JPH0590616A

JPH0590616A - 振動形トランスデユサの製造方法

Info

Publication number: JPH0590616A
Application number: JP24996691A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Ikeda; 恭一池田; Takashi Yoshida; 隆司吉田; Takahiro Kudo; 貴裕工藤
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1993-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】安価に小形化を図り得る振動形トランスデュ
サの製造方法を提供するにある。【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
ンスデュサの製造方法において、前記真空室を陽極化処
理を利用して迅速に形成できかつ小形化が図れるようし
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、安価に小形化を図り得
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。

【０００２】

【従来の技術】図１０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、特開昭６４−１０１３９号、特願昭６２−１６６
１７６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１１
は、図１０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１２〜図１７は、図１０の従来例の製作
説明図の一例で、例えば、本願出願人の出願した、特開
平１−２５８４７５号、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６
３年４月８日出願に示されている。

【０００６】以下、図１２〜図１７について説明する。（１）図１２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１３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１４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１５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１６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。エッチング液としては、一般にヒド
ラジン溶液が使用されている。第２エピタキシャル層１０５と第１エピタキシャル層１
０４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３×１０¹⁹
ｃｍ^-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１７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１０８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、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
には、エッチング液としては、一般にアルカリ水溶液が
使用されている。しかし、アルカリ水溶液はエッチング
注入口１０８として、広い隙間を必要とする為、封止す
る時に、エピタキシャル成長層１１１が振動梁３に厚く
成長し、振動形トランスデュサを小型出来ない。

【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、安価に小形化を図り得る振動形ト
ランスデュサの製造方法を提供するにある。

【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
ランスデュサの製造方法において、以下の工程を有する
事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。（ａ）ｎ型基板に、シリコン酸化物あるいはシリコン窒
化物の膜を形成する工程。（ｂ）前記膜の所要の箇所をホトリソグラフィにより除
去する工程。（ｃ）前記真空室の下半分に相当する部分に、Ｐ形シリ
コンからなる第１層を、選択エピタキシャル成長あるい
は拡散により形成する工程。（ｄ）ｎ形シリコンにより、前記第１層の表面に、前記
所要の箇所を塞ぐように、前記振動梁に相当する第２層
を選択エピタキシャル成長させる工程。（ｅ）エッチングされやすい高濃度のＰ形シリコンによ
り、前記第２層の表面に、前記真空室の上半分に相当す
る第３層を選択エピタキシャル成長させる工程。（ｆ）ｎ形シリコンにより、前記第３層の表面に、前記
シェルに相当する第４層を選択エピタキシャル成長させ
る工程。（ｇ）前記シリコン酸化物、或は、シリコン窒化物の膜
をエッチングして除去し、エッチング注入口を設ける工
程。（ｈ）沸化水素酸中で、光を照射し陽極化成処理して、
前記第１層と第３層を多孔質化する工程。（ｉ）該多孔質化した第１層と第３層を酸化する工程。（ｊ）沸化水素酸により該第１層と第３層を除去する工
程。

【００１３】

【作用】以上の製造方法において、ｎ型基板に、シリコ
ン酸化物あるいはシリコン窒化物の膜を形成する。膜の
所要の箇所をホトリソグラフィにより除去する。真空室
の下半分に相当する部分に、Ｐ形シリコンからなる第１
層を、選択エピタキシャル成長あるいは拡散により形成
する。ｎ形シリコンにより、第１層の表面に、所要の箇
所を塞ぐように、振動梁に相当する第２層を選択エピタ
キシャル成長させる。

【００１４】エッチングされやすい高濃度のＰ形シリコ
ンにより、第２層の表面に、真空室の上半分に相当する
第３層を選択エピタキシャル成長させる。ｎ形シリコン
により、第３層の表面に、シェルに相当する第４層を選
択エピタキシャル成長させる。シリコン酸化物、或は、
シリコン窒化物の膜をエッチングして除去し、エッチン
グ注入口を設ける。

【００１５】沸化水素酸中で、光を照射し陽極化成処理
して、前記第１層と第３層を多孔質化する。多孔質化し
た第１層と第３層を酸化する。沸化水素酸により第１層
と第３層を除去する。以下、実施例に基づき詳細に説明
する。

【００１６】

【実施例】図１〜図８は、本発明の一実施例の製造方法
説明図である。図において、図１０と同一記号の構成は
同一機能を表わす。（ａ）図１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。

【００１７】（ｂ）図２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】（ｃ）図３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。

【００１９】１０５０℃の温度下で、ｎ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。ｎ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２０
７を選択エピタキシャル成長させる。

【００２０】（ｄ）図４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２
０８を設ける。（ｅ）図５に示すごとく、沸化水素酸２０９中で、光２
１１を照射し陽極化成処理して、第１エピタキシャル成
長層２０４と第３エピタキシャル成長層２０６を多孔質
化する。

【００２１】（ｆ）図６に示すごとく、多孔質化した第
１エピタキシャル成長層２０４と第３エピタキシャル成
長層２０６を酸化する。（ｇ）図７に示すごとく、沸化水素酸により、第１エピ
タキシャル成長層２０４と第３エピタキシャル成長層２
０６を除去する。（ｈ）図８に示すごとく、基板１と第４エピタキシャル
成長層２０７の外表面に、ＣＶＤ法により窒化膜２１２
を形成し、エッチング注入口２０８を閉じる。

【００２２】以上の製造方法において、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２０
１の所要の箇所２０２をホトリソグラフィにより除去す
る。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。

【００２３】１０５０℃の温度下で、ボロンの濃度１０
¹⁸ｃｍ^-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。１０５０℃の温度下で、ｎ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。

【００２４】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。ｎ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２０７を選択エピタキシャル成
長させる。

【００２５】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。沸化水素酸２０
９中で、光２１１を照射し陽極化成処理して、第１エピ
タキシャル成長層２０４と第３エピタキシャル成長層２
０６を多孔質化する。

【００２６】多孔質化した第１エピタキシャル成長層２
０４と第３エピタキシャル成長層２０６を酸化する。沸
化水素酸により、第１エピタキシャル成長層２０４と第
３エピタキシャル成長層２０６を除去する。基板１と第
４エピタキシャル成長層２０７の外表面に、ＣＶＤによ
り窒化膜２１３を形成し、エッチング注入口２０８を閉
じる。即ち、図５の工程において、第２，第４エピタキ
シャル成長層２０５，２０７のＮ層は多孔質化せず、第
１，第３エピタキシャル成長層２０４，２０６のＰ層の
み光を照射すると、多孔質化する。

【００２７】図６の工程において、多孔質層２０４，２
０６は単結晶バルクに比して、１００倍以上の早さで酸
化される。

【００２８】図７の工程において、沸化水素酸はヒドラ
ジンに比べて非常に拡散しやすく、狭いギャップからで
も容易にエッチング出来る。したがって、エッチング加
工時間が短縮出来ると共に、小形化が容易となる。図８
の工程において、窒化膜２１３で封止する事により、振
動梁３に付着した窒化膜２１３の応力により、振動梁３
に所要の初期張力を付与する事が出来る。

【００２９】この結果、（１）エッチング注入口２０８を小さく狭く出来るの
で、振動梁３を小さくでき、装置全体の小形化が図れ
る。（２）エッチング加工が迅速に出来るので、加工時間が
短縮出来、製造コストの低減化が図れる。（３）半導体基板１に電極を構成する必要がない（プロ
セスが簡略化する。）。（４）電極形成による不純物の混入がない。

【００３０】図９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。

【００３１】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。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。

【００３２】この場合は、出力トランス５１、増幅器５
２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。

【００３３】

【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の製造方
法において、以下の工程を有する事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。（ａ）ｎ型基板に、シリコン酸化物あるいはシリコン窒
化物の膜を形成する工程。（ｂ）前記膜の所要の箇所を
ホトリソグラフィにより除去する工程。（ｃ）前記真空室の下半分に相当する部分に、Ｐ形シリ
コンからなる第１層を、選択エピタキシャル成長あるい
は拡散により形成する工程。（ｄ）ｎ形シリコンにより、前記第１層の表面に、前記
所要の箇所を塞ぐように、前記振動梁に相当する第２層
を選択エピタキシャル成長させる工程。（ｅ）エッチングされやすい高濃度のＰ形シリコンによ
り、前記第２層の表面に、前記真空室の上半分に相当す
る第３層を選択エピタキシャル成長させる工程。（ｆ）ｎ形シリコンにより、前記第３層の表面に、前記
シェルに相当する第４層を選択エピタキシャル成長させ
る工程。（ｇ）前記シリコン酸化物、或は、シリコン窒化物の膜
をエッチングして除去し、エッチング注入口を設ける工
程。（ｈ）沸化水素酸中で、光を照射し陽極化成処理して、
前記第１層と第３層を多孔質化する工程。（ｉ）該多孔質化した第１層と第３層を酸化する工程。（ｊ）沸化水素酸により該第１層と第３層を除去する工
程。

【００３４】この結果、（１）エッチング注入口を小さく狭く出来るので、振動
梁を小さくでき、装置全体の小形化が図れる。（２）エッチング加工が迅速に出来るので、加工時間が
短縮出来、製造コストの低減化が図れる。（３）半導体基板１に電極を構成する必要がない（プロ
セスが簡略化する。）。（４）電極形成による不純物の混入がない。

【００３５】従って、本発明によれば、安価に小形化を
図り得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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のパタ―ニング工程説明図で
ある。

【図２】本発明の一実施例のエッチング工程説明図であ
る。

【図３】本発明の一実施例のエピタキシャル成長工程説
明図である。

【図４】本発明の一実施例のエッチング注入口エッチン
グ工程説明図である。

【図５】本発明の一実施例の陽極化処理工程説明図であ
る。

【図６】本発明の一実施例の酸化工程説明図である。

【図７】本発明の一実施例のエッチング工程説明図であ
る。

【図８】本発明の一実施例の窒化膜形成工程説明図であ
る。

【図９】本発明の装置の使用例の要部構成説明図であ
る。

【図１０】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１１】図１０のＡ―Ａ断面図である。

【図１２】図１０従来例のパタ―ニング工程説明図であ
る。

【図１３】図１０従来例のエッチング工程説明図であ
る。

【図１４】図１０従来例のエピタキシャル成長工程説明
図である。

【図１５】図１０従来例の膜除去工程説明図である。

【図１６】図１０従来例のエッチング工程説明図であ
る。

【図１７】図１０従来例のエピタキシャル成長工程説明
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…沸化水素酸２１１…光源２１２…窒化膜

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の製造方法において、以下の工程を有する事を特徴とする振動形トランスデュ
サの製造方法。（ａ）ｎ型あるいは低濃度のＰ形シリコン基板に、シリ
コン酸化物あるいはシリコン窒化物の膜を形成する工
程。（ｂ）前記膜の所要の箇所をホトリソグラフィにより除
去する工程。（ｃ）前記真空室の下半分に相当する部分に、Ｐ形シリ
コンからなる第１層を、選択エピタキシャル成長あるい
は拡散により形成する工程。（ｄ）ｎ形シリコンにより、前記第１層の表面に、前記
所要の箇所を塞ぐように、前記振動梁に相当する第２層
を選択エピタキシャル成長あるいは拡散により形成させ
る工程。（ｅ）エッチングされやすい高濃度のＰ形シリコンによ
り、前記第２層の表面に、前記真空室の上半分に相当す
る第３層を選択エピタキシャル成長させる工程。（ｆ）ｎ形シリコンにより、前記第３層の表面に、前記
シェルに相当する第４層を選択エピタキシャル成長させ
る工程。（ｇ）前記シリコン酸化物、或は、シリコン窒化物の膜
をエッチングして除去し、エッチング注入口を設ける工
程。（ｈ）沸化水素酸中で、光を照射し陽極化成処理して、
前記第１層と第３層を多孔質化する工程。（ｉ）該多孔質化した第１層と第３層を酸化する工程。（ｊ）沸化水素酸により該第１層と第３層を除去する工
程。