JPH076852B2 - 多結晶シリコン共振ビーム変換器およびその製造方法 - Google Patents
多結晶シリコン共振ビーム変換器およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に半導体素子お
よびマイクロメカニカル素子並びにこれらの製造技術に
関し、さらに詳しくは、圧力、歪、変位等の測定に使用
することができる形式の微小圧力変換器に関する。
よびマイクロメカニカル素子並びにこれらの製造技術に
関し、さらに詳しくは、圧力、歪、変位等の測定に使用
することができる形式の微小圧力変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】多くの市販の変換器、特に微小化した変
換器は、圧電抵抗変形検出法を使用している。圧電抵抗
検出法は非常に効果的であるが、何故ならば、これはレ
イアウトによって決まる寄生物に対してほとんど感度が
なく、さらに抵抗性検出法によって、温度補正を行うこ
とができる直線出力信号が提供される。圧電抵抗検出法
の初歩的な問題はデータの抽出にある。圧力変換器の変
形スパンに渡る抵抗の変化は一般的に１％前後であり、
このことは精密なＤＣ増幅器が必要であることを意味
し、出力信号が大きい場合には面倒なことにはならない
重大な問題が素子の不完全さに起因して生じる。
換器は、圧電抵抗変形検出法を使用している。圧電抵抗
検出法は非常に効果的であるが、何故ならば、これはレ
イアウトによって決まる寄生物に対してほとんど感度が
なく、さらに抵抗性検出法によって、温度補正を行うこ
とができる直線出力信号が提供される。圧電抵抗検出法
の初歩的な問題はデータの抽出にある。圧力変換器の変
形スパンに渡る抵抗の変化は一般的に１％前後であり、
このことは精密なＤＣ増幅器が必要であることを意味
し、出力信号が大きい場合には面倒なことにはならない
重大な問題が素子の不完全さに起因して生じる。
【０００３】機械的に共振する製造が圧力変換器として
使用されてきた。この種の変換器では、加えられた圧力
によって、共振構造体、例えば共振線または共振ビーム
の共振周波数が変化する。圧力によって１００％を上回
る周波数の変化を生み出す共振変換器が実証され、これ
らは圧電センサの抵抗に１％の変化を生じるような変換
器よりずっと小型である。したがって共振変換器の変換
感度は、圧電抵抗変換器のそれよりもずっと高い、共振
変換器は周波数または時間を測定するデータ抽出回路を
使用するので、この変換器からの信号の振幅は重要では
ない。さらに、周波数または時間が測定されるので、こ
の変換器の出力は容易にデジタル出力信号に変換され、
この信号はデジタル処理システムによる利用法によく適
合する。
使用されてきた。この種の変換器では、加えられた圧力
によって、共振構造体、例えば共振線または共振ビーム
の共振周波数が変化する。圧力によって１００％を上回
る周波数の変化を生み出す共振変換器が実証され、これ
らは圧電センサの抵抗に１％の変化を生じるような変換
器よりずっと小型である。したがって共振変換器の変換
感度は、圧電抵抗変換器のそれよりもずっと高い、共振
変換器は周波数または時間を測定するデータ抽出回路を
使用するので、この変換器からの信号の振幅は重要では
ない。さらに、周波数または時間が測定されるので、こ
の変換器の出力は容易にデジタル出力信号に変換され、
この信号はデジタル処理システムによる利用法によく適
合する。
【０００４】一般的に機械的な共振変換器は非常に高価
であるが、この経費は上述の利点および高い精度と温度
に影響されないことに見合うものである。しかし、この
種の共振構造体は圧力に対して高い感度を有するので、
僅かな温度変化でさえ共振器用の熱的に適合しない材料
で形成されパッケージ構造体の性能に影響を与える。う
まく設計された共振構造体は、共振器およびこの共振器
が内蔵される機械的構造体に単一材料を使用することに
よってこのような熱的不適合を防止する。この種の構造
体のコストは、これが一括構造技術によって製造するこ
とができるならば低減させることができる。
であるが、この経費は上述の利点および高い精度と温度
に影響されないことに見合うものである。しかし、この
種の共振構造体は圧力に対して高い感度を有するので、
僅かな温度変化でさえ共振器用の熱的に適合しない材料
で形成されパッケージ構造体の性能に影響を与える。う
まく設計された共振構造体は、共振器およびこの共振器
が内蔵される機械的構造体に単一材料を使用することに
よってこのような熱的不適合を防止する。この種の構造
体のコストは、これが一括構造技術によって製造するこ
とができるならば低減させることができる。
【０００５】全シリコン共振ビーム変換器が、横河電気
株式会社によって最近開発された。Ｋ．イケダ他による
「ダイアフラムに組込まれた共振歪ゲージを有するシリ
コン圧力センサ」("Slilcon Pressure Sensor with
Resonant Strain GaugesBuilt into Diaphragm")
と表記された１９８８年５月３０ないし３１日に東京私
学会館で開催された第７回センサ・シンポジウムの技術
ダイジェスト５８ないし５８ページ、および同上のＫ．
イケダ他による「シリコン共振歪ゲージの３次元微細機
械加工法」（"Three - Dimensional Micromac hining
of SiliconResonant Strain Gauge") の１９３な
いし１９６ページを参照すること。関連する素子は、
「振動性変換器およびこれの製造方法」（"Vibratory
Transducerand Method of Making the Same "）と
表記された１９８７年４月１日に公開された英国特許出
願ＧＢ2,１８0,３９１Ａ号（出願番号第８６２０７８２
号）に示される。横河の素子は、選択的エピタキシャル
成長と優先的化学エッチングを使用して製造される。こ
の素子は、幾つかの異なる不純物添加レベルを有するシ
リコンから作られる。この共振器はＨ型たわみ共振器で
あり、Ｈの終点に固定された４個の支持体を有する。こ
の製造工程はｐ＋エッチング停止（ボロンを多量に添加
したシリコンは、例えばヒドラジン内でエッチングを行
わない。）を使用するので、Ｈ共振器の導電性は非常に
大きい。この共振器の導電性が高いことは、Ｈ構造を単
純なビームにとって好ましいものにし、検出と電気的励
起に対する選択の余地を減らすことができる。上述の論
文は、ウェーハの面に沿って永久磁石によって供給され
るバイアス磁界を使用した共振器の、Ｈのビームの一つ
を介して強制的に流れる電流による励起について報告し
ている。これは結果として垂直な圧力となる。Ｈの第２
ビームは、Ｈの内部すなわち連結ビームを介してこのＨ
の駆動されたビームの動作に従属される。磁気的に誘導
された出力電圧は、この第２ビームで検出される。この
出力信号は、増幅され、駆動されたビームにフィードバ
ックされ共振での発振を接続させる。この素子に対する
基本モード共振周波数は、５０キロヘルツ（５０kHz ）
のオーダまたはこれ以下の大きさである。通常、ビーム
材料の歪場は、この種の構造物内で高い張力となり、ど
のような処理の変化によっても、この種の素子が共振周
波数の変化を示す可能性がある。通常、多量にドープさ
れたシリコンは、大量の機械的なスリップを示し、この
ことは共振器の強度と長期に渡る安定性に影響を与え
る。
株式会社によって最近開発された。Ｋ．イケダ他による
「ダイアフラムに組込まれた共振歪ゲージを有するシリ
コン圧力センサ」("Slilcon Pressure Sensor with
Resonant Strain GaugesBuilt into Diaphragm")
と表記された１９８８年５月３０ないし３１日に東京私
学会館で開催された第７回センサ・シンポジウムの技術
ダイジェスト５８ないし５８ページ、および同上のＫ．
イケダ他による「シリコン共振歪ゲージの３次元微細機
械加工法」（"Three - Dimensional Micromac hining
of SiliconResonant Strain Gauge") の１９３な
いし１９６ページを参照すること。関連する素子は、
「振動性変換器およびこれの製造方法」（"Vibratory
Transducerand Method of Making the Same "）と
表記された１９８７年４月１日に公開された英国特許出
願ＧＢ2,１８0,３９１Ａ号（出願番号第８６２０７８２
号）に示される。横河の素子は、選択的エピタキシャル
成長と優先的化学エッチングを使用して製造される。こ
の素子は、幾つかの異なる不純物添加レベルを有するシ
リコンから作られる。この共振器はＨ型たわみ共振器で
あり、Ｈの終点に固定された４個の支持体を有する。こ
の製造工程はｐ＋エッチング停止（ボロンを多量に添加
したシリコンは、例えばヒドラジン内でエッチングを行
わない。）を使用するので、Ｈ共振器の導電性は非常に
大きい。この共振器の導電性が高いことは、Ｈ構造を単
純なビームにとって好ましいものにし、検出と電気的励
起に対する選択の余地を減らすことができる。上述の論
文は、ウェーハの面に沿って永久磁石によって供給され
るバイアス磁界を使用した共振器の、Ｈのビームの一つ
を介して強制的に流れる電流による励起について報告し
ている。これは結果として垂直な圧力となる。Ｈの第２
ビームは、Ｈの内部すなわち連結ビームを介してこのＨ
の駆動されたビームの動作に従属される。磁気的に誘導
された出力電圧は、この第２ビームで検出される。この
出力信号は、増幅され、駆動されたビームにフィードバ
ックされ共振での発振を接続させる。この素子に対する
基本モード共振周波数は、５０キロヘルツ（５０kHz ）
のオーダまたはこれ以下の大きさである。通常、ビーム
材料の歪場は、この種の構造物内で高い張力となり、ど
のような処理の変化によっても、この種の素子が共振周
波数の変化を示す可能性がある。通常、多量にドープさ
れたシリコンは、大量の機械的なスリップを示し、この
ことは共振器の強度と長期に渡る安定性に影響を与え
る。
【０００６】
【課題を解決する手段】本発明によれば、多結晶シリコ
ン（ポリシリコン）のビームから成る共振ビーム圧力変
換器が形成され、このビームはシリコン基板の一端また
は両端に取付けられ、多結晶シリコンで形成された外部
シェル内に収容することが好ましい。共振ビームを取囲
むこのシェル内の空間は、この共振構造体から得られる
機械的Ｑを最大にするために実質的に排気されることが
好ましい。この構造体は、実質的に互換性のある、また
は同一の材料−−単結晶シリコンおよび多結晶シリコン
−−で形成することができ、この構造体の材料の温度に
依存した不適合を基本的に防止する。このビーム自体
は、このビームの一部に形成された導電性電極およびこ
れに対応しコンデンサの他方の極板として機能する間隔
を設けた第２電極を使用する容量性励起のような種々の
方法によって励起することができ、このビームの動作は
このビーム上に形成した圧電抵抗素子を使用して測定す
ることが好ましい。この共振ビームは、いずれの方法で
形成することができるが、これには、例えば、片持ち梁
ビーム、両端を固定した単純な直線ビーム、または２個
の直線共振ビーム部材が橋部材によって連結されている
Ｈ型ビームである。棒および中空の管のような他の構造
体もまた使用することもできる。
ン（ポリシリコン）のビームから成る共振ビーム圧力変
換器が形成され、このビームはシリコン基板の一端また
は両端に取付けられ、多結晶シリコンで形成された外部
シェル内に収容することが好ましい。共振ビームを取囲
むこのシェル内の空間は、この共振構造体から得られる
機械的Ｑを最大にするために実質的に排気されることが
好ましい。この構造体は、実質的に互換性のある、また
は同一の材料−−単結晶シリコンおよび多結晶シリコン
−−で形成することができ、この構造体の材料の温度に
依存した不適合を基本的に防止する。このビーム自体
は、このビームの一部に形成された導電性電極およびこ
れに対応しコンデンサの他方の極板として機能する間隔
を設けた第２電極を使用する容量性励起のような種々の
方法によって励起することができ、このビームの動作は
このビーム上に形成した圧電抵抗素子を使用して測定す
ることが好ましい。この共振ビームは、いずれの方法で
形成することができるが、これには、例えば、片持ち梁
ビーム、両端を固定した単純な直線ビーム、または２個
の直線共振ビーム部材が橋部材によって連結されている
Ｈ型ビームである。棒および中空の管のような他の構造
体もまた使用することもできる。
【０００７】本発明の共振ビーム変換器は、半導体処理
技術を使用して形成することが好ましく、これらの技術
は基板上に微細電子構造を形成することと両立する。こ
の変換器を形成する好ましい方法には、基板上に犠牲層
を形成するステップ、これに続く適当な焼鈍ステップと
組み合わせた場合、所望の歪の状態、すなわち好ましく
は歪みがゼロまたは張力歪が低い状態のビームが作製さ
れるような方法で犠牲層上に多結晶シリコン・ビームを
形成するステップ、このビームを別の犠牲層で取り囲む
ステップ、この外部犠牲層とビームをその中に取囲む多
結晶シリコン・シェルを形成するステップ、およびこれ
に続くエッチングと密封のステップが含まれる。
技術を使用して形成することが好ましく、これらの技術
は基板上に微細電子構造を形成することと両立する。こ
の変換器を形成する好ましい方法には、基板上に犠牲層
を形成するステップ、これに続く適当な焼鈍ステップと
組み合わせた場合、所望の歪の状態、すなわち好ましく
は歪みがゼロまたは張力歪が低い状態のビームが作製さ
れるような方法で犠牲層上に多結晶シリコン・ビームを
形成するステップ、このビームを別の犠牲層で取り囲む
ステップ、この外部犠牲層とビームをその中に取囲む多
結晶シリコン・シェルを形成するステップ、およびこれ
に続くエッチングと密封のステップが含まれる。
【０００８】この外部多結晶シリコン・シェルは、周辺
犠牲層構造体上に形成することが好ましく、これはエッ
チングした場合、エッチング・チャンネルを形成し、こ
れを介してこの外部シエル内の犠牲層にエッチング剤が
到達できる。このエッチング・ステップによってビーム
の周囲の犠牲層材料が全て取り除かれ、このビームを自
由にする。このビームを取り囲む空洞内の液体エッチン
グ剤の除去またはこれに続く洗浄液の除去は、このビー
ムが隣接するいずれの面とも接触しないように、先ず液
体を冷凍し、次にこの冷凍した液体を昇華させることに
よって実現される。このような接触を防止することによ
って、通常微細電子ビーム製造体を形成する場合に遭遇
する接点の接着の問題を防止する。空洞の内部表面およ
びビームの外部表面は、これらの構造体の間のその後に
形成される接点にボンディングを生じないように不活性
化され、エッチングしたチャンネルは反応性密封ステッ
プを使用して密封され、このステップは、さらに空洞内
で雰囲気（例えば、酸素雰囲気）を反応させてビームを
取囲む空洞内の圧力を減少させる、すなわちビームを取
囲む空洞内に「真空」を生み出す。このような処理は自
由な多結晶シリコン・ビームを作り、これは実質的に不
純物に侵されず、したがってビームに組込まれた歪を焼
鈍ステップによって制御する（すなわちゼロに低減す
る）ことを可能にする。このビームのバルクに不純物が
不足していることによって、このビームに所望のパター
ンで容易に素子を形成することがまた可能になる。
犠牲層構造体上に形成することが好ましく、これはエッ
チングした場合、エッチング・チャンネルを形成し、こ
れを介してこの外部シエル内の犠牲層にエッチング剤が
到達できる。このエッチング・ステップによってビーム
の周囲の犠牲層材料が全て取り除かれ、このビームを自
由にする。このビームを取り囲む空洞内の液体エッチン
グ剤の除去またはこれに続く洗浄液の除去は、このビー
ムが隣接するいずれの面とも接触しないように、先ず液
体を冷凍し、次にこの冷凍した液体を昇華させることに
よって実現される。このような接触を防止することによ
って、通常微細電子ビーム製造体を形成する場合に遭遇
する接点の接着の問題を防止する。空洞の内部表面およ
びビームの外部表面は、これらの構造体の間のその後に
形成される接点にボンディングを生じないように不活性
化され、エッチングしたチャンネルは反応性密封ステッ
プを使用して密封され、このステップは、さらに空洞内
で雰囲気（例えば、酸素雰囲気）を反応させてビームを
取囲む空洞内の圧力を減少させる、すなわちビームを取
囲む空洞内に「真空」を生み出す。このような処理は自
由な多結晶シリコン・ビームを作り、これは実質的に不
純物に侵されず、したがってビームに組込まれた歪を焼
鈍ステップによって制御する（すなわちゼロに低減す
る）ことを可能にする。このビームのバルクに不純物が
不足していることによって、このビームに所望のパター
ンで容易に素子を形成することがまた可能になる。
【０００９】完成された素子は基板中の歪を直接測定す
ることに使用でき、また基板自体をより大きな構造体に
接着してこのより大きな構造体の歪みを測定することが
可能になる。同様に、基板自体は片持ち梁ビームを形成
することができ、その結果、共振ビーム変換器は基板ビ
ームの変位を測定する。基板ダイアフラム中の歪および
したがってこのダイヤフラムに加わる圧力差によって生
じる相対変位を測定する共振ビーム変換器の場合は、こ
の基板ビーム自体は圧力センサのダイアフラムを形成す
ることができる。
ることに使用でき、また基板自体をより大きな構造体に
接着してこのより大きな構造体の歪みを測定することが
可能になる。同様に、基板自体は片持ち梁ビームを形成
することができ、その結果、共振ビーム変換器は基板ビ
ームの変位を測定する。基板ダイアフラム中の歪および
したがってこのダイヤフラムに加わる圧力差によって生
じる相対変位を測定する共振ビーム変換器の場合は、こ
の基板ビーム自体は圧力センサのダイアフラムを形成す
ることができる。
【００１０】本発明の共振ビーム変換器は、微細回路と
共存できる非常に小型の構造に特に適しており、例え
ば、これらの変換器は数百ミクロンの範囲の長さ、数十
ミクロンの幅、および数ミクロンの厚さを有する共振ビ
ームによって形成することができる。この種の共振ビー
ムは、真空空洞中に封入された場合、非常に高いＱを有
する数百キロヘルツ（kHz ）の範囲の基本モード共振を
示す。
共存できる非常に小型の構造に特に適しており、例え
ば、これらの変換器は数百ミクロンの範囲の長さ、数十
ミクロンの幅、および数ミクロンの厚さを有する共振ビ
ームによって形成することができる。この種の共振ビー
ムは、真空空洞中に封入された場合、非常に高いＱを有
する数百キロヘルツ（kHz ）の範囲の基本モード共振を
示す。
【００１１】本発明のさらに他の目的、特徴、および効
果は、添付の図面を参考することにより、以下の詳細な
説明から明らかとなる。
果は、添付の図面を参考することにより、以下の詳細な
説明から明らかとなる。
【００１２】
【実施例】図面を参照して、シリコン基板上に形成した
共振ビーム圧力変換器が、一般的に図１の斜視断面図に
３０で示され、これらの部品は、図示の便宜上若干簡略
化した形態で示す。圧力変換器３０は基板３１を有し、
この基板は単結晶シリコンで形成することが可能であ
り、この場合井戸すなわち底部空洞３２を形成する。こ
の空洞３２上に共振ビーム３４が延び、このビームは以
下に説明する方法で多結晶シリコンで形成することがで
きる。このビール３４は、井戸３２を横切って延び、そ
の両端３５と３６で基板にしっかりと取り付けられて固
定される。その両端でビーム３４を基板３１に取り付け
ることによって、ビームの長手方向の基板中の歪を圧力
としてこのビームに加えることが可能になり、さらに以
下で説明するように、このことによってこのビームの共
振周波数が変化する結果となる。しかし、このビームは
また図２４に示すように、一端のみ取り付けることもで
き、これによって片持ち梁共振ビームが提供され、これ
は、例えば、加速度計としても使用することができる。
多結晶シリコンの封入シェル４０を共振ビーム３４上に
形成し、これと間隔を設けて、基板の井戸３２と共に空
洞を形成し、この空洞は完全にビーム３４を取囲む。多
結晶シリコン・シェル層４０は、周囲の端部４１に延
び、下にある多結晶シリコン層の表面に位置して表面を
密封し、これもまた共振ビーム３４を形成し、これによ
って空洞の内部を外部の雰囲気から密封する。
共振ビーム圧力変換器が、一般的に図１の斜視断面図に
３０で示され、これらの部品は、図示の便宜上若干簡略
化した形態で示す。圧力変換器３０は基板３１を有し、
この基板は単結晶シリコンで形成することが可能であ
り、この場合井戸すなわち底部空洞３２を形成する。こ
の空洞３２上に共振ビーム３４が延び、このビームは以
下に説明する方法で多結晶シリコンで形成することがで
きる。このビール３４は、井戸３２を横切って延び、そ
の両端３５と３６で基板にしっかりと取り付けられて固
定される。その両端でビーム３４を基板３１に取り付け
ることによって、ビームの長手方向の基板中の歪を圧力
としてこのビームに加えることが可能になり、さらに以
下で説明するように、このことによってこのビームの共
振周波数が変化する結果となる。しかし、このビームは
また図２４に示すように、一端のみ取り付けることもで
き、これによって片持ち梁共振ビームが提供され、これ
は、例えば、加速度計としても使用することができる。
多結晶シリコンの封入シェル４０を共振ビーム３４上に
形成し、これと間隔を設けて、基板の井戸３２と共に空
洞を形成し、この空洞は完全にビーム３４を取囲む。多
結晶シリコン・シェル層４０は、周囲の端部４１に延
び、下にある多結晶シリコン層の表面に位置して表面を
密封し、これもまた共振ビーム３４を形成し、これによ
って空洞の内部を外部の雰囲気から密封する。
【００１３】以下でさらに説明するように、ビーム３４
の振動が雰囲気によって減衰するのを最小にするため、
この空洞を真空にすることが好ましい。ビーム３４の一
端の表面を、パターン４３で不純物（例えばボロン）を
添加して導電性電極をビームの表面上に形成し、コンデ
ンサの一方の極板を形成する。もし導電性を持たせるた
めに基板３１に不純物が拡散されていれば、コンデンサ
の他方の極板を基板材料３１によって、空洞３２の底部
に形成することができる。代替として、抵抗４３上の多
結晶シリコン・シェル層４０に不純物を拡散して導電性
を持たせ、コンデンサの他方の極板を形成することもで
き、または図１に示すように金属（例えば、アルミニウ
ム）パッド４２をシェル上に配設し、他方の極板を形成
することもできる。ボロンのような不純物をビームの表
面に注入することによって共振ビームの他方の端部に第
２導体４４を形成し、ビームの振動を示す信号を発生さ
せるのに使用する。この抵抗４４は、ビーム中の歪によ
って圧電抵抗効果にしたがって抵抗値を変化させ、ビー
ム３４の振動を簡単な方法で監視することを可能にす
る。この導電性極板４３は、ビームの中央のような、ビ
ームの別の位置に形成することもまた可能であり、これ
はビームに最適な励起を与えるように選択することがで
きる。
の振動が雰囲気によって減衰するのを最小にするため、
この空洞を真空にすることが好ましい。ビーム３４の一
端の表面を、パターン４３で不純物（例えばボロン）を
添加して導電性電極をビームの表面上に形成し、コンデ
ンサの一方の極板を形成する。もし導電性を持たせるた
めに基板３１に不純物が拡散されていれば、コンデンサ
の他方の極板を基板材料３１によって、空洞３２の底部
に形成することができる。代替として、抵抗４３上の多
結晶シリコン・シェル層４０に不純物を拡散して導電性
を持たせ、コンデンサの他方の極板を形成することもで
き、または図１に示すように金属（例えば、アルミニウ
ム）パッド４２をシェル上に配設し、他方の極板を形成
することもできる。ボロンのような不純物をビームの表
面に注入することによって共振ビームの他方の端部に第
２導体４４を形成し、ビームの振動を示す信号を発生さ
せるのに使用する。この抵抗４４は、ビーム中の歪によ
って圧電抵抗効果にしたがって抵抗値を変化させ、ビー
ム３４の振動を簡単な方法で監視することを可能にす
る。この導電性極板４３は、ビームの中央のような、ビ
ームの別の位置に形成することもまた可能であり、これ
はビームに最適な励起を与えるように選択することがで
きる。
【００１４】図２の平面図で最もよく分かるように、抵
抗４３と４４を形成する不純物パターンは、それぞれパ
ッド領域４５と４６まで延び、その位置でビーム３４は
存在しない。これらのパッド領域４５と４６は、これら
の上に図２に示すような金属パッド４７と４８のような
金属を堆積することによって大型の電気的導電性パッド
を有することができ、これらパッドはパッド４５を覆
い、このパッド４５は電気的に接触する。これらの金属
パッド４７と４８は電気的接点として機能することがで
き、ここにリード線を接続することができる。図２に示
す共振ビーム圧力変換器は、この共振ビーム構造物を示
すために多結晶シリコン・シェル４０の覆いを取り除い
ている。また図２は、エッチング剤のチャンネル５０を
示し、これによってエッチング剤はビーム３４を取囲む
犠牲層に到達し、以下でさらに説明するように、これら
の犠牲層をエッチングで取去りビームを自由にする。さ
らにまた以下に説明するように、これらのエッチング剤
のチャンネルは、空洞を密封するために充填され密封さ
れる。
抗４３と４４を形成する不純物パターンは、それぞれパ
ッド領域４５と４６まで延び、その位置でビーム３４は
存在しない。これらのパッド領域４５と４６は、これら
の上に図２に示すような金属パッド４７と４８のような
金属を堆積することによって大型の電気的導電性パッド
を有することができ、これらパッドはパッド４５を覆
い、このパッド４５は電気的に接触する。これらの金属
パッド４７と４８は電気的接点として機能することがで
き、ここにリード線を接続することができる。図２に示
す共振ビーム圧力変換器は、この共振ビーム構造物を示
すために多結晶シリコン・シェル４０の覆いを取り除い
ている。また図２は、エッチング剤のチャンネル５０を
示し、これによってエッチング剤はビーム３４を取囲む
犠牲層に到達し、以下でさらに説明するように、これら
の犠牲層をエッチングで取去りビームを自由にする。さ
らにまた以下に説明するように、これらのエッチング剤
のチャンネルは、空洞を密封するために充填され密封さ
れる。
【００１５】この共振ビーム圧力変換器３０を基板ダイ
アフラム中の歪みの測定に使用し、したがってダイアフ
ラムの変位を生じる圧力を測定する場合、基板３１は圧
力センサ内のシリコン・ダイアフラムの一部である。こ
の基板３１は、歪を受けるより大きな構造体に接着また
は強固に固定することによって、また歪変換器として使
用することも可能である。下部の構造体の歪は、基板３
１に伝達され、ここから共振ビーム３４に伝達され、こ
れによってこのビームの共振周波数に影響を与える。
アフラム中の歪みの測定に使用し、したがってダイアフ
ラムの変位を生じる圧力を測定する場合、基板３１は圧
力センサ内のシリコン・ダイアフラムの一部である。こ
の基板３１は、歪を受けるより大きな構造体に接着また
は強固に固定することによって、また歪変換器として使
用することも可能である。下部の構造体の歪は、基板３
１に伝達され、ここから共振ビーム３４に伝達され、こ
れによってこのビームの共振周波数に影響を与える。
【００１６】変換器構造体３０は非常に小型に製造する
ことが可能であり、微細電子回路の処理技術に匹敵する
方法で形成される。例えば、このビーム３４は、長さが
数百ミクロンの範囲、例えば２００ミクロン、幅は数十
ミクロンの範囲、厚さは数ミクロンの範囲、例えば１な
いし２ミクロンである。ビーム３４は良好な機械的一体
性、安定性、均一性、強度を有しおよび欠陥を持っては
ならないので、このビームを形成する多結晶シリコン膜
の形成は特に重要である。さらに、このビームは歪によ
って制御される状態になければならないので、張力歪が
ゼロ歪または低い水準（例えば、約0.４％未満）である
ことが好ましい。このビーム上に形成する素子と干渉せ
ず、また多量のドープによって通常生じる高い歪場を誘
起しないよう、ビームのバルクが実質的にドープされな
いこともまた好ましい。この種の多結晶シリコン膜は、
低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）処理でシラン・ガスか
ら形成される多結晶シリコンを注意深く制御して堆積さ
せ、その後適当な焼鈍を行うことによって実現できる。
この種の堆積に対する好ましい処理は、Ｈ．グッケル
（H. Guckel)等による「平滑な表面を有するシリコン・
マイクロメカニカル素子の処理技術の進歩」("Advances
in ProcessingTechniques for Silicon Micromechanic
al Devices with Smooth Surfaces" )と表記された、１
９８９年２月２０ないし２２日付け、ユタ州、ソルトレ
ーク市でのＩＥＥＥ Microelectromechanical Systems
の会議録、ベージ７１ないし７５、および「多結晶シ
リコン薄膜処理」("Polysilicon Thin Film Pricess")
という名称の１９８９年１月３０日に付与された米国特
許番号第 4,897,360号、で説明され、これらの開示はい
ずれもここで参考文献として含まれる。この種の多結晶
シリコン膜は、温度約５９１℃でＬＰＣＶＤ反応装置に
よって装置圧力３００ミリトール（mT) で１００％のシ
ランから成長させることが好ましい。毎分６８オングス
トロームの成長速度が一般的である。２ミクロンの全膜
厚を使用した場合、堆積されたこれらの膜は２相を有す
る。第１相は基板と膜内部との間に位置し、結晶粒３０
０ないし３０００オングストロームの多結晶の挙動を示
し、配向は測定できない。この相には非結晶領域が続
き、これは膜の内部から始まり膜の表面まで延びる。３
インチのウェーハ上に堆積されたこれらの膜は、もしこ
のウェーハの端部を除外するならば、基本的に欠陥を持
たない。測定された表面の粗さは一般的に基板の表面と
同じであり、８オングストロームrms の低さの値が実現
された。ビームを撓ませる技術によって測定した歪場は
0.６％で圧縮する。これらの歪みは、窒素焼鈍によって
所定の張力歪レベルに変換することができる。これらの
歪は、窒素焼鈍によって所定の張力歪レベルに変換する
ことができる。これらの焼鈍期間中に非結晶相は結晶相
へと変化し、明らかに体積が収縮する。８３５℃で１時
間窒素焼鈍を行うと、最終的に0.２５％の張力歪を生
じ、測定しても表面の粗さは増加しない。この材料をＶ
ＬＳＩ級の４９％ＨＦに２４時間浸しても同様の表面粗
さの不変性が観察された。この多結晶シリコン材料は、
したがって素子の形成期間中、すなわち張力を加えられ
た状態の２重に固定されたビーム共振器に対する重要な
要件を満足する。代替例、すなわち、圧縮可能な膜また
はビームは厳しく素子の寸法を制限し、真空容器内で形
成中に多くの困難を生み出すが、その理由は、かかる構
造体は周囲の犠牲層から自由になると、撓む傾向がある
からである。多結晶シリコン膜の既知の高張力強度は、
別の利点である。この膜が多結晶であっても、この種の
共振ビーム構造体は、真空中で動作する場合、６5,００
０を超える固有の高機械的Ｑを示し、疲労による共振周
波数のシフトは検出されない。
ことが可能であり、微細電子回路の処理技術に匹敵する
方法で形成される。例えば、このビーム３４は、長さが
数百ミクロンの範囲、例えば２００ミクロン、幅は数十
ミクロンの範囲、厚さは数ミクロンの範囲、例えば１な
いし２ミクロンである。ビーム３４は良好な機械的一体
性、安定性、均一性、強度を有しおよび欠陥を持っては
ならないので、このビームを形成する多結晶シリコン膜
の形成は特に重要である。さらに、このビームは歪によ
って制御される状態になければならないので、張力歪が
ゼロ歪または低い水準（例えば、約0.４％未満）である
ことが好ましい。このビーム上に形成する素子と干渉せ
ず、また多量のドープによって通常生じる高い歪場を誘
起しないよう、ビームのバルクが実質的にドープされな
いこともまた好ましい。この種の多結晶シリコン膜は、
低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）処理でシラン・ガスか
ら形成される多結晶シリコンを注意深く制御して堆積さ
せ、その後適当な焼鈍を行うことによって実現できる。
この種の堆積に対する好ましい処理は、Ｈ．グッケル
（H. Guckel)等による「平滑な表面を有するシリコン・
マイクロメカニカル素子の処理技術の進歩」("Advances
in ProcessingTechniques for Silicon Micromechanic
al Devices with Smooth Surfaces" )と表記された、１
９８９年２月２０ないし２２日付け、ユタ州、ソルトレ
ーク市でのＩＥＥＥ Microelectromechanical Systems
の会議録、ベージ７１ないし７５、および「多結晶シ
リコン薄膜処理」("Polysilicon Thin Film Pricess")
という名称の１９８９年１月３０日に付与された米国特
許番号第 4,897,360号、で説明され、これらの開示はい
ずれもここで参考文献として含まれる。この種の多結晶
シリコン膜は、温度約５９１℃でＬＰＣＶＤ反応装置に
よって装置圧力３００ミリトール（mT) で１００％のシ
ランから成長させることが好ましい。毎分６８オングス
トロームの成長速度が一般的である。２ミクロンの全膜
厚を使用した場合、堆積されたこれらの膜は２相を有す
る。第１相は基板と膜内部との間に位置し、結晶粒３０
０ないし３０００オングストロームの多結晶の挙動を示
し、配向は測定できない。この相には非結晶領域が続
き、これは膜の内部から始まり膜の表面まで延びる。３
インチのウェーハ上に堆積されたこれらの膜は、もしこ
のウェーハの端部を除外するならば、基本的に欠陥を持
たない。測定された表面の粗さは一般的に基板の表面と
同じであり、８オングストロームrms の低さの値が実現
された。ビームを撓ませる技術によって測定した歪場は
0.６％で圧縮する。これらの歪みは、窒素焼鈍によって
所定の張力歪レベルに変換することができる。これらの
歪は、窒素焼鈍によって所定の張力歪レベルに変換する
ことができる。これらの焼鈍期間中に非結晶相は結晶相
へと変化し、明らかに体積が収縮する。８３５℃で１時
間窒素焼鈍を行うと、最終的に0.２５％の張力歪を生
じ、測定しても表面の粗さは増加しない。この材料をＶ
ＬＳＩ級の４９％ＨＦに２４時間浸しても同様の表面粗
さの不変性が観察された。この多結晶シリコン材料は、
したがって素子の形成期間中、すなわち張力を加えられ
た状態の２重に固定されたビーム共振器に対する重要な
要件を満足する。代替例、すなわち、圧縮可能な膜また
はビームは厳しく素子の寸法を制限し、真空容器内で形
成中に多くの困難を生み出すが、その理由は、かかる構
造体は周囲の犠牲層から自由になると、撓む傾向がある
からである。多結晶シリコン膜の既知の高張力強度は、
別の利点である。この膜が多結晶であっても、この種の
共振ビーム構造体は、真空中で動作する場合、６5,００
０を超える固有の高機械的Ｑを示し、疲労による共振周
波数のシフトは検出されない。
【００１７】焼鈍の温度と条件を制御することによって
制御することのできる組み込まれた歪のレベルは、ビー
ムに外部から圧力を加えることなく、このビームの公称
共振周波数を決める（およびこれによってこの公称共振
周波数の選択を可能にする）のに役立つ。比較的高い共
振周波数（１００または２００kHz を超える）は、（圧
力がこれに加えられた場合）ビームが共振する範囲の周
波数によって周囲の支持構造体で共振の励起される可能
性を最小にするために一般的に好ましい。例えば、本発
明によって形成した厚さが２ミクロン、幅が４５ミクロ
ンおよび長さが２００ミクロンの１個の多結晶シリコン
・ビームの場合、組み込み歪がゼロに対して圧力を加え
ない場合の共振周波数は４３３kHz であり、組み込み歪
の張力が0.０３６％に対して６４５kHz であった。前述
の特許第4,８９7,３６０号で説明されている処理ステッ
プを実行することによって、このビームに対してこの種
の張力レベルを選択することができる。
制御することのできる組み込まれた歪のレベルは、ビー
ムに外部から圧力を加えることなく、このビームの公称
共振周波数を決める（およびこれによってこの公称共振
周波数の選択を可能にする）のに役立つ。比較的高い共
振周波数（１００または２００kHz を超える）は、（圧
力がこれに加えられた場合）ビームが共振する範囲の周
波数によって周囲の支持構造体で共振の励起される可能
性を最小にするために一般的に好ましい。例えば、本発
明によって形成した厚さが２ミクロン、幅が４５ミクロ
ンおよび長さが２００ミクロンの１個の多結晶シリコン
・ビームの場合、組み込み歪がゼロに対して圧力を加え
ない場合の共振周波数は４３３kHz であり、組み込み歪
の張力が0.０３６％に対して６４５kHz であった。前述
の特許第4,８９7,３６０号で説明されている処理ステッ
プを実行することによって、このビームに対してこの種
の張力レベルを選択することができる。
【００１８】従来の多結晶シリコン製造法では、熱的二
酸化シリコンを犠牲層として使用して多結晶シリコンか
ら平滑な表面を有するビームを製造すると、基本的な問
題に遭遇する。ＨＦエッチングは残りを生じ、もし新た
にエッチングした２つの面が互いに接触するならば、非
常に強い接着を生じ、特に互いに接する面が平滑な場合
にはそうである。ビームが長いとあまり強固ではないの
で、ＨＦを洗い流した後に乾燥させる間に表面張力によ
って容易にビームに変位を生じ、これによってビームは
基板と接触する。この問題を除去しようとする分かりや
すい方法は、化学的にこの残りを取り除くことである。
しかし、この試みでは安定した結果を得ることができな
い。代替の方法では、接触を防止し活性な面を有する乾
燥したビームを作り、これはガス雰囲気中でまたは整合
性のある被覆によって不活性化することができる。この
種の方法は、もし変位の原因、表面張力を除去できるな
らば実行することができる。
酸化シリコンを犠牲層として使用して多結晶シリコンか
ら平滑な表面を有するビームを製造すると、基本的な問
題に遭遇する。ＨＦエッチングは残りを生じ、もし新た
にエッチングした２つの面が互いに接触するならば、非
常に強い接着を生じ、特に互いに接する面が平滑な場合
にはそうである。ビームが長いとあまり強固ではないの
で、ＨＦを洗い流した後に乾燥させる間に表面張力によ
って容易にビームに変位を生じ、これによってビームは
基板と接触する。この問題を除去しようとする分かりや
すい方法は、化学的にこの残りを取り除くことである。
しかし、この試みでは安定した結果を得ることができな
い。代替の方法では、接触を防止し活性な面を有する乾
燥したビームを作り、これはガス雰囲気中でまたは整合
性のある被覆によって不活性化することができる。この
種の方法は、もし変位の原因、表面張力を除去できるな
らば実行することができる。
【００１９】したがって、本発明では、３段階の工程を
使用することが好ましく、この工程では最初に空洞内の
全ての面はエッチングの後、洗浄液によって完全に覆わ
れる。この点では、素子の表面は露出されず、したがっ
て表面張力も生じない。次のステップは制御しながら洗
浄液を冷凍することである。これは基本的に表面張力に
よる変位を除去するが、別の困難を生じる。液体洗浄液
に発生する液相から固相への体積の膨脹は非常に望まし
くないので、この冷凍液は、微小構造体を破壊しないよ
うに柔らかくなければならない。この冷凍化の手順の次
には凝固した洗浄液の昇華が続く。これは、洗浄物質の
３点（ Triple point ) で設定した温度と圧力で真空シ
ステム内で実現することが好ましい。この固体中の温度
変化は、望ましくない膨脹効果を生じるので、避けなけ
ればならない。昇華の完了後、試料の温度を室温まで上
昇させる。この自立（free - standing)しているが、化
学的に活性な構造体はこの後不活性化される。例えば、
シリコン窒化物の薄膜をＬＰＣＶＤにより堆積させる
と、不活性化が満足に行われ、または熱的酸化によって
この表面を不活性化させ、二酸化シリコン層を形成する
ことができる。この技術は、グッケル（Guckel) 他によ
る「平滑な表面を有するシリコン・マイクロメカニカル
素子用の進んだ処理技術」と表記された上述の論文にさ
らに説明され、これはここに参考として含まれ、また
「冷凍と昇華によって液体を除去することによる微少構
造体の形成」“ Formation of Microstructures with R
emovalof Liquid by Freezing and Sublimation " と表
記された本出願人による米国特許出願番号第０７／３３
1,４６６号にもさらに説明され、この開示はここに参考
として含まれる。
使用することが好ましく、この工程では最初に空洞内の
全ての面はエッチングの後、洗浄液によって完全に覆わ
れる。この点では、素子の表面は露出されず、したがっ
て表面張力も生じない。次のステップは制御しながら洗
浄液を冷凍することである。これは基本的に表面張力に
よる変位を除去するが、別の困難を生じる。液体洗浄液
に発生する液相から固相への体積の膨脹は非常に望まし
くないので、この冷凍液は、微小構造体を破壊しないよ
うに柔らかくなければならない。この冷凍化の手順の次
には凝固した洗浄液の昇華が続く。これは、洗浄物質の
３点（ Triple point ) で設定した温度と圧力で真空シ
ステム内で実現することが好ましい。この固体中の温度
変化は、望ましくない膨脹効果を生じるので、避けなけ
ればならない。昇華の完了後、試料の温度を室温まで上
昇させる。この自立（free - standing)しているが、化
学的に活性な構造体はこの後不活性化される。例えば、
シリコン窒化物の薄膜をＬＰＣＶＤにより堆積させる
と、不活性化が満足に行われ、または熱的酸化によって
この表面を不活性化させ、二酸化シリコン層を形成する
ことができる。この技術は、グッケル（Guckel) 他によ
る「平滑な表面を有するシリコン・マイクロメカニカル
素子用の進んだ処理技術」と表記された上述の論文にさ
らに説明され、これはここに参考として含まれ、また
「冷凍と昇華によって液体を除去することによる微少構
造体の形成」“ Formation of Microstructures with R
emovalof Liquid by Freezing and Sublimation " と表
記された本出願人による米国特許出願番号第０７／３３
1,４６６号にもさらに説明され、この開示はここに参考
として含まれる。
【００２０】内部を真空にするためには、多結晶シリコ
ンビーム共振器は、このビームの周囲に適当なシェルを
形成して吸引できる空洞を形成する必要がある。この外
部シェル用に選択した材料は、完成した素子の所望の熱
的安定度によって大部分決定される。したがって、シリ
コン基板上に形成されるシリコン・ビーム共振器の場
合、このシェルはシリコンから作らなければならない。
この種のシェルは、グッケル他による、米国特許番号第
4,７４4,８６３号および第4,８５3,６６９号に説明され
る反応性密封技術によって形成することが可能であり、
これらの開示はここに参考として含まれる。この反応性
密封技術では、エッチングしたチャンネルは、エッチン
グ剤、例えばＨＦ、を空洞内部に導入して犠牲材料を取
り除くのに使用され、これは比較的小型に保持される、
完全にエッチングを行い密封されていない構造体を大気
圧の酸素雰囲気中にさらすと、１体積のシリコンはほぼ
２体積の二酸化シリコンを発生するので、エッチングし
たチャンネルを閉鎖する。この閉鎖は空洞寸法にかなり
影響する前に発生する。ここでこの空洞内部への酸素の
供給は中断され、この空洞内の酸素はシリコンと反応を
続けるにしたがって消費されるので、真空または非常に
低圧が生じる。多結晶シリコンまたは窒化シリコンのＬ
ＰＣＶＤによる堆積は、またこのチャンネルを閉鎖し密
封することに使用する。
ンビーム共振器は、このビームの周囲に適当なシェルを
形成して吸引できる空洞を形成する必要がある。この外
部シェル用に選択した材料は、完成した素子の所望の熱
的安定度によって大部分決定される。したがって、シリ
コン基板上に形成されるシリコン・ビーム共振器の場
合、このシェルはシリコンから作らなければならない。
この種のシェルは、グッケル他による、米国特許番号第
4,７４4,８６３号および第4,８５3,６６９号に説明され
る反応性密封技術によって形成することが可能であり、
これらの開示はここに参考として含まれる。この反応性
密封技術では、エッチングしたチャンネルは、エッチン
グ剤、例えばＨＦ、を空洞内部に導入して犠牲材料を取
り除くのに使用され、これは比較的小型に保持される、
完全にエッチングを行い密封されていない構造体を大気
圧の酸素雰囲気中にさらすと、１体積のシリコンはほぼ
２体積の二酸化シリコンを発生するので、エッチングし
たチャンネルを閉鎖する。この閉鎖は空洞寸法にかなり
影響する前に発生する。ここでこの空洞内部への酸素の
供給は中断され、この空洞内の酸素はシリコンと反応を
続けるにしたがって消費されるので、真空または非常に
低圧が生じる。多結晶シリコンまたは窒化シリコンのＬ
ＰＣＶＤによる堆積は、またこのチャンネルを閉鎖し密
封することに使用する。
【００２１】共振ビーム変換器３０を形成する好適な工
程は、図３ないし１４を参照して示される。この工程
は、基板３１上に二酸化シリコンの薄い層を形成するこ
とによって開始され、続いてこの酸化層の上に薄い窒化
シリコン層を堆積し、これは次に窒化シリコンと二酸化
シリコンとの２重層５４内に開口５３を残こしてパター
ン化される。例えば、窒化シリコン層は厚さが１１００
オングストロームで、その下の二酸化シリコン層は３０
０オングストロームである。この堆積工程に続いて、開
口領域５３内に二酸化シリコン層５５を成長させ酸化物
の井戸を形成する。一例として、この酸化物の井戸は１
ミクロンを少々上回る厚さである。次に、この酸化物の
井戸を二酸化シリコン・エッチング剤を加えて取り除
き、平坦化した第２酸化物の井戸５６を第５図に示すよ
うに成長させ、ここでこの酸化物の井戸５６の上部表面
は層５４の表面と実質的に同じ高さである。
程は、図３ないし１４を参照して示される。この工程
は、基板３１上に二酸化シリコンの薄い層を形成するこ
とによって開始され、続いてこの酸化層の上に薄い窒化
シリコン層を堆積し、これは次に窒化シリコンと二酸化
シリコンとの２重層５４内に開口５３を残こしてパター
ン化される。例えば、窒化シリコン層は厚さが１１００
オングストロームで、その下の二酸化シリコン層は３０
０オングストロームである。この堆積工程に続いて、開
口領域５３内に二酸化シリコン層５５を成長させ酸化物
の井戸を形成する。一例として、この酸化物の井戸は１
ミクロンを少々上回る厚さである。次に、この酸化物の
井戸を二酸化シリコン・エッチング剤を加えて取り除
き、平坦化した第２酸化物の井戸５６を第５図に示すよ
うに成長させ、ここでこの酸化物の井戸５６の上部表面
は層５４の表面と実質的に同じ高さである。
【００２２】図６に示すように、次に窒化シリコン／二
酸化シリコン層５４はパターン化されて周辺領域５７内
の層を取り除き、この窒化シリコン／二酸化シリコン層
はまたパターン化されて周辺領域５７から井戸５６の領
域まで延びる隆起形態になるが、このパターン化は、前
述の米国特許第4,７４4,８６３号および第4,853,669号
にさらに説明される方法によって行われる。
酸化シリコン層５４はパターン化されて周辺領域５７内
の層を取り除き、この窒化シリコン／二酸化シリコン層
はまたパターン化されて周辺領域５７から井戸５６の領
域まで延びる隆起形態になるが、このパターン化は、前
述の米国特許第4,７４4,８６３号および第4,853,669号
にさらに説明される方法によって行われる。
【００２３】図７に示すように、次に、ビーム３４を形
成する多結晶シリコンの部分を含む多結晶シリコンの層
５９が堆積される。抵抗電極４４とコンデンサ電極４３
がこのビーム内に注入され、希望する張力レベルを与え
るように選択した焼鈍サイクルを実行し、次にこのビー
ム領域３４をパターン化する。図８に示すように、次に
多結晶シリコン層５９をパターン化してエッチングし、
開口領域６０によって多結晶シリコン層の残りの部分か
ら分離されたビーム３４を残す。開口部６１を、またこ
の多結晶シリコン内に形成し、これは薄い窒化物／酸化
物層５４に向かって下方に延びる。この多結晶シリコン
に対する焼鈍サイクルは、次の膜を堆積させる前に行わ
れ、その結果、この多結晶シリコン膜は次の堆積期間中
は安定である。
成する多結晶シリコンの部分を含む多結晶シリコンの層
５９が堆積される。抵抗電極４４とコンデンサ電極４３
がこのビーム内に注入され、希望する張力レベルを与え
るように選択した焼鈍サイクルを実行し、次にこのビー
ム領域３４をパターン化する。図８に示すように、次に
多結晶シリコン層５９をパターン化してエッチングし、
開口領域６０によって多結晶シリコン層の残りの部分か
ら分離されたビーム３４を残す。開口部６１を、またこ
の多結晶シリコン内に形成し、これは薄い窒化物／酸化
物層５４に向かって下方に延びる。この多結晶シリコン
に対する焼鈍サイクルは、次の膜を堆積させる前に行わ
れ、その結果、この多結晶シリコン膜は次の堆積期間中
は安定である。
【００２４】図９に示すように、次に第２犠牲層６３
（例えば、二酸化シリコンまたは窒化シリコン）を堆積
させ、図１０に示すように、次にこの層６３はパターン
化されエッチングされる。図１１に示すように、次に層
６４を覆う第２多結晶シリコンを堆積し、これはシェル
４０を有し、このシェル４０は最終的に共振ビームを収
容する。図１２に示すように、次にこの多結晶シリコン
の被覆をパターン化して、エッチングし自立型（free -
standing)窒化シリコンの部分６３を露出させる。次に
この構造体を弗化水素酸（ＨＦ）内でエッチングし、こ
れらの犠牲層を取り除いてこのビームを自由にし、その
結果、このビームは開口空洞３２によって取り囲まれ、
井戸６６は空洞３２と連通するチャンネル６７内に導か
れる。これらのチャンネル６７は、窒化物／酸化物犠牲
層によって占有されている領域からエッチングによって
作り出される。このＨＦエッチングの後に上述の冷凍−
昇華手順が続き、ビーム３４を変位させることなく、ま
たシェル４０または基板３１のいずれかの隣接する壁部
と接着によって接触させることなく残す。
（例えば、二酸化シリコンまたは窒化シリコン）を堆積
させ、図１０に示すように、次にこの層６３はパターン
化されエッチングされる。図１１に示すように、次に層
６４を覆う第２多結晶シリコンを堆積し、これはシェル
４０を有し、このシェル４０は最終的に共振ビームを収
容する。図１２に示すように、次にこの多結晶シリコン
の被覆をパターン化して、エッチングし自立型（free -
standing)窒化シリコンの部分６３を露出させる。次に
この構造体を弗化水素酸（ＨＦ）内でエッチングし、こ
れらの犠牲層を取り除いてこのビームを自由にし、その
結果、このビームは開口空洞３２によって取り囲まれ、
井戸６６は空洞３２と連通するチャンネル６７内に導か
れる。これらのチャンネル６７は、窒化物／酸化物犠牲
層によって占有されている領域からエッチングによって
作り出される。このＨＦエッチングの後に上述の冷凍−
昇華手順が続き、ビーム３４を変位させることなく、ま
たシェル４０または基板３１のいずれかの隣接する壁部
と接着によって接触させることなく残す。
【００２５】図１４に示すように、次にこの構造体は不
活性化され、酸化雰囲気内にさらすことによって部分的
に密封し、空洞３２の内部に酸化物層６９を形成すると
共にチャンネル６７の外部および内部に酸化物層６８
（例えば、１２０オングストロームの厚さ）を形成し、
部分的にこれらのチャンネルを閉鎖する。この酸化に続
いて、この構造体全体と層６８はその上にＬＰＣＶＤで
窒化シリコンを、例えば２１００オングストロームの深
さで堆積させ、これによって空洞に連なるこれらのチャ
ンネルの密封を完了する。チャンネル６７が密封される
と、空洞３２内の残留ガスは、実質的に消費されるま
で、空洞内でビーム３４の表面および多結晶シリコン・
シェル４０と結晶基板３１の内部表面の両方と反応を続
ける。空洞内に残留して窒化シリコンをＬＰＣＶＤによ
って堆積させる全てのガスは、消費されるまで、また反
応を続ける。これによって基本的に空洞内に真空が残る
が、希望があれば、空洞内の圧力を希望のレベルに制御
するために幾らかの割合の不活性ガスを酸化雰囲気内に
混入させることができる。空洞３２の内部の寸法は非常
に小さいので、空洞内部の実際の圧力を定量的に測定す
ることは困難である。上述の反応性密封によって排気さ
れた空洞内部の実効等価圧力は、真空室をポンプで排気
するに従って、空洞内のビームの測定値Ｑを真空室内の
等価な開放ビームの測定値Ｑと比較することによって概
算することができる。この方法で空洞内の圧力は１０-9
mmHgであると概算される。しかし、空洞内の一般的な寸
法は酸素分子の平均自由行程のオーダであることに留意
でき、その結果、古典的なガスの法則は必ずしも適用で
きない。
活性化され、酸化雰囲気内にさらすことによって部分的
に密封し、空洞３２の内部に酸化物層６９を形成すると
共にチャンネル６７の外部および内部に酸化物層６８
（例えば、１２０オングストロームの厚さ）を形成し、
部分的にこれらのチャンネルを閉鎖する。この酸化に続
いて、この構造体全体と層６８はその上にＬＰＣＶＤで
窒化シリコンを、例えば２１００オングストロームの深
さで堆積させ、これによって空洞に連なるこれらのチャ
ンネルの密封を完了する。チャンネル６７が密封される
と、空洞３２内の残留ガスは、実質的に消費されるま
で、空洞内でビーム３４の表面および多結晶シリコン・
シェル４０と結晶基板３１の内部表面の両方と反応を続
ける。空洞内に残留して窒化シリコンをＬＰＣＶＤによ
って堆積させる全てのガスは、消費されるまで、また反
応を続ける。これによって基本的に空洞内に真空が残る
が、希望があれば、空洞内の圧力を希望のレベルに制御
するために幾らかの割合の不活性ガスを酸化雰囲気内に
混入させることができる。空洞３２の内部の寸法は非常
に小さいので、空洞内部の実際の圧力を定量的に測定す
ることは困難である。上述の反応性密封によって排気さ
れた空洞内部の実効等価圧力は、真空室をポンプで排気
するに従って、空洞内のビームの測定値Ｑを真空室内の
等価な開放ビームの測定値Ｑと比較することによって概
算することができる。この方法で空洞内の圧力は１０-9
mmHgであると概算される。しかし、空洞内の一般的な寸
法は酸素分子の平均自由行程のオーダであることに留意
でき、その結果、古典的なガスの法則は必ずしも適用で
きない。
【００２６】前述のステップには、拡散された導電性電
極４３と４４との接点を設けるための窒化シリコン層６
８のパターン化と切り出しのステップが続き、次に図２
に示すようにこれらの電極と接触させて表面上に金属を
堆積しパターン化する。図１５ないし２１は、本発明の
共振ビーム変換器を製造する代替工程を示す。図１５を
参照して、単結晶シリコンのような基板８０は、通常の
マスクおよび酸化の手順を使用してその上に形成された
酸化物のポスト（post) 犠牲層８１を有する。図１６に
示すように、次にポスト８１の領域の外部の基板の表面
上に酸化物層８２が形成される。
極４３と４４との接点を設けるための窒化シリコン層６
８のパターン化と切り出しのステップが続き、次に図２
に示すようにこれらの電極と接触させて表面上に金属を
堆積しパターン化する。図１５ないし２１は、本発明の
共振ビーム変換器を製造する代替工程を示す。図１５を
参照して、単結晶シリコンのような基板８０は、通常の
マスクおよび酸化の手順を使用してその上に形成された
酸化物のポスト（post) 犠牲層８１を有する。図１６に
示すように、次にポスト８１の領域の外部の基板の表面
上に酸化物層８２が形成される。
【００２７】図１７に示すように、後続の堆積物には、
単結晶シリコンの第１層８４、ポスト８１上の領域内に
形成された窒化シリコンの中間層８５、および単結晶シ
リコン８６の上部層を有する。各々の単結晶シリコン層
は、別の層を堆積する前に適当な温度で（後続の堆積物
の最高温度）焼鈍される（例えば、窒化シリコンの堆積
物の８３５℃の温度で）。単結晶シリコン層８４と８６
は、次にマスクされポスト８１の外部領域内がエッチン
グで取り除かれ、図１８に示すように絶縁ビーム構造体
８８を残す。図１８は、ビーム両端の中間点でのこのビ
ームの幅の端から端までの断面図であることが理解され
る。窒化シリコン絶縁層８５の目的は、外部層８６の上
部表面に注入された導電性抵抗を内部単結晶シリコン層
８４から電気的に絶縁することである。コンデンサ極板
と圧電抵抗検出抵抗を形成するための導電性電極は、イ
オン注入によってビームの外部層８６の上部表面に形成
することができる。
単結晶シリコンの第１層８４、ポスト８１上の領域内に
形成された窒化シリコンの中間層８５、および単結晶シ
リコン８６の上部層を有する。各々の単結晶シリコン層
は、別の層を堆積する前に適当な温度で（後続の堆積物
の最高温度）焼鈍される（例えば、窒化シリコンの堆積
物の８３５℃の温度で）。単結晶シリコン層８４と８６
は、次にマスクされポスト８１の外部領域内がエッチン
グで取り除かれ、図１８に示すように絶縁ビーム構造体
８８を残す。図１８は、ビーム両端の中間点でのこのビ
ームの幅の端から端までの断面図であることが理解され
る。窒化シリコン絶縁層８５の目的は、外部層８６の上
部表面に注入された導電性抵抗を内部単結晶シリコン層
８４から電気的に絶縁することである。コンデンサ極板
と圧電抵抗検出抵抗を形成するための導電性電極は、イ
オン注入によってビームの外部層８６の上部表面に形成
することができる。
【００２８】ビーム８８が絶縁されその中に導電体が形
成された後、図１９に示すように、窒化シリコンの外部
犠牲層８９を堆積およびエッチングして所望の空洞の外
部境界を形成する。酸化単結晶シリコンを使用して沸騰
したリン酸内でエッチングされた窒化シリコン用のエッ
チング・マスクを形成することができる。次に図２０に
示すように多結晶シリコン９１の外部層すなわちシェル
層を犠牲層８９上に堆積させ、この犠牲酸化物と窒化物
層８１、８２および８９をエッチングで取り除くステッ
プが上述のように行われ、図２１に示すように空洞９２
内に密封された絶縁ビーム８８が残こされる。（シリコ
ン酸化物層８２をエッチングで取り除くことによって得
られた単結晶シリコン・シェル９１の下に残った）チャ
ンネルの反応性密封が、上述の反応性密封技術によって
行われる。
成された後、図１９に示すように、窒化シリコンの外部
犠牲層８９を堆積およびエッチングして所望の空洞の外
部境界を形成する。酸化単結晶シリコンを使用して沸騰
したリン酸内でエッチングされた窒化シリコン用のエッ
チング・マスクを形成することができる。次に図２０に
示すように多結晶シリコン９１の外部層すなわちシェル
層を犠牲層８９上に堆積させ、この犠牲酸化物と窒化物
層８１、８２および８９をエッチングで取り除くステッ
プが上述のように行われ、図２１に示すように空洞９２
内に密封された絶縁ビーム８８が残こされる。（シリコ
ン酸化物層８２をエッチングで取り除くことによって得
られた単結晶シリコン・シェル９１の下に残った）チャ
ンネルの反応性密封が、上述の反応性密封技術によって
行われる。
【００２９】上述のステップによって形成された変換器
の平面図は、図２２に幾分簡略化した形態で示される。
共振ビーム８８は、多結晶シリコン・シェル９１によっ
て覆われているので、図２２では点線で示される。ビー
ム８８の一端には圧電抵抗電極９５が、上述のようにイ
オン注入によって形成され、この注入部はビームを越え
て接点領域９６まで外向きに延び、これらの接点領域の
上部には金属パッド９７が重なり、外部線用の取り付け
点が設けられる。抵抗９５の位置は、外部多結晶シェル
９１によって覆われて隠れているので、図２２では点線
で示される。隆起部９４は、空洞９２の側部に隣接して
形成され、犠牲層８２をエッチングすることによって残
されたチャンネルを形成し、これによってエッチング剤
はビーム８８を取り囲む犠牲層８１と８９に到達する。
空洞９２の反応性密封が行われるに従って、これらのチ
ャンネルには酸化物と窒化シリコンが充填される。
の平面図は、図２２に幾分簡略化した形態で示される。
共振ビーム８８は、多結晶シリコン・シェル９１によっ
て覆われているので、図２２では点線で示される。ビー
ム８８の一端には圧電抵抗電極９５が、上述のようにイ
オン注入によって形成され、この注入部はビームを越え
て接点領域９６まで外向きに延び、これらの接点領域の
上部には金属パッド９７が重なり、外部線用の取り付け
点が設けられる。抵抗９５の位置は、外部多結晶シェル
９１によって覆われて隠れているので、図２２では点線
で示される。隆起部９４は、空洞９２の側部に隣接して
形成され、犠牲層８２をエッチングすることによって残
されたチャンネルを形成し、これによってエッチング剤
はビーム８８を取り囲む犠牲層８１と８９に到達する。
空洞９２の反応性密封が行われるに従って、これらのチ
ャンネルには酸化物と窒化シリコンが充填される。
【００３０】容量性電極９９をビーム８８の他端に、ボ
ロンのような不純物のイオン注入によって形成し、この
ドーピングは導電層１００内のビーム領域の外部まで延
び、この導電層は接点パッド１０１に延びる。金属化し
た接点パッド１０２が、領域１０１でドープした領域１
００上に堆積され、これと電気的に接触される。ビーム
内に形成した導電電極９９は多結晶シリコン・シェル９
１によって隠されているので、図２２では点線で示され
る、ビーム８８上の電極９９の位置の上の多結晶シリコ
ン・シェル９１の上部にイオン注入によって導電層１０
３を形成し、コンデンサの他方の極板を設け、これはビ
ーム８８で発振を行うために使用される。導通経路１０
４を極板１０３から接点領域１０５まで不純物のイオン
注入によって形成し、この上に金属パッド１０６を堆積
させ、ここで外部回路に対する接続が行われる。このビ
ームの共振周波数またはそれに近い周波数でパッド１０
２と１０６との間に発振電圧を加えることによって、こ
のビームを共振状態に駆動することができる。出力パッ
ド９７に電圧を加えることによって、圧電抵抗器95を介
して流れる電流は外部回路（図示せず）によって測定す
ることができ、ビームが振動によって変位している間歪
むので、この電流は電極９５の抵抗の圧電抵抗値が変化
することによる起因してビーム内の発振の関数として変
化する。
ロンのような不純物のイオン注入によって形成し、この
ドーピングは導電層１００内のビーム領域の外部まで延
び、この導電層は接点パッド１０１に延びる。金属化し
た接点パッド１０２が、領域１０１でドープした領域１
００上に堆積され、これと電気的に接触される。ビーム
内に形成した導電電極９９は多結晶シリコン・シェル９
１によって隠されているので、図２２では点線で示され
る、ビーム８８上の電極９９の位置の上の多結晶シリコ
ン・シェル９１の上部にイオン注入によって導電層１０
３を形成し、コンデンサの他方の極板を設け、これはビ
ーム８８で発振を行うために使用される。導通経路１０
４を極板１０３から接点領域１０５まで不純物のイオン
注入によって形成し、この上に金属パッド１０６を堆積
させ、ここで外部回路に対する接続が行われる。このビ
ームの共振周波数またはそれに近い周波数でパッド１０
２と１０６との間に発振電圧を加えることによって、こ
のビームを共振状態に駆動することができる。出力パッ
ド９７に電圧を加えることによって、圧電抵抗器95を介
して流れる電流は外部回路（図示せず）によって測定す
ることができ、ビームが振動によって変位している間歪
むので、この電流は電極９５の抵抗の圧電抵抗値が変化
することによる起因してビーム内の発振の関数として変
化する。
【００３１】図２２に示すように、共振ビーム変換器は
図２の変換器の寸法と同じ寸法であってもよく、加えら
れた歪みと同様の共振挙動と共振のシフトを示す。この
ビーム変換器で振動を励起し測定するための帰還回路の
例を図２３に示す。図２３の容量性駆動素子１１０（す
なわち、極板４２または極板１０３）に加えた電気信号
によって、ビーム１１２に機械的発振が駆動され、この
発振は圧電抵抗素子１１４によって検出され電気信号に
変換される。この電気信号は増幅器１１５によって増幅
され、自己発振を維持するために駆動素子１１０にフィ
ードバックされ、周波数カウンタ１１６によって測定さ
れる。
図２の変換器の寸法と同じ寸法であってもよく、加えら
れた歪みと同様の共振挙動と共振のシフトを示す。この
ビーム変換器で振動を励起し測定するための帰還回路の
例を図２３に示す。図２３の容量性駆動素子１１０（す
なわち、極板４２または極板１０３）に加えた電気信号
によって、ビーム１１２に機械的発振が駆動され、この
発振は圧電抵抗素子１１４によって検出され電気信号に
変換される。この電気信号は増幅器１１５によって増幅
され、自己発振を維持するために駆動素子１１０にフィ
ードバックされ、周波数カウンタ１１６によって測定さ
れる。
【００３２】好適な変換器は単結晶シリコン基板上に形
成されるが、この変換器は上述のように、水晶またはサ
ファイアのような他の基板上に実質的に形成することも
またできる。本発明の変換器は、２重に固定したビーム
を横方向に交差した部材によって接続したＨ形ビーム構
造体のような他のビーム構造体を使用して製造すること
も可能である。この種の構造の場合、励起性電極はこれ
らのビームの一方に形成され、発振を測定するのに使用
する圧電抵抗電極は他方のビームに形成することが可能
である。このビームは、両端が大気中に開放されている
中空の円筒として形成することもまた可能である。この
種の構造体はその表面で反応を生じるように形成するこ
とが可能であり、これはビームの共振周波数に影響し、
これによって選択したガスの存在を検出する。
成されるが、この変換器は上述のように、水晶またはサ
ファイアのような他の基板上に実質的に形成することも
またできる。本発明の変換器は、２重に固定したビーム
を横方向に交差した部材によって接続したＨ形ビーム構
造体のような他のビーム構造体を使用して製造すること
も可能である。この種の構造の場合、励起性電極はこれ
らのビームの一方に形成され、発振を測定するのに使用
する圧電抵抗電極は他方のビームに形成することが可能
である。このビームは、両端が大気中に開放されている
中空の円筒として形成することもまた可能である。この
種の構造体はその表面で反応を生じるように形成するこ
とが可能であり、これはビームの共振周波数に影響し、
これによって選択したガスの存在を検出する。
【００３３】図２４の変換器構造は、そのビーム１２０
が片持ち梁ビームを形成するために一端で自由になって
いる点を除いて基本的に図１の構造と同様である。この
片持ち梁ビーム１２０は、このビームの多結晶シリコン
を、このビームから圧電抵抗電極４４と同じ側に外方向
に延びるパターンでドープして形成した電極１２１を使
用することによって励起することができる。この構造体
は上述の２重に固定したビームに対するものと同じ製造
手順を使用して形成することができる。この片持ち梁ビ
ームの変換器は種々の目的、例えば発振調整用音叉部品
またと加速度計として使用することができる。
が片持ち梁ビームを形成するために一端で自由になって
いる点を除いて基本的に図１の構造と同様である。この
片持ち梁ビーム１２０は、このビームの多結晶シリコン
を、このビームから圧電抵抗電極４４と同じ側に外方向
に延びるパターンでドープして形成した電極１２１を使
用することによって励起することができる。この構造体
は上述の２重に固定したビームに対するものと同じ製造
手順を使用して形成することができる。この片持ち梁ビ
ームの変換器は種々の目的、例えば発振調整用音叉部品
またと加速度計として使用することができる。
【００３４】ビームの振動の励起および検出を実現する
この方法は、種々の形態を採ることが可能である。例え
ば、多結晶シリコンビーム上にＰＮ接合を形成すること
が可能であり、これはこのビームの歪みに感応する。こ
の接合は感光性として形成することが可能であり、これ
によって、この接合点に発振強度を有する光を当ててビ
ーム内に振動を励起させることができる。シリコンは真
紅すなわち赤外光を透過し、この種の光はビームの多結
晶シリコン・シェルを通過して投射することが可能であ
る。この光は光ファイバ・ケーブルを介して遠くの光源
からこのシェルに当てることができる。このビームの振
動は、入力ケーブルからこのビーム上に光を当て、（も
し、希望するならば反射性の被覆をその上に施すことに
よって）このビームから反射された光を受けることによ
って検出することもまた可能であり、これによってビー
ムの振動を非電気的に検出することが可能になる。
この方法は、種々の形態を採ることが可能である。例え
ば、多結晶シリコンビーム上にＰＮ接合を形成すること
が可能であり、これはこのビームの歪みに感応する。こ
の接合は感光性として形成することが可能であり、これ
によって、この接合点に発振強度を有する光を当ててビ
ーム内に振動を励起させることができる。シリコンは真
紅すなわち赤外光を透過し、この種の光はビームの多結
晶シリコン・シェルを通過して投射することが可能であ
る。この光は光ファイバ・ケーブルを介して遠くの光源
からこのシェルに当てることができる。このビームの振
動は、入力ケーブルからこのビーム上に光を当て、（も
し、希望するならば反射性の被覆をその上に施すことに
よって）このビームから反射された光を受けることによ
って検出することもまた可能であり、これによってビー
ムの振動を非電気的に検出することが可能になる。
【００３５】図２５は、ビームの分離された（isolate
d) 光学的励起およびこのビームの振動の直接光学的検
出用に構成した本発明の変換器を示す。基本的な変換器
の構造は、例えば、実質的に図１の変換器３０と同様で
ある。このビームの容量性励起を駆動するための電気信
号は、共振周波数で変調した光源からの光に応答する光
起電電圧を使用して得ることができる。図２５に示すよ
うに、ファンクション発振器１３０（例えば、ヒューレ
ット・パッカード社製のＦＧ５０１０）を接続し、ビー
ム３４の共振周波数でＬＥＤ１３１を駆動する。外部フ
ォトダイオード１３３はこのＬＥＤからの光を受け、こ
れは極板電極４２とパッド４７に電気的に接続され、こ
のパッドはビーム状に形成された電極に接続される。代
替として、共振ビーム構造体の隣のシリコン基板にフォ
トダイオードを形成することも可能である。
d) 光学的励起およびこのビームの振動の直接光学的検
出用に構成した本発明の変換器を示す。基本的な変換器
の構造は、例えば、実質的に図１の変換器３０と同様で
ある。このビームの容量性励起を駆動するための電気信
号は、共振周波数で変調した光源からの光に応答する光
起電電圧を使用して得ることができる。図２５に示すよ
うに、ファンクション発振器１３０（例えば、ヒューレ
ット・パッカード社製のＦＧ５０１０）を接続し、ビー
ム３４の共振周波数でＬＥＤ１３１を駆動する。外部フ
ォトダイオード１３３はこのＬＥＤからの光を受け、こ
れは極板電極４２とパッド４７に電気的に接続され、こ
のパッドはビーム状に形成された電極に接続される。代
替として、共振ビーム構造体の隣のシリコン基板にフォ
トダイオードを形成することも可能である。
【００３６】図２５に示すように、励起光は単色光出力
（例えば、スペクトラ・フィジックス社製の１５５ヘリ
ウム／ネオン・レーザ、0.９６mW、波長６３２8.５オン
グストローム）を発生するレーザ１３６から供給するこ
とができ、これは光ファイバ・ケーブル１３８によって
変換器のシェル４０に照射される。光ファイバ・ケーブ
ル１３８からの光はシェル４０を通過してビーム３４に
投射され、そこから反射してシェルを再び透過して別の
光ファイバ・ケーブル１４０によって受光され遠隔地に
導かれる。この遠隔地で、この光はオぺアンプ１４２に
接続された光検出器１４１によって検出され、このオペ
アンプは電気的出力を線１４４に送り出し、この出力は
ビームの振動を示す。
（例えば、スペクトラ・フィジックス社製の１５５ヘリ
ウム／ネオン・レーザ、0.９６mW、波長６３２8.５オン
グストローム）を発生するレーザ１３６から供給するこ
とができ、これは光ファイバ・ケーブル１３８によって
変換器のシェル４０に照射される。光ファイバ・ケーブ
ル１３８からの光はシェル４０を通過してビーム３４に
投射され、そこから反射してシェルを再び透過して別の
光ファイバ・ケーブル１４０によって受光され遠隔地に
導かれる。この遠隔地で、この光はオぺアンプ１４２に
接続された光検出器１４１によって検出され、このオペ
アンプは電気的出力を線１４４に送り出し、この出力は
ビームの振動を示す。
【００３７】本発明の変換器では、ビームと周囲の構造
体（シェルと基板）との間の間隙が非常に狭く、例え
ば、２ミクロン以下の範囲であり１ミクロン（１0.００
０オングストローム）であることが望ましい。この間隔
は、通常使用されるレーザの波長（例えば、ヘリウム／
ネオンの場合６３３０オングストローム）に匹敵し、ビ
ームが振動した場合干渉パターンを生じ、これを検出し
このビームの振動を判定できる。
体（シェルと基板）との間の間隙が非常に狭く、例え
ば、２ミクロン以下の範囲であり１ミクロン（１0.００
０オングストローム）であることが望ましい。この間隔
は、通常使用されるレーザの波長（例えば、ヘリウム／
ネオンの場合６３３０オングストローム）に匹敵し、ビ
ームが振動した場合干渉パターンを生じ、これを検出し
このビームの振動を判定できる。
【００３８】したがって、図２５の構成は、光学的に分
離された励起と検出を有する共振圧力変換器を提供し、
これはまた金属の相互接続の必要性も除去する。したが
って、この構成は高温（例えば、１８０℃以上）での用
途に適する。光学的に分離することは、また励起から検
知回路まで通して供給することを除去し、検出回路を単
純にできる。
離された励起と検出を有する共振圧力変換器を提供し、
これはまた金属の相互接続の必要性も除去する。したが
って、この構成は高温（例えば、１８０℃以上）での用
途に適する。光学的に分離することは、また励起から検
知回路まで通して供給することを除去し、検出回路を単
純にできる。
【００３９】本発明は、ここで図示して説明した特定の
実施例に制約されるものではなく、添付の請求項の範囲
に含まれるものとして、本発明の変形した形態を包含す
ることが理解される。
実施例に制約されるものではなく、添付の請求項の範囲
に含まれるものとして、本発明の変形した形態を包含す
ることが理解される。
【００４０】
【図１】本発明の共振ビーム圧力変換器を判り易く図示
するために、部分的に切り欠いた斜視断面図である。
するために、部分的に切り欠いた斜視断面図である。
【図２】基板上に形成した図１の共振ビーム変換器の平
面図である。
面図である。
【図３】本発明の共振ビーム変換器を形成する場合の一
連の処理ステップを示す基板の断面図である。
連の処理ステップを示す基板の断面図である。
【図４】本発明の共振ビーム変換器を形成する場合の一
連の処理ステップを示す基板の断面図である。
連の処理ステップを示す基板の断面図である。
【図５】本発明の共振ビーム変換器を形成する場合の一
連の処理ステップを示す基板の断面図である。
連の処理ステップを示す基板の断面図である。
【図６】本発明の共振ビーム変換器を形成する場合の一
連の処理ステップを示す基板の断面図である。
連の処理ステップを示す基板の断面図である。
【図７】本発明の共振ビーム変換器を形成する場合の一
連の処理ステップを示す基板の断面図である。
連の処理ステップを示す基板の断面図である。
【図８】本発明の共振ビーム変換器を形成する場合の一
連の処理ステップを示す基板の断面図である。
連の処理ステップを示す基板の断面図である。
【図９】本発明の共振ビーム変換器を形成する場合の一
連の処理ステップを示す基板の断面図である。
連の処理ステップを示す基板の断面図である。
【図１０】本発明の共振ビーム変換器を形成する場合の
一連の処理ステップを示す基板の断面図である。
一連の処理ステップを示す基板の断面図である。
【図１１】本発明の共振ビーム変換器を形成する場合の
一連の処理ステップを示す基板の断面図である。
一連の処理ステップを示す基板の断面図である。
【図１２】本発明の共振ビーム変換器を形成する場合の
一連の処理ステップを示す基板の断面図である。
一連の処理ステップを示す基板の断面図である。
【図１３】本発明の共振ビーム変換器を形成する場合の
一連の処理ステップを示す基板の断面図である。
一連の処理ステップを示す基板の断面図である。
【図１４】本発明の共振ビーム変換器を形成する場合の
一連の処理ステップを示す基板の断面図である。
一連の処理ステップを示す基板の断面図である。
【図１５】本発明による別の共振ビーム変換器を形成す
る場合の一連の処理ステップを示す基板の断面図であ
る。
る場合の一連の処理ステップを示す基板の断面図であ
る。
【図１６】本発明による別の共振ビーム変換器を形成す
る場合の一連の処理ステップを示す基板の断面図であ
る。
る場合の一連の処理ステップを示す基板の断面図であ
る。
【図１７】本発明による別の共振ビーム変換器を形成す
る場合の一連の処理ステップを示す基板の断面図であ
る。
る場合の一連の処理ステップを示す基板の断面図であ
る。
【図１８】本発明による別の共振ビーム変換器を形成す
る場合の一連の処理ステップを示す基板の断面図であ
る。
る場合の一連の処理ステップを示す基板の断面図であ
る。
【図１９】本発明による別の共振ビーム変換器を形成す
る場合の一連の処理ステップを示す基板の断面図であ
る。
る場合の一連の処理ステップを示す基板の断面図であ
る。
【図２０】本発明による別の共振ビーム変換器を形成す
る場合の一連の処理ステップを示す基板の断面図であ
る。
る場合の一連の処理ステップを示す基板の断面図であ
る。
【図２１】本発明による別の共振ビーム変換器を形成す
る場合の一連の処理ステップを示す基板の断面図であ
る。
る場合の一連の処理ステップを示す基板の断面図であ
る。
【図２２】図１５ないし２１に示す処理ステップを使用
して形成した共振ビーム圧力変換器の平面図である。
して形成した共振ビーム圧力変換器の平面図である。
【図２３】本発明の共振ビームを内蔵する自己支持型発
振器の概略ブロック図である。
振器の概略ブロック図である。
【図２４】図１と同様であるが片持ち梁ビームによって
形成した共振ビーム変換器の斜視部分断面図である。
形成した共振ビーム変換器の斜視部分断面図である。
【図２５】ビームの振動の光学的な検出を利用した共振
ビーム変換器の概略断面図である。
ビーム変換器の概略断面図である。
３０ 圧力変換器 ３１ 基板 ３２ 空洞 ３４ 共振ビーム ４０ シェル ４３，４４ 抵抗導体 ４７ 金属パッド ５０ チャンネル
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−148878（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−63828（ＪＰ，Ａ)
Claims (10)
- 【請求項１】 （ａ）基板と、 （ｂ）基板の端部の少なくとも１つに取り付けられ、基
板の端部の間で基板から間隔をあけて自由に振動するこ
との可能な多結晶シリコン・ビームと、 （ｃ）上記のビームを取り囲み、基板に取り付けられた
多結晶シリコンの封入シェルであって、ビームを取り囲
み外気から密封された空洞を基板に形成し、空洞は実質
的に排気されている上記の封入シェルと、 （ｄ）上記のビームに機械的振動を励起する手段と、 （ｅ）上記の多結晶シリコン・シェルを介して上記のビ
ームに光を照射する手段、および上記のビームから反射
された照射光を受光しこの受光した光をこれに対応しか
つ上記のビームの振動を表す電気信号に変換する手段
と、を有することを特徴とする共振ビーム変換器。 - 【請求項２】 上記の光を照射する手段は、光源と上記
の光源からの光を多結晶シリコン・シェルに向ける光フ
ァイバーを有することを特徴とする請求項１記載の変換
器。 - 【請求項３】 上記のビームから反射された光を受光す
る手段は、ビームから反射された光を遠隔の位置に向け
る光ファイバーと上記の遠隔の位置の光を検出する光電
検出器を有することを特徴とする請求項１記載の変換
器。 - 【請求項４】 上記のビーム内で機械的振動を励起する
手段は、多結晶シリコン・ビーム上に形成されこれに対
して電圧を供給することのできる導電性電極と他方のこ
れに近接する電極板を有し、その結果、これら２つの電
極の間に容量性結合が存在することを特徴とする請求項
１記載の変換器。 - 【請求項５】 上記のビームを励起する導電性電極は、
１つのバターンで多結晶シリコン・ビーム表面に不純物
を注入することによって形成され、さらにビーム上の対
応する励起電極上の多結晶シリコン・シェル上に形成さ
れた導電板を有し、その結果、多結晶シリコン・シェル
上の極板とその下に位置するビーム上の電極との間に交
流電流を印加することによってビームが励起されること
を特徴とする請求項４記載の変換器。 - 【請求項６】 上記の空洞とビームの外部表面を形成す
るシェルと基板の内部表面は、その上に形成された二酸
化シリコン層を有することを特徴とする請求項１記載の
変換器。 - 【請求項７】 上記のビームは、約２００ミクロンの長
さと約２ミクロンの厚さを有することを特徴とする請求
項１記載の変換器。 - 【請求項８】 上記のビームは、上記の基板の両端部で
上記の基板に取り付けられ、基板上でこれから間隙を設
けて支持されることを特徴とする請求項１記載の変換
器。 - 【請求項９】 上記の光を照射する手段は、実質的に単
色の光出力を発生するレーザーを有することを特徴とす
る請求項１記載の変換器。 - 【請求項１０】 選択した波長を有する光を透過させる
シェル内に封入された微細ビームの振動を検出する方法
において、上記の方法は、 （ａ）実質的に単色の光を封入シェルを介して振動ビー
ムに照射するステップであって、上記のシェルと上記の
ビームとの間の間隔は上記の光の波長に近く、その結
果、上記のビームが振動するにしたがって干渉パターン
が形成される上記のステップと、 （ｂ）上記の干渉パターンで上記のビームから反射され
た光を検出し、上記の光に対応しかつ上記のビームの振
動を表す電気信号を発生するステップと、を有すること
を特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/508,001 US5090254A (en) | 1990-04-11 | 1990-04-11 | Polysilicon resonating beam transducers |
| US508001 | 1990-04-11 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05332852A JPH05332852A (ja) | 1993-12-17 |
| JPH076852B2 true JPH076852B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=24020982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3078988A Expired - Lifetime JPH076852B2 (ja) | 1990-04-11 | 1991-04-11 | 多結晶シリコン共振ビーム変換器およびその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5090254A (ja) |
| EP (1) | EP0451992B1 (ja) |
| JP (1) | JPH076852B2 (ja) |
| AT (1) | ATE125040T1 (ja) |
| DE (1) | DE69111118T2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2007523758A (ja) * | 2003-10-31 | 2007-08-23 | ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | 薄膜及びウェーハを結合した封入したマイクロ電気機械システム用のアンチ・スティクション技術 |
| EP2990807A1 (en) | 2014-08-28 | 2016-03-02 | Yokogawa Electric Corporation | Resonant sensor |
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