JPH02103432A - Manufacture of oscillation type transducer - Google Patents
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- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明は、シェルを有しシリコン単結晶の基板状に設け
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。[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to a method for manufacturing a vibrating transducer having a shell, a vibrating beam made of a silicon single crystal material, and provided on a silicon single crystal substrate. be.
更に詳述すれば、本発明は、転位が少なく、初期張力が
大で感度が高い等の機械的、電気的特性が良好な振動形
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 that has good mechanical and electrical properties such as few dislocations, large initial tension, and high sensitivity.
〈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 an explanatory diagram of the configuration of a conventional example commonly used in the past, showing an example of use in a pressure sensor.
The XX sectional view in the figure and FIG. 6 are partially omitted plan views.
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 shown, 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をエツチン
グして構成される。Reference numeral 2 denotes a pressure receiving diaphragm constructed using a part of the semiconductor substrate 1, for example, by etching the semiconductor substrate 1.
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ある。3 and 4 are minute vibrating beams formed on the pressure receiving diaphragm 2 and fixed at both ends.
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。The vibrating beam 3 is located approximately at the center of the pressure receiving diaphragm 2, and the vibrating beam 4 is located at the periphery 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 beam 3.4 is formed by, for example, under-etching the peripheral portion of the semiconductor substrate 1 corresponding to the vibrating beam.
5はシェルで、受圧ダイアフラム2上に形成された振動
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。Reference numeral 5 denotes a shell that covers the periphery of the vibrating beam 3 formed on the pressure receiving diaphragm 2 and maintains the interior 25 (around the vibrating beam 3) in a vacuum state.
シェル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。シェル5は振動梁4にも設けられているが、ここで
は省略する。The shell 5 is made of silicon in this case and is attached to the pressure-receiving diaphragm 2 by, for example, anodic bonding. Although the shell 5 is also provided on the vibrating beam 4, it is omitted here.
なお、シェル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。Note that the shell 5 is omitted in FIG. 4 for 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。この図において、21a
、21bは21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。FIG. 7 is an enlarged sectional view showing the vicinity of the vibrating beam in FIG. 5. Here, an example is shown in which an n-type silicon substrate is used as the pressure receiving diaphragm 2. In this figure, 21a
, 21b is the 21st layer, and 21a and 21b are the notches 20.
electrically isolated by
22はn形エピタキシアル層、23はP重層、24はS
i 02層である。エピタキシアル層22の一部は、
例えば、アンダーエツ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上を跨がる両
端固定のP層と5102層とによって構成されている。22 is an n-type epitaxial layer, 23 is a P multilayer, 24 is an S
i02 layer. A part of the epitaxial layer 22 is
For example, a gap 25 is formed by under-etching, and the vibrating beam 3 (4) is composed of a P layer and a 5102 layer that are fixed at both ends and span the gap 25.
第7図において振動梁3(4)を構成する2層23と、
隙間部25を介して対向する2層21a。In FIG. 7, two layers 23 forming the vibrating beam 3 (4),
Two layers 21a facing each other with a gap 25 in between.
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重層21aとP”M23との間に働く
静電力を利用して励振させ、また、P重層21bとP重
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。21b constitutes a capacitance electrode, in which the vibrating piece 3 (4) is excited using the electrostatic force acting between the P layer 21a and the P"M23, and the P layer 21b and Due to the capacitance change between the P layer 23 and the vibrating beam 3 (4)
It is designed to detect vibrations.
O20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重層2
1b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重層21aが接続され
、P重層21aとP+十層3間に出力信号を与える。こ
れによって、発振回路O8Cと振動梁3(4)とは振動
梁の固有振動数で発振する自動発振回路を構成する。O20 is an oscillation circuit, and this circuit is configured externally or using the semiconductor substrate 1, and the input terminal is connected to the P layer 2.
1b is connected, and a signal related to the vibration of the vibrating beam 3 (4) is applied. Further, the output end is connected to the P layer 21a, and provides an output signal between the P layer 21a and the P+ layer 3. As a result, the oscillation circuit O8C and the vibrating beam 3 (4) constitute an automatic 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
ッラム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ft 、f2は、圧力Pに対して差
動的に変化する事となり、例えば、f、−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 in this way, if pressure is applied to the pressure receiving diaphragm 2 from the inside as shown by the arrow P in FIG. A tensile force is applied to the vibrating beam 3 formed on the diaphragm 2, and a compressive force is applied to the vibrating beam 4 formed at the peripheral edge of the diaphragm 2. As a result, the natural frequencies ft and f2 of each vibrating beam 3 and 4 change differentially with respect to the pressure P. For example, the pressure P can be measured by calculating the difference between f and -f2. be able to.
しかして、シェル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 3.4 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にシェル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。また、接合強度等問題となり、小
形化にも限度を有する。However, in such a device, since the shell 5 must be attached to the pressure-receiving diaphragm 2, a bonding technique such as an anodic bonding method is required, and there is a risk that the vibration beam will be adversely affected during bonding. Further, problems such as bonding strength arise, 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
62年6月26日出願の特願昭62−159073 r
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 these problems, the applicant of the present application has filed Japanese Patent Application No. 159073/1982 filed on June 26, 1988.
The title of the invention is ``Method for manufacturing a vibrating transducer''.
以下、この出願について、第8図により説明する。This application will be explained below with reference to FIG.
図において、第4図から第7図までと同一記号は同一機
能を示す。In the figures, the same symbols as 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。Hereinafter, only the differences from FIGS. 4 to 7 will be explained.
(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。119101
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 Figure 8(A), n-type silicon (10
0) A film 101 of silicon oxide or silicon nitride is formed on the substrate 1 which has been cut into a plane. 119101
Required portions of 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、塩酸でエツチングを行い、基板1に
所要箇所102をエツチングして膜101をアンダーカ
ットして凹部103を形成する。(2) As shown in Figure 8 (B), hydrogen (
H2) Etching is performed with hydrochloric acid in an atmosphere to etch required portions 102 on the substrate 1 to undercut the film 101 and form recesses 103.
なお、塩酸の代りに、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
ツチングでもよい。Note that instead of hydrochloric acid, high-temperature steam or oxygen may be used, or anisotropic etching may be performed using an alkaline solution at a temperature of 40 DEG C. to 130 DEG C.
(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MCI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 Figure 8 (C), hydrogen (
H2) Selective epitaxial growth is performed in an atmosphere by mixing MCI gas into the source gas.
すなわち、
■ボロンの濃度10”cm″2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1
04を選択エピタキシャル成長させる。In other words, ■P-type silicon with a boron concentration of 10"cm"2,
First epitaxial layer 1 corresponding to the lower half of the gap 25
04 is selectively epitaxially grown.
■ボロンの濃度10”cm″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10
2を塞ぐように、振動梁3,4に相当する第2エピタキ
シヤルftl 105を選択エピタキシャル成長させる
。■ P-type silicon with a boron concentration of 10"cm"3,
At a required location 10 on the surface of the first epitaxial layer 104
A second epitaxial layer 105 corresponding to the vibrating beams 3 and 4 is selectively grown epitaxially so as to cover the vibrating beams 3 and 4.
■ボロンの濃度10”cm’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。(2) A third epitaxial layer 106 corresponding to the upper half of the gap 25 is selectively epitaxially grown on the surface of the second epitaxial layer 105 using P-type silicon with a boron concentration of 10 cm'.
■リンの濃度1017cm−2のn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。■By using n-type silicon with a phosphorus concentration of 1017 cm-2,
A fourth epitaxial layer 107 corresponding to the shell 5 is selectively epitaxially grown on the surface of the third epitaxial layer 106 .
(4)第8図CD)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119101をフッ化水素酸
(HF)でエツチングして除去し、エツチング液の注入
口108を設ける。(4) As shown in FIG. 8CD), silicon oxide or silicon nitride 119101 is removed by etching with hydrofluoric acid (HF), and an etching solution injection port 108 is provided.
(5)第8図(E)に示すごとく、第2エピタキシャル
M105に対して、基板1と第4エピタキシャル層10
7に正のパルスを印加して、エツチング液の注入口10
8よりアルカリ液を注入して、第1エピタキシャル層1
04と第3エピタキシャル層106を、選択エツチング
して除去する。(5) As shown in FIG. 8(E), the substrate 1 and the fourth epitaxial layer 10 are
7, a positive pulse is applied to the etching solution inlet 10.
8, the alkaline solution is injected into the first epitaxial layer 1.
04 and the third epitaxial layer 106 are selectively etched and removed.
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1゜6との間にエツ
チング作用の差があるのは、ボロンの濃度が3X101
gcm−”以上となるとエツチング作用に抑制現象が生
ずることによる。Second epitaxial layer 105 and first epitaxial layer 1
The reason for the difference in etching effect between the etching effect and the third epitaxial layer 1°6 is that the boron concentration is 3×101.
This is because when the value exceeds "gcm-", the etching action is suppressed.
このことは、例えば、[トランスデュサーズー87」日
本電気学会発行の123ベージ Fig8に示されてい
る。This is shown, for example, in Fig. 8 of [Transducer Zoo 87] published by the Institute of Electrical Engineers of Japan, page 123.
(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。(6) Perform thermal oxidation treatment to form a silicon oxide film 109 on each surface.
give rise to
なお、寸法精度がより緩かな場合には、この工程は必要
としない。Note that this step is not necessary if the dimensional accuracy is less strict.
(7)第8図(F)に示すごとく、プラズマエツチング
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、(7)
の熱酸化処理を行なわない場合には、この工程も必要と
しない。(7) As shown in FIG. 8(F), the silicon oxide film 109 on the outer surfaces of the substrate 1 and the fourth epitaxial layer 107 is removed by plasma etching. Furthermore, (7)
This step is also not necessary if the thermal oxidation treatment is not performed.
(8)第8図(G)4:示す如く、1050”C(7)
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、エツチング液
の注入口108をとじる。(8) Figure 8 (G) 4: As shown, 1050”C (7)
Epitaxial growth of n-type silicon is performed in hydrogen (H2) to form an epitaxial growth layer 111 on the outer surfaces of the substrate 1 and the fourth epitaxial layer 107, and the injection port 108 for the etching solution is closed.
なお、この工程は、 ■熱酸化によりエツチング液の注入口108をとじる。Note that this process is (2) Close the etching solution injection port 108 by thermal oxidation.
■ポリシリコンをCVD法またはスパッタ法によりエツ
チング液の注入口108の箇所に着膜させて、エツチン
グ液の注入口108をとじる。(2) A film of polysilicon is deposited on the etching solution injection port 108 by CVD or sputtering, and the etching solution injection port 108 is closed.
■真空蒸着法によるシリコンエピタキシャル法によりエ
ツチング液の注入口108を埋める。(2) Filling the etching solution injection port 108 by silicon epitaxial method using vacuum evaporation method.
■絶縁物、例えば、ガラス(Si02)、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
法によりエツチング液の注入口108を埋めるようにし
てもよい。(2) The etching solution injection port 108 may be filled with an insulator such as glass (Si02), nitride, alumina, etc. by CVD, sputtering, or vapor deposition.
この結果、
(1)基板1と振動梁3,4とシェル5とが一体形で形
成されるので、基板1とシェル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 bond the substrate 1 and the shell 5, and the problem of instability due to bonding 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 vibration beam 3.4 can be insulated from the external fluid and can be easily miniaturized.
(3)振動梁3,4やシェル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 vibration beams 3, 4 and shell 5 are as follows:
This can be done easily and accurately using semiconductor process technology. Therefore, a highly accurate vibrating 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、第2エピタキ
シャル層105のエピタキシャル成長時において、酸化
シリコン等からなる膜101のエツジ部分を結晶が成長
して通過するときに転位が発生しゃすい。<Problems to be Solved by the Invention> However, in such an apparatus, during the epitaxial growth of the second epitaxial layer 105, dislocations occur when the crystal grows and passes through the edge portion of the film 101 made of silicon oxide or the like. It happens.
この結果、 ■不純物濃度差による張力が緩和する。As a result, ■The tension caused by the difference in impurity concentration is relaxed.
■結晶性が悪くなるので、リーク電流が多くなる。■Crystallinity deteriorates, so leakage current increases.
■結晶性が悪いので、破断応力が低い。■Poor crystallinity, so the breaking stress is low.
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、転位が少なく、初期張力が大で感度が
高い等の機械的、電気的特性が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。An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a vibrating transducer that has good mechanical and electrical properties such as fewer dislocations, a large initial tension, and high sensitivity.
く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、n形シリコン単
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
材よりなるシェ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ツチングにより取去り、前記基板に
前記振動梁が形成される位置の部分にエツチングされに
くい高濃度のP形シリコンからなる第1拡散層を熱拡散
により形成し、前記膜の所用箇所の周囲の該膜をエツチ
ングにより取去り、
前記室のシェル側部分および前記シェルが形成される位
置の部分にn形シリコンよりなるエピタキシャル層を形
成し、
第1拡散層の熱拡散により前記基板の前記室の基板側部
分が形成される位置の部分にエツチングされやすい高濃
度のP形シリコンの第2拡散層を前記第1エピタキシャ
ル層の前記室のシェル側部分が形成される位置の部分に
エツチングされやすい高濃度のP形シリコンの第3拡散
層を形成し前記膜をエツチングにより除去しエツチング
注入口を形成し、
該注入口よりエツチング流体を注入し前記第20第3拡
散層を選択エツチングにより除去し、前記エピタキシャ
ル層を覆うとともに前記注入口を塞ぐようにして選択エ
ピタキシャル成長により前記シェルを形成したことを特
徴とする振動形トランスデュサの製造方法を採用したも
のである。Means for Solving the Problems> In order to achieve this object, the present invention provides a silicon single crystal material that is provided on an n-type silicon single crystal substrate, excited by an excitation means, and whose vibrations are detected by an excitation detection means. In the method of manufacturing a vibrating transducer, a shell made of a silicon material is formed so as to surround the vibrating beam and form a chamber with the substrate, and maintain a gap around the vibrating beam. A film of silicon oxide or nitride is formed on a silicon single crystal substrate, a desired portion of the film is removed by etching, and a high concentration film that is difficult to be etched is applied to the portion of the substrate where the vibration beam is to be formed. A first diffusion layer made of P-type silicon is formed by thermal diffusion, the film around the required portion of the film is removed by etching, and an a second diffusion layer of highly concentrated P-type silicon that is easily etched on a portion of the substrate at a position where the substrate-side portion of the chamber is formed by thermal diffusion of the first diffusion layer; A third diffusion layer of highly concentrated P-type silicon, which is easily etched, is formed in a portion of the first epitaxial layer at a position where the shell side portion of the chamber is formed, and the film is removed by etching to form an etching injection hole. , characterized in that an etching fluid is injected through the injection port to remove the twentieth third diffusion layer by selective etching, and the shell is formed by selective epitaxial growth so as to cover the epitaxial layer and close the injection port. This method employs a method of manufacturing a vibrating transducer.
く作用〉
以上の方法において、基板に振動梁と隙間対応部分とシ
ェル相当部分とを基板と一体となるように形成した後、
隙間対応部分をエツチングで除去することによって、基
板と振動梁とシェル一体形の振動形トランスデュサを得
ることができる。In the above method, after forming the vibrating beam, the gap corresponding part, and the shell corresponding part on the board so as to be integrated with the board,
By removing the portion corresponding to the gap by etching, it is possible to obtain a vibrating transducer in which the substrate, vibrating beam, and shell are integrated.
また、基板に振動梁が形成される位置の部分に3 X
10 ’ ” / c m 2程度以上のP形シリコン
からなる第1拡散層を熱拡散により形成したので、第1
拡散層に転位を生ずる恐れがない。In addition, a 3X
Since the first diffusion layer made of P-type silicon with a thickness of about 10'''/cm2 or more was formed by thermal diffusion, the first diffusion layer
There is no fear of dislocations occurring in the diffusion layer.
以下、実施例に基づき詳細に説明する。Hereinafter, a detailed explanation 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説明図である
。<Embodiment> FIG. 1 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the main part 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, structures with the same symbols as 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。Hereinafter, only the differences from FIGS. 4 to 7 will be explained.
図において、
(1)第1図(A)に示すごとく、n型シリコン(80
)面の基板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。In the figure: (1) As shown in Figure 1 (A), n-type silicon (80
) A silicon oxide or silicon nitride film 201 is formed on the substrate 1 . Required location 202 of membrane 201
is removed by photolithography.
(2)第1図(B)に示すごとく、基板1に振動梁3,
4が形成される位置の部分に3x8”/c m 3程度
以上のP形シリコンからなる第2拡散層203を熱拡散
により形成する。(2) As shown in FIG. 1(B), the vibration beam 3 is attached to the substrate 1,
A second diffusion layer 203 made of P-type silicon and having a thickness of about 3×8″/cm 3 or more is formed at the position where the wafer 4 is formed by thermal diffusion.
(3)第1図(C)に示すごとく、箇所202の周囲の
膜201を除去して広げる。(3) As shown in FIG. 1(C), the film 201 around the location 202 is removed and expanded.
(4)第1図(D)に示すごとく、850℃の水素(H
2)雰囲気中でソースガスに塩化水素(HCl)ガスを
混入して、リンの濃度8I7cm−2のn形シリコンに
より、隙間部25の上半分とシェル5に相当するエピタ
キシャル層204を選択エピタキシャル成長させる。(4) As shown in Figure 1 (D), hydrogen (H
2) Hydrogen chloride (HCl) gas is mixed into the source gas in an atmosphere, and the epitaxial layer 204 corresponding to the upper half of the gap 25 and the shell 5 is selectively grown epitaxially using n-type silicon with a phosphorus concentration of 8I7cm-2. .
(5)第1図(E)に示すごとく、熱処理を行い第1拡
散層203の熱拡散により、基板1に第2拡散層205
、エピタキシャル層204に第3拡散N206を形成す
る。(5) As shown in FIG. 1(E), the second diffusion layer 205 is formed on the substrate 1 by heat treatment and thermal diffusion of the first diffusion layer 203.
, a third diffusion N206 is formed in the epitaxial layer 204.
(6)第1図(F)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)でエツチングして除去し、エツチング液の注入口2
07を設ける。(6) As shown in FIG. 1(F), a film 201 of silicon oxide or silicon nitride is coated with hydrofluoric acid (H
F) to remove the etching solution and fill it with the etching solution inlet 2.
07 will be provided.
(7)第1図<a>に示すごとく、第1拡散l付203
に対して基板lとエピタキシャル層204とに、正のパ
ルスを印加して、エツチング液の注入口207よりアル
カリ液を注入して、第2拡散層205と第3拡散層20
6を選択エツチングして除去する。(7) As shown in Fig. 1<a>, the first diffusion l attachment 203
A positive pulse is applied to the substrate l and the epitaxial layer 204, and an alkaline solution is injected from the etching solution injection port 207 to form the second diffusion layer 205 and the third diffusion layer 20.
6 is selectively etched and removed.
第1拡散層203と第2拡散層205あるいは第3拡散
屑206との間にエツチング作用の差があるのは、ボロ
ンの濃度が3X8”am’以上となるとエツチング作用
に抑制現象が生ずることによる。The reason why there is a difference in etching effect between the first diffusion layer 203 and the second diffusion layer 205 or the third diffusion waste 206 is due to the phenomenon that the etching effect is suppressed when the boron concentration exceeds 3X8"am'. .
(8)第1図(H)に示すごとく、熱酸化処理を行い各
表面に酸化シリコン膜208を生ぜしめる。(8) As shown in FIG. 1(H), thermal oxidation treatment is performed to form a silicon oxide film 208 on each surface.
なお、寸法精度がより緩かな場合には、この工程は必要
としない。Note that this step is not necessary if the dimensional accuracy is less strict.
プラズマエツチング処理により、基板1とエピタキシャ
ル層204の外表面の、酸化シリコン膜208を除去す
る。The silicon oxide film 208 on the outer surfaces of the substrate 1 and the epitaxial layer 204 is removed by plasma etching.
なお、(8)の熱酸化処理を行なわない場合には、この
工程も必要としない。Note that if the thermal oxidation treatment (8) is not performed, this step is also not necessary.
(9)第1図(1)に示すごとく、850℃の水素(H
2)中でn形シリコンのエピタキシャル成長を行い、基
板1とエピタキシャル層204の外表面に、エピタキシ
ャル成長層209を形成し、エツチング液の注入口20
7をとじる。(9) As shown in Figure 1 (1), hydrogen (H
2) Epitaxial growth of n-type silicon is performed in the etching chamber, an epitaxial growth layer 209 is formed on the outer surface of the substrate 1 and the epitaxial layer 204, and an etching solution injection port 20 is formed.
Close 7.
なお、振動梁3.4とシェル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 十Zs )Zs
、シェル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
きいなめ、実用上問題にならない。In addition, since the vibration beam 3.4 and the shell 5 cannot be insulated, the vibration detection signal e is as shown in FIG.
, internal impedance eo of the shell 5: electromotive force Zv of the vibrating beams 3 and 4; becomes the internal impedance of the vibrating beams 3.4 and decreases, but the Q (sharpness of resonance) of the vibrating beams 3 and 4 is sufficiently large. No problem in practical use.
以上の方法において、基板1に振動梁3,4と隙間25
対応部分とシェル5相当部分とを基板1と一体となるよ
うに形成した後、隙間25対応部分をエツチングで除去
することによって、基板1と振動梁3.4とシェル5一
体形の振動形トランスデュサを得ることができる。In the above method, the vibration beams 3, 4 and the gap 25 are attached to the substrate 1.
After forming the corresponding portion and the portion corresponding to the shell 5 integrally with the substrate 1, the portion corresponding to the gap 25 is removed by etching, thereby creating a vibrating transducer in which the substrate 1, the vibrating beam 3.4, and the shell 5 are integrated. can be obtained.
また、基板1に振動梁3,4が形成される位置の部分に
3X8”/cm’程度以上のP形シリコンからなる第1
拡散層203を熱拡散により形成したので、第1拡散層
203に生ずる転位が少ない。In addition, a first silicon plate made of P-type silicon with a size of about 3×8”/cm or more is placed at the position where the vibration beams 3 and 4 are formed on the substrate 1.
Since the diffusion layer 203 is formed by thermal diffusion, fewer dislocations occur in the first diffusion layer 203.
この結果、
■不純物濃度差による振動梁3,4の残留歪み(張力)
を大きく保てる。As a result, ■Residual strain (tension) in the vibrating beams 3 and 4 due to the difference in impurity concentration
can be kept large.
■結晶性が良くなるので、振動梁3,4のリーク電流が
少なくなる。(2) Since the crystallinity is improved, the leakage current of the vibrating beams 3 and 4 is reduced.
■結晶性が良いので、振動梁3,4の破断応力が高い。■Since the crystallinity is good, the breaking stress of the vibrating beams 3 and 4 is high.
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 diagram of the main part configuration of an example of the use of a vibrating beam manufactured by the apparatus of the present invention.
し1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 1, 3 is a vibrating beam. The vibrating beam 3 has two first vibrators 31 that are fixed to the diaphragm 2 at both ends and are arranged parallel to each other, and a second vibrator 32 that mechanically couples the antinode portions of the vibrations of the first vibrators 31 to each other. Equipped 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カドラン
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。Reference numeral 40 applies a DC magnetic field orthogonal to the vibrating beam 3 using the magnet 13, causes an AC current to flow through the both ends of one first vibrator 31 through an input transformer 41, and causes the vibrating beam 3 to move in a direction perpendicular to the magnetic field and current by magnetic induction. It is an excitation means for exciting.
入カドランス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 input cadence 41 has its secondary side connected to both ends of one first vibrator 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。Reference numeral 50 denotes vibration detection means for detecting the electromotive force generated at both ends of the other first vibrator 31.
この場合は、出カドランス51、増幅器52が用いられ
ている。In this case, an output transformer 51 and an amplifier 52 are used.
出カドランス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、分岐して入カドランス41
の一次側に接続され、全体として、正帰還自動発振回路
を構成する。The primary side of the output transformer 51 is connected to both ends of the other first vibrator 31, and the secondary side is connected to the output terminal 53 via the amplifier 52, and is branched to the input transformer 41.
The positive feedback automatic oscillation circuit is connected to the primary side of the oscillator as a whole.
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 detection means 50 and taken out as an output signal.
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、例えば、温度
センサ、加速度センサに適用しても良いことは勿論であ
る。In addition, in the above-mentioned embodiment, an example in which the present invention is applied to a pressure sensor has been described, but the present invention is not limited to this, and it goes without saying that the present invention may be applied to, for example, a temperature sensor or an acceleration sensor.
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出
来る。Furthermore, the above-mentioned manufacturing method can be applied not only to the vibrating beam 3.4 which is fixed at both ends, but also to a cantilever beam or a plurality of fixed beams.
〈発明の効果〉
以上説明したように、本発明は、n形シリコン単結晶の
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
なるシェ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ツチングにより取去り、前記基板に
前記振動梁が形成される位置の部分にエツチングされに
くい高濃度のP形シリコンからなる第1拡散層を熱拡散
により形成し、前記膜の所用箇所の周囲の該膜をエツチ
ングにより取去り、
前記室のシェル側部分および前記シェルが形成される位
置の部分にn形シリコンよりなるエピタキシャル層を形
成し、
第1拡散層の熱拡散により前記基板の前記室の基板側部
分が形成される位置の部分にエツチングされやすい高濃
度のP形シリコンの第2拡散層を前記第1エピタキシャ
ル層の前記室のシェル側部分が形成される位置の部分に
エツチングされやすい高濃度のP形シリコンの第3拡散
層を形成し前記膜をエツチングにより除去しエツチング
注入口を形成し、
該注入口よりエツチング流体を注入し前記第20第3拡
散層を選択エツチングにより除去し、前記エピタキシャ
ル層を覆うとともに前記注入口を塞ぐようにして選択エ
ピタキシャル成長により前記シェルを形成したことを特
徴とする振動形トランスデュサの製造方法を採用した。<Effects of the Invention> As explained above, the present invention provides a vibrating beam made of a silicon single crystal material provided on an n-type silicon single crystal substrate, excited by an excitation means, and detected by an excitation detection means. and forming a shell made of a silicon material surrounding the vibrating beam to form a chamber with the substrate and maintaining a gap around the vibrating beam, the method comprising: A film of silicon oxide or nitride is formed on the silicon oxide or nitride film, and required portions of the film are removed by etching, and a film made of high-concentration P-type silicon that is difficult to be etched is deposited on the part of the substrate where the vibrating beam is to be formed. 1. A diffusion layer is formed by thermal diffusion, and the film around the required portion of the film is removed by etching, and an epitaxial layer made of n-type silicon is formed on the shell side portion of the chamber and the portion where the shell is to be formed. A second diffusion layer of high concentration P-type silicon, which is easily etched in a portion of the substrate at a position where the substrate side portion of the chamber is formed by thermal diffusion of the first diffusion layer, is formed in the first epitaxial layer. A third diffusion layer of highly concentrated P-type silicon that is easily etched is formed in a portion where the shell side portion of the chamber is to be formed, and the film is removed by etching to form an etching injection port, and etching is performed from the injection port. Manufacturing a vibrating transducer characterized in that a fluid is injected, the 20th third diffusion layer is removed by selective etching, and the shell is formed by selective epitaxial growth so as to cover the epitaxial layer and close the injection port. method was adopted.
この結果、
■不純物濃度差による振動梁の残留歪み(張力)を大き
く保てる。As a result, ① The residual strain (tension) in the vibrating beam due to the difference in impurity concentration can be kept large.
■結晶性が良くなるので、振動梁のリーク電流が少なく
なる。- Improved crystallinity reduces leakage current in the vibrating beam.
■結晶性が良いので、振動梁の破断応力が高い。■Since the crystallinity is good, the breaking stress of the vibrating beam is high.
従って、本発明によれば、転位が少なく、初期張力が大
で感度が高い等の機械的、電気的特性が良好な振動形ト
ランスデュサの製造方法を実現することが出来る。Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a method for manufacturing a vibrating transducer that has good mechanical and electrical characteristics such as fewer dislocations, a large initial tension, and high sensitivity.
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62−159073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、21
a、21b、23・・・21層、22・・・n形エピタ
キシャル層、24・・・5102.25・・・隙間部、
31・・・第一振動子、32・・・第二振動子、40・
・・励振手段、41・・・入カドランス、42・・・入
力端子、50・・・振動検出手段、51・・・出カドラ
ンス、52・・・増幅器、53・・・出力端子、201
・・・膜、202・・・箇所、203・・・第1拡散層
、204・・・エピタキシャル層、205・・・第2拡
散層、206・・・第3拡散層、207・・・エツチン
グ液の注入口、208・・・酸化シリコン膜、209・
・・エピタキシャル層。
第
図
第1図
第
図
0SC
第
図
第
牛
図
エタイテ
18抜
第
図
2フラムFig. 1 is a process explanatory diagram of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram of operation, Fig. 3 is an explanatory diagram of use, and Figs. 4 to 7 are configurations of conventional examples commonly used. The explanatory diagram, FIG. 8, is an explanatory diagram of the manufacturing process of Japanese Patent Application No. 159073/1982 entitled "Title of the invention: Method for manufacturing a vibrating transducer". DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Substrate, 13... Magnet, 2... Pressure receiving diaphragm, 3.4... Vibration beam, 20... Notch part, 21
a, 21b, 23...21 layer, 22...n type epitaxial layer, 24...5102.25... gap part,
31... first vibrator, 32... second vibrator, 40...
. . . Excitation means, 41 .
...Membrane, 202...Location, 203...First diffusion layer, 204...Epitaxial layer, 205...Second diffusion layer, 206...Third diffusion layer, 207...Etching Liquid injection port, 208... silicon oxide film, 209.
...Epitaxial layer. Figure 1 Figure 0SC Figure 1 Cow Figure Etaite 18 Extraction Figure 2 Flam
Claims (1)
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ェ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り、前記基板に
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1拡散層を熱拡散
により形成し、 前記膜の所用箇所の周囲の該膜をエッチングにより取去
り、 前記室のシェル側部分および前記シェルが形成される位
置の部分にn形シリコンよりなるエピタキシャル層を形
成し、 第1拡散層の熱拡散により前記基板の前記室の基板側部
分が形成される位置の部分にエッチングされやすい高濃
度のP形シリコンの第2拡散層を前記第1エピタキシャ
ル層の前記室のシェル側部分が形成される位置の部分に
エッチングされやすい高濃度のP形シリコンの第3拡散
層を形成し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20第3拡
散層を選択エッチングにより除去し、前記エピタキシャ
ル層を覆うとともに前記、注入口を塞ぐようにして選択
エピタキシャル成長により前記シェルを形成したことを
特徴とする振動形トランスデュサの製造方法。[Claims] A vibrating beam made of a silicon single crystal material is provided on an n-type silicon single crystal substrate, is excited by an excitation means, and vibration is detected by an excitation detection means, and the substrate is surrounded by the vibrating beam. A method for manufacturing a vibrating transducer in which a shell made of a silicon material is formed to form a chamber and a gap is maintained around the vibrating beam, the method comprising: forming a silicon oxide or nitride film on the silicon single crystal substrate; A first diffusion layer made of highly-concentrated P-type silicon that is difficult to be etched is formed on the substrate at a position where the vibration beam is to be formed by thermal diffusion. , removing the film around the required part of the film by etching, forming an epitaxial layer made of n-type silicon on the shell side part of the chamber and the part where the shell is to be formed, and A second diffusion layer of high-concentration P-type silicon, which is easily etched by thermal diffusion at a portion of the substrate at a position where the substrate side portion of the chamber is formed, is formed on the shell side portion of the chamber of the first epitaxial layer. forming a third diffusion layer of highly concentrated P-type silicon that is likely to be etched, removing the film by etching to form an etching injection port, and injecting an etching fluid through the injection port to A method for manufacturing a vibrating transducer, characterized in that the diffusion layer is removed by selective etching, and the shell is formed by selective epitaxial growth so as to cover the epitaxial layer and close the injection port.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25684188A JPH0769236B2 (en) | 1988-10-12 | 1988-10-12 | Vibratory Transducer Manufacturing Method |
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JP25684188A JPH0769236B2 (en) | 1988-10-12 | 1988-10-12 | Vibratory Transducer Manufacturing Method |
Publications (2)
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JPH02103432A true JPH02103432A (en) | 1990-04-16 |
JPH0769236B2 JPH0769236B2 (en) | 1995-07-26 |
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ID=17298160
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JP25684188A Expired - Lifetime JPH0769236B2 (en) | 1988-10-12 | 1988-10-12 | Vibratory Transducer Manufacturing Method |
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Country | Link |
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-
1988
- 1988-10-12 JP JP25684188A patent/JPH0769236B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH0769236B2 (en) | 1995-07-26 |
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