 .

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3,4に相当する第2エピタキシャル層2
05を選択エピタキシャル成長させる。
Boron concentration of 3 × 10 19 cm -3 P type silicon
The second epitaxial layer 2 corresponding to the vibrating beams 3 and 4 is formed on the surface of the first epitaxial layer 204 so as to cover the required portion 202.
Selective epitaxial growth of 05.

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、隙間部25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。
The second concentration of P-type silicon with a boron concentration of 10 18 cm -3
A third epitaxial layer 206 corresponding to the upper half of the gap 25 is selectively epitaxially grown on the surface of the epitaxial layer 205.

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、シエル5に相当す
る第4エピタキシャル層207を選択エピタキシャル成長
させる。
Boron concentration of 3 × 10 19 cm -3 P type silicon
A fourth epitaxial layer 207 corresponding to shell 5 is selectively epitaxially grown on the surface of the third epitaxial layer 206.

(4) 第1図(D)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201をフッ化水素酸(H
F)でエッチングして除去し、エッチング注入口208を設
ける。
(4) As shown in FIG. 1 (D), silicon oxide,
Alternatively, the silicon nitride film 201 may be replaced with hydrofluoric acid (H
It is etched away in step F) and an etching injection port 208 is provided.

(5) 第1図(E)に示すごとく、第4層に対して基
板1に正のパルスを印加して、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。
(5) As shown in FIG. 1 (E), a positive pulse is applied to the substrate 1 with respect to the fourth layer, and an alkali solution is injected from the etching injection port 208 to form the first epitaxial layer 204 and the third epitaxial layer 204. The epitaxial layer 206 is removed by selective etching.

第2エピタキシャル層205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。
The difference in the etching action between the second epitaxial layer 205 and the first epitaxial layer 204 or the third epitaxial layer 206 is that when the boron concentration is 3 × 10 19 cm −3 or more, the etching action is suppressed. It depends on what happens.

(6) 第1図(F)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、第2エピタキシャル層205と第4エピタキシャル層2
07と基板1の凹部203側の面を覆うと共に、注入口208を
塞ぐようにして、n形シリコンからなる第5エピタキシ
ャル層211をリンと同時に炭素をシリコン中にドーピン
グすることによりエピタキシャル成長させ、エッチング
注入口208をとじる。
(6) As shown in FIG. 1 (F), the n-type silicon is epitaxially grown in hydrogen (H 2 ) at 1050 ° C. to form the second epitaxial layer 205 and the fourth epitaxial layer 2.
The fifth epitaxial layer 211 made of n-type silicon is epitaxially grown by doping carbon into silicon at the same time as phosphorus so as to cover the surface of 07 and the substrate 1 on the side of the concave portion 203 and close the injection port 208, and to etch. Close the inlet 208.

この場合、メタンガス(CH4)等が使用される。In this case, methane gas (CH 4 ) etc. is used.

なお、振動梁3,4とシエル5との絶縁が取れないため
に、振動検出信号eは、第2図に示すごとく、 e=(Zs・eo)/(Zv+Zs) Zs;シエル5の内部インピーダンス eo;振動梁3,4の起電力 Zv;振動梁3,4の内部インピーダンス となって、減少するが、振動梁3,4のQ(共振の尖鋭
度)が充分大きいため、実用上問題にならない。
Since the vibration beams 3 and 4 and the shell 5 cannot be insulated, the vibration detection signal e is e = (Z s · e o ) / (Z v + Z s ) Z s as shown in FIG. The internal impedance of shell 5 e o ; the electromotive force of the vibrating beams 3 and 4 Z v ; the internal impedance of the vibrating beams 3 and 4, which decreases, but the Q (resonance sharpness) of the vibrating beams 3 and 4 decreases. Since it is large enough, there is no practical problem.

以上の方法において、注入口208の封止工程において、
振動子3,4に相当する第2エピタキシャル層205の表面に
成長する第5エピタキシャル層209を、リンと同時に炭
素をシリコン中にドーピングすることによりエピタキシ
ャル成長させ、第5エピタキシャル層209に内部応力が
存在するようにしたので、振動子3,4の初張力が減少し
ない。
In the above method, in the step of sealing the injection port 208,
The fifth epitaxial layer 209, which grows on the surface of the second epitaxial layer 205 corresponding to the oscillators 3 and 4, is epitaxially grown by doping carbon into silicon at the same time as phosphorus, and internal stress exists in the fifth epitaxial layer 209. Since this is done, the initial tension of the oscillators 3 and 4 does not decrease.

この結果、振動子3,4の動作範囲が広い振動形トランス
デュサの製造方法が得られる。
As a result, it is possible to obtain a method of manufacturing a vibratory transducer in which the operating ranges of the vibrators 3 and 4 are wide.

第3図は本発明の装置により製造した振動梁の使用例の
要部構成説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view of the essential parts of an example of use of a vibrating beam manufactured by the apparatus of the present invention.

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2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。
In the figure, 3 is a vibrating beam. The vibrating beam 3 has two ends fixed to the diaphragm 2 and arranged in parallel with each other. The first vibrating element 31 and the second vibrating element 32 mechanically couple the antinode portions of the vibration of the first vibrating element 31 to each other. With.

40は振動梁3に直交する直流磁界を磁石13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。
40 is a direct current magnetic field orthogonal to the vibrating beam 3 is applied by the magnet 13 and an alternating current is applied to both ends of one of the first oscillators 31 by an input transformer 41 to move the vibrating beam 3 in a direction orthogonal to the magnetic field and the current by a magnetic induction action. It is an exciting means for exciting.

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。
The secondary side of the input transformer 41 is connected to both ends of the one first oscillator 31.

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。
50 is a vibration detecting means for detecting an electromotive force generated at both ends of the other first vibrator 31.

この場合は、出力トランス51、増幅器52が用いられてい
る。
In this case, the output transformer 51 and the amplifier 52 are used.

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。
The primary side of the output transformer 51 is connected to both ends of the other first oscillator 31, the secondary side is connected to the output terminal 53 via the amplifier 52, and is branched and connected to the primary side of the input transformer 41. As a whole, a positive feedback self-excited oscillation circuit is formed.

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。
The vibration of the vibrating beam 3 is detected by the vibration detecting means 50 and taken out as an output signal.

〈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た励振検出手段
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、 前記シリコン単結晶の基板上にシリコン酸化物あるいは
窒化物の膜を形成し、 該膜の所要箇所をエッチングにより取去る、 前記基板に前記室の一部を構成する凹部をエッチングに
より形成し、 前記室の基板側部分が形成される部分にエッチングされ
やすい高濃度のP形シリコンからなる第1エピタキシャ
ル層を選択エピタキシャル成長させ、 該第1エピタキシャル層の表面の前記振動梁が形成され
る位置の部分にエッチングされにくい高濃度のP形シリ
コンからなる第2エピタキシャル層を選択エピタキシャ
ル成長させ、 前記室のシエル側部分が形成される部分にエッチングさ
れやすい高濃度のP形シリコンからなる第3エピタキシ
ャル層を選択エピタキシャル成長させ、 該第3エピタキシャル層を覆ってエッチングされにくい
高濃度のP形シリコンからなる第4エピタキシャル層を
選択エピタキシャル成長させ、 前記膜をエッチングにより除去しエッチング注入口を形
成し、 該注入口よりエッチング流体を注入し前記第1,第2エピ
タキシャル層を選択エッチングにより除去し、 前記第2エピタキシャル層と前記第4エピタキシャル層
と前記基板の前記凹部側の面を覆うと共に前記注入口を
塞ぐようにしてn形シリコンからなる第5エピタキシャ
ル層をリンと同時に炭素をシリコン中にドーピングする
ことによりエピタキシャル成長させ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。
<Effects of the Invention> As described above, the present invention forms a vibrating beam made of a silicon single crystal material, which is provided on a silicon single crystal substrate and whose vibration is detected by the excitation detection means excited by the excitation means. A method of manufacturing a vibrating transducer, which encloses the vibrating beam to form a chamber with the substrate and forms a shell made of a silicon material so that a gap is maintained around the vibrating beam, A film of silicon oxide or nitride is formed, and a required portion of the film is removed by etching. A recess forming a part of the chamber is formed by etching in the substrate, and a substrate side portion of the chamber is formed. Selectively epitaxially growing a first epitaxial layer of a high concentration of P-type silicon that is easily etched on a portion of the surface of the first epitaxial layer, A second epitaxial layer made of high-concentration P-type silicon, which is difficult to be etched, is selectively epitaxially grown in a portion where the moving beam is formed, and a high-concentration P-type that is easily etched in a portion where the shell side portion of the chamber is formed A third epitaxial layer of silicon is selectively epitaxially grown, and a fourth epitaxial layer of high-concentration P-type silicon that is difficult to be etched is selectively epitaxially grown to cover the third epitaxial layer, and the film is removed by etching to form an etching injection hole. And then etching liquid is injected from the injection port to remove the first and second epitaxial layers by selective etching to cover the second epitaxial layer, the fourth epitaxial layer, and the concave surface of the substrate. Together with the n-type silicon so as to block the inlet. A fifth epitaxial layer made of adopting the method for manufacturing the vibration type Toransudeyusa, characterized in that the epitaxially grown by doping phosphorus at the same time as the carbon in the silicon.

以上の方法において、注入口の封止工程において、振動
子に相当する第2エピタキシャル層の表面に成長する第
5エピタキシャル層を、リンと同時に炭素をシリコン中
にドーピングすることによりエピタキシャル成長させ、
第5エピタキシャル層に内部応力が存在するようにした
ので、振動子の初張力が減少しない。
In the above method, in the step of sealing the injection port, the fifth epitaxial layer grown on the surface of the second epitaxial layer corresponding to the vibrator is epitaxially grown by doping carbon into silicon simultaneously with phosphorus,
Since the internal stress exists in the fifth epitaxial layer, the initial tension of the vibrator does not decrease.

この結果、振動子の動作範囲が広い振動形トランスデュ
サの製造方法が得られる。
As a result, it is possible to obtain a method of manufacturing a vibrating transducer in which the operating range of the vibrator is wide.

従って、本発明によれば、初期張力が大で動作範囲を大
きくすることができる振動形トランスデュサの製造方法
を実現することが出来る。
Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a method of manufacturing a vibrating transducer having a large initial tension and a large operating range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例の工程説明図、第2図は動作
説明図、第3図は使用説明図、第4図から第7図は従来
より一般に使用されている従来例の構成説明図、第8図
は特願昭63-86946号「発明の名称:振動形トランスデュ
サの製造方法」の製作工程説明図である。 1……基板、13……磁石、2……受圧ダイアフラム、3,
4……振動梁、20……切込み部、21a,21b,23……P+層、2
2……n形エピタキシャル層、24……SiO2、25……隙間
部、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、210……膜、202……箇所、203……凹部、2
04……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……第
5エピタキシャル層。
FIG. 1 is a process explanatory diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an operation explanatory diagram, FIG. 3 is a use explanatory diagram, and FIGS. 4 to 7 are conventional constitutions generally used conventionally. Explanatory drawing and FIG. 8 are manufacturing process explanatory drawings of Japanese Patent Application No. 63-86946 "Title of Invention: Manufacturing Method of Vibratory Transducer". 1 ... Substrate, 13 ... Magnet, 2 ... Pressure receiving diaphragm, 3,
4 …… Vibration beam, 20 …… notch, 21a, 21b, 23 …… P + layer, 2
2 ... n-type epitaxial layer, 24 ... SiO 2 , 25 ... gap, 31 ... first oscillator, 32 ... second oscillator, 40 ... excitation means, 41 ... input transformer, 42 ... … Input terminal, 50 …… Vibration detection means, 51 …… Output transformer, 52 …… Amplifier, 53…
… Output terminal, 210 …… membrane, 202 …… location, 203 …… recess, 2
04 …… first epitaxial layer, 205 …… second epitaxial layer, 206 …… third epitaxial layer, 207 …… fourth epitaxial layer, 208 …… etching injection port, 209 …… fifth epitaxial layer.

───────────────────────────────────────────────────── 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 渡辺 哲也 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 (56)参考文献 特開 昭62−63828(JP,A) 特開 平2−36576(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Takashi Kobayashi 2-932 Nakamachi, Musashino City, Tokyo Yokogawa Electric Co., Ltd. (72) Tetsuya Watanabe 2-39 Nakamachi, Musashino City, Tokyo Yoko Inside the Kawa Denki Co., Ltd. (72) Inventor Nao Nishikawa 2-9-32 Nakamachi, Musashino-shi, Tokyo Inside Yokogawa Electric Co., Ltd. (72) Takashi Yoshida 2-9-32 Nakamachi, Musashino-shi, Tokyo Yokogawa Electric Incorporated (56) References JP-A-62-63828 (JP, A) JP-A-2-36576 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】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励振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、 前記シリコン単結晶の基板上にシリコン酸化物あるいは
窒化物の膜を形成し、 該膜の所要箇所をエッチングにより取去る、 前記基板に前記室の一部を構成する凹部をエッチングに
より形成し、 前記室の基板側部分が形成される部分にエッチングされ
やすい高濃度のP形シリコンからなる第1エピタキシャ
ル層を選択エピタキシャル成長させ、 該第1エピタキシャル層の表面の前記振動梁が形成され
る位置の部分にエッチングされにくい高濃度のP形シリ
コンからなる第2エピタキシャル層を選択エピタキシャ
ル成長させ、 前記室のシエル側部分が形成される部分にエッチングさ
れやすい高濃度のP形シリコンからなる第3エピタキシ
ャル層を選択エピタキシャル成長させ、 該第3エピタキシャル層を覆ってエッチングされにくい
高濃度のP形シリコンからなる第4エピタキシャル層を
選択エピタキシャル成長させ、 前記膜をエッチングにより除去しエッチング注入口を形
成し、 該注入口よりエッチング流体を注入し前記第1,第2エピ
タキシャル層を選択エッチングにより除去し、 前記第2エピタキシャル層と前記第4エピタキシャル層
と前記基板の前記凹部側の面を覆うと共に前記注入口を
塞ぐようにしてn形シリコンからなる第5エピタキシャ
ル層をリンと同時に炭素をシリコン中にドーピングする
ことによりエピタキシャル成長させたことを特徴とする
振動形トランスデュサの製造方法。
1. A vibrating beam, which is provided on a silicon single crystal substrate, is excited by an exciting means, and vibration is detected by an excitation detecting means to form a vibrating beam made of a silicon single crystal material. The vibrating beam is surrounded and the substrate and the chamber are surrounded. In the method of manufacturing a vibrating transducer in which a shell made of a silicon material is formed so that a gap is maintained around the vibrating beam, a silicon oxide or nitride film is formed on the silicon single crystal substrate. , A required portion of the film is removed by etching, a recess forming a part of the chamber is formed in the substrate by etching, and a high-concentration P-type that is easily etched in a portion of the chamber where a substrate side is formed Selectively epitaxially grow a first epitaxial layer made of silicon, and etch the surface of the first epitaxial layer at a position where the vibrating beam is formed. Selective epitaxial growth of a second epitaxial layer of high concentration P-type silicon that is difficult to etch, and selective epitaxial growth of a third epitaxial layer of high concentration P-type silicon that is easily etched in the portion where the shell side portion of the chamber is formed. Then, a fourth epitaxial layer that covers the third epitaxial layer and is made of high-concentration P-type silicon that is difficult to be etched is selectively epitaxially grown, and the film is removed by etching to form an etching injection port. And removing the first and second epitaxial layers by selective etching to cover the second epitaxial layer, the fourth epitaxial layer, and the surface of the substrate on the side of the recess, and to block the injection port. The fifth epitaxial layer made of silicon Method for manufacturing a vibration type Toransudeyusa, characterized in that the epitaxially grown by doping carbon in silicon at the same time.
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