JPH0778460B2 - Vibration type differential pressure sensor - Google Patents
Vibration type differential pressure sensorInfo
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- JPH0778460B2 JPH0778460B2 JP28627687A JP28627687A JPH0778460B2 JP H0778460 B2 JPH0778460 B2 JP H0778460B2 JP 28627687 A JP28627687 A JP 28627687A JP 28627687 A JP28627687 A JP 28627687A JP H0778460 B2 JPH0778460 B2 JP H0778460B2
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
- G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
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Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、半導体の振動梁の差圧に対応した歪みを周波
数信号として検出する振動形差圧センサに係り、特に静
圧特性を改善した振動形差圧センサに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vibration type differential pressure sensor that detects a strain corresponding to a differential pressure of a semiconductor vibrating beam as a frequency signal, and particularly, has improved static pressure characteristics. The present invention relates to a vibration type differential pressure sensor.
〈従来の技術〉 シリコンの受圧ダイアフラムの上に形成されて両端が固
定され励振手段で励振された振動梁の共振周波数の変化
から圧力或いは差圧を検出する形式のこの発明の改良の
ベースとなる公知の振動形圧力センサは、例えば特願昭
59−42632号「圧力センサ」に開示されている。この提
案では圧力センサとして説明してあるが差圧センサとし
ても用いることができるので、以下の説明では差圧セン
サとして説明する。<Prior Art> This is the basis of the improvement of the present invention of the type in which pressure or differential pressure is detected from the change in the resonance frequency of the vibrating beam which is formed on the silicon pressure-receiving diaphragm and whose both ends are fixed and which is excited by the excitation means. A known vibration type pressure sensor is disclosed in, for example, Japanese Patent Application No.
No. 59-42632 "Pressure Sensor". Although this proposal has been described as a pressure sensor, it can also be used as a differential pressure sensor, and will be described as a differential pressure sensor in the following description.
この振動形差圧センサについて、第6図と第7図を用い
てその概要を説明する。The outline of this vibration type differential pressure sensor will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
第6図はこの従来の振動形差圧センサのカバーをとった
構成を示す斜視図、第7図は第6図におけるX−X断面
におけるカバーをつけた断面図である。FIG. 6 is a perspective view showing a structure of the conventional vibration type differential pressure sensor with a cover, and FIG. 7 is a sectional view with a cover taken along line XX in FIG.
これ等の図において、1は円筒状のシリコン基板であ
り、2はこのシリコン基板1の中央を掘って薄肉部を形
成して上面から圧力SPを下面から圧力(SP+ΔP)を受
ける受圧部とした受圧ダイアフラムであり、例えばシリ
コン基板1をエッチングして作られる。ここで、ΔPは
測定しようとする差圧である。In these figures, 1 is a cylindrical silicon substrate, and 2 is a pressure receiving member that receives a pressure S P from the upper surface and a pressure (S P + ΔP) from the lower surface by digging the center of the silicon substrate 1 to form a thin portion. It is a pressure receiving diaphragm which is formed by etching the silicon substrate 1, for example. Here, ΔP is the differential pressure to be measured.
3は受圧ダイアフラム2の上に形成され、両端がシリコ
ン基板1に固定された振動梁であり、振動梁3は受圧ダ
イアフラム2のほぼ中央部に設けられている。Reference numeral 3 denotes a vibrating beam which is formed on the pressure receiving diaphragm 2 and whose both ends are fixed to the silicon substrate 1, and the vibrating beam 3 is provided substantially at the center of the pressure receiving diaphragm 2.
この振動梁3は、具体的には例えばn形シリコン基板1
の上に第1のP+形エピタキシャル層を形成し、その中央
部を切込んで電気的に左右を分離し、この上にn形エピ
タキシャル層を形成した後、さらにP+形エピタキシャル
層を形成してこの上を酸化膜SiO2で保護する。そして振
動梁3の下部の空洞部5はこのn形エピタキシャル層を
アンダーエッチングで形成する。This vibrating beam 3 is specifically, for example, an n-type silicon substrate 1
First P + -type epitaxial layer is formed on top of it, the center part is cut to electrically separate left and right, and an n-type epitaxial layer is formed on this, and then a P + -type epitaxial layer is formed Then, this is protected by an oxide film S i O 2 . Then, the cavity 5 below the vibrating beam 3 is formed by under-etching this n-type epitaxial layer.
このようにして形成された振動梁3は、例えば長さを
l、厚さをh、幅をdとすれば、l=100μm、h=1
μm、d=5μmの程度の大きさである。The vibrating beam 3 thus formed is, for example, l = 100 μm, h = 1, where l is length, h is thickness, and d is width.
The size is about μm and d = 5 μm.
受圧ダイアフラム2の上に形成された振動梁3の周囲
は、例えばシリコンのカバー6を受圧ダイアフラム2に
陽極接合などで接合して覆い、この内部空間7を真空状
態に保持する。The periphery of the vibrating beam 3 formed on the pressure receiving diaphragm 2 is covered with, for example, a silicon cover 6 bonded to the pressure receiving diaphragm 2 by anodic bonding or the like to keep the internal space 7 in a vacuum state.
この振動梁3、カバー6、空洞部5、内部空間7などで
振動形差圧センサの検出部Dを形成している。The vibrating beam 3, the cover 6, the cavity 5, the internal space 7 and the like form a detection portion D of the vibration type differential pressure sensor.
以上の構成において、第2のP+形エピタキシャル層であ
る振動梁3に対し第1の左右のP+形エピタキシャル層の
間に発振回路を接続して発振を起こさせると、振動梁3
はその固有振動数で自励発振を起こす。In the above configuration, when the oscillation circuit is connected to the vibrating beam 3 which is the second P + -type epitaxial layer between the first left and right P + -type epitaxial layers to cause oscillation,
Causes self-excited oscillation at its natural frequency.
この場合、カバー6の内部空間7が真空状態にされ振動
梁3が真空の中に保持されるので、共振の鋭さを示すQ
値が大きくなり、共振周波数の検出が容易となる。In this case, since the internal space 7 of the cover 6 is placed in a vacuum state and the vibrating beam 3 is held in a vacuum, Q that indicates the sharpness of resonance is obtained.
The value becomes large, and it becomes easy to detect the resonance frequency.
第7図に示すように圧力SPと圧力(SP+ΔP)の差圧Δ
Pが受圧ダイアフラム2に印加されると振動梁3は引張
応力を受ける。As shown in FIG. 7, the pressure difference Δ between the pressure S P and the pressure (S P + ΔP)
When P is applied to the pressure receiving diaphragm 2, the vibrating beam 3 receives a tensile stress.
この引張応力により振動梁3の固有振動数が変化して差
圧ΔPを知ることができる。Due to this tensile stress, the natural frequency of the vibrating beam 3 changes, and the differential pressure ΔP can be known.
しかしながら、この様な従来の振動形差圧センサでは、
薄肉の受圧ダイアフラム2の上に形成された振動梁3の
上部に別に作られたシリコンのカバー6を陽極接合など
で接合し、カバー6と受圧ダイアフラム2とで形成され
た内部の空間を真空に引かなければならないので、振動
形差圧センサの圧力特性或いは温度特性が悪くなり精度
低下の原因をなすという問題がある。However, in such a conventional vibration type differential pressure sensor,
A separately made silicon cover 6 is joined to the upper part of the vibrating beam 3 formed on the thin pressure receiving diaphragm 2 by anodic bonding or the like, and the internal space formed by the cover 6 and the pressure receiving diaphragm 2 is evacuated. Since it has to be pulled, there is a problem that the pressure characteristic or the temperature characteristic of the vibration type differential pressure sensor is deteriorated and the accuracy is lowered.
そこで、本出願人はこの問題を解決するために、昭和62
年7月2日に特願昭62−166175号「発明の名称:振動形
トランスデューサの製造方法」を提案している。以下、
この提案の概要について説明する。Therefore, in order to solve this problem, the present applicant
Japanese Patent Application No. 62-166175 "Title of Invention: Method for Manufacturing Vibration Transducer" is proposed on July 2, 2014. Less than,
The outline of this proposal will be described.
第8図はこの提案による振動形差圧センサの要部である
検出部の製造工程を示す工程図である。FIG. 8 is a process diagram showing a manufacturing process of a detection part which is a main part of the vibration type differential pressure sensor according to this proposal.
これは第7図における検出部Dに対応する振動梁の軸方
向の断面で示した検出部D′の工程を示している。This shows the process of the detection unit D'shown in the axial cross section of the vibrating beam corresponding to the detection unit D in FIG.
第8図(イ)は検出部D′を作るためのベースとなるn
形のシリコン基板8を示す。次に、このシリコン基板8
を熱酸化してその表面に酸化膜(SiO2)9を形成する
(第8図(ロ))。FIG. 8 (a) shows a base n for making the detection unit D '.
3 shows a silicon substrate 8 in the shape of. Next, this silicon substrate 8
Is thermally oxidized to form an oxide film (S i O 2 ) 9 on its surface (FIG. 8B).
さらに、第8図(ハ)の工程でこの酸化膜9の中央部を
紙面に垂直方向にフオトエッチングして、溝10を形成す
る。Further, in the step of FIG. 8C, the central portion of the oxide film 9 is photoetched in the direction perpendicular to the paper surface to form the groove 10.
第8図(ニ)の工程では、1050°Cの温度で水素ガスH2
に塩酸HClを混合した雰囲気でエッチングをすることに
よりシリコン基板8に溝10を介して溝11を形成する。In the process of FIG. 8D, hydrogen gas H 2 is heated at a temperature of 1050 ° C.
Etching is performed in an atmosphere in which hydrochloric acid HCl is mixed with the above to form a groove 11 through the groove 10 in the silicon substrate 8.
次に、第8図(ホ)に示すように、溝11の中に1050°C
の温度で水素ガスH2の雰囲気中で1018cm-3の濃度のホウ
素(P形)を選択エピタキシャルして第1エピ層12を形
成する。Next, as shown in FIG.
The first epi layer 12 is formed by selective epitaxial growth of boron (P-type) having a concentration of 10 18 cm -3 in an atmosphere of hydrogen gas H 2 at the temperature of.
この後、第8図(ヘ)に示すように、第1エピ層12の上
に1050°Cの温度で水素ガスH2の雰囲気中で1020cm-3の
濃度のホウ素(P形)を選択エピタキシャルして振動梁
13となる第2エピ層14を形成する。After that, as shown in FIG. 8F, boron (P-type) having a concentration of 10 20 cm −3 was formed on the first epilayer 12 at a temperature of 1050 ° C. in an atmosphere of hydrogen gas H 2. Selective epitaxial and vibrating beam
A second epi layer 14 to be 13 is formed.
振動梁13は差圧ΔPがゼロの状態でも初期張力を与えて
おかないと差圧ΔPの印加により座屈を起こして測定で
きない状態となる。また、シリコンの共有結合半径は1.
17Åであり、ホウ素のそれは0.88Åであるので、ホウ素
が部分的にシリコンの中に注入されるとその部分は引張
歪みを受ける そこで、この現象を利用して例えば第2エピ層14のホウ
素の濃度を調整することによりここに初期張力を与える
か、或いはn形のシリコン基板8の中のリン(共有結合
半径は1.10Å)濃度を調整してシリコン基板8と第2エ
ピ層14との相対歪みを考慮して初期張力を与えるように
する。If the initial tension is not applied to the vibrating beam 13 even if the differential pressure ΔP is zero, buckling occurs due to the application of the differential pressure ΔP, and the vibrating beam 13 cannot be measured. Also, the covalent bond radius of silicon is 1.
17 Å, and that of boron is 0.88 Å, so when boron is partially injected into silicon, that part undergoes tensile strain. Therefore, using this phenomenon, for example, boron of the second epilayer 14 An initial tension is applied here by adjusting the concentration, or the phosphorus (covalent bond radius is 1.10Å) concentration in the n-type silicon substrate 8 is adjusted so that the relative amount between the silicon substrate 8 and the second epi layer 14 is increased. Consider the strain so that the initial tension is applied.
次に、第8図(ト)に示すように、第2エピ層14の上に
1050°Cの温度で水素ガスH2の雰囲気中で、1018cm-3の
濃度のホウ素(P形)を選択エピタキシャルして第3エ
ピ層15を形成する。Next, as shown in FIG.
Boron (P-type) having a concentration of 10 18 cm −3 is selectively epitaxially grown in a hydrogen gas H 2 atmosphere at a temperature of 1050 ° C. to form a third epi layer 15.
更に、第8図(チ)に示すように、第3エピ層15の上に
1050°Cの温度で水素ガスH2の雰囲気中で、1017cm-3の
濃度のリン(n形)を選択エピタキシャルして第4エピ
層16を形成する。Further, as shown in FIG. 8 (H), on the third epi layer 15
Phosphorus (n-type) having a concentration of 10 17 cm −3 is selectively epitaxially grown in a hydrogen gas H 2 atmosphere at a temperature of 1050 ° C. to form a fourth epi layer 16.
第8図(リ)は、第8図(チ)に示す選択エピタキシャ
ルの工程の後にSiO2の酸化膜9を弗化水素HFでエッチン
グして除去(工程は図示せず)した状態において、第1
エピ層12と第3エピ層15を除去するエッチング工程を示
している。FIG. 8 ( i ) shows a state in which the oxide film 9 of SiO 2 is removed by etching with hydrogen fluoride HF after the selective epitaxial step shown in FIG. 8 (h) (step is not shown). , First
An etching process for removing the epi layer 12 and the third epi layer 15 is shown.
このエッチング工程では、図示していないが、アルカリ
の液中に全体が浸積されており、n形のシリコン基板8
と第4エピ層16がp形の第2エピ層14に対してプラスの
電位となるように直流パルス電源17からピーク値が5Vで
繰返し周期が0.04HZ程度の正のパルス電圧が印加されて
いる。この電圧印加によりn形のシリコン基板8と第4
エピ層16はその表面に不溶性膜が形成されて不働態化さ
れる結果そのエッチング速度が第1エピ層12と第3エピ
層15に対して大幅に遅くなるので、これを利用して第1
エピ層12と第3エピ層15を除去する。さらに、第2エピ
層14はドープされたホウ素の濃度が4×1019より大きい
ときにはエッチング速度がドープされないシリコンの場
合の通常の速度から大幅に遅れる現象を利用して、第2
エピ層14を残して全体として第8図(ヌ)に示すように
一部に開口部18をもち、さらにシリコン基板8と第2エ
ピ層14との間に間隙を持つように形成される。In this etching process, although not shown, the whole is immersed in an alkali solution, and the n-type silicon substrate 8 is
The fourth repetition period at the peak of the DC pulse power supply 17 to the epi layer 16 becomes the positive potential with respect to the second epitaxial layer 14 of p-type is 5V is a positive pulse voltage of about 0.04H Z is applied when ing. By applying this voltage, the n-type silicon substrate 8 and the fourth
Since the insoluble film is formed on the surface of the epi layer 16 and it is passivated, the etching rate thereof is significantly slower than that of the first epi layer 12 and the third epi layer 15.
The epi layer 12 and the third epi layer 15 are removed. Furthermore, the second epi layer 14 utilizes the phenomenon that when the concentration of doped boron is higher than 4 × 10 19 , the etching rate is significantly delayed from the normal rate in the case of undoped silicon.
As shown in FIG. 8 (n), the epi layer 14 is left as a whole, and an opening 18 is formed in a part of the epi layer 14, and a gap is formed between the silicon substrate 8 and the second epi layer 14.
第8図(ル)は、熱酸化の工程を示す。この工程では、
シリコン基板8、第2エピ層14、および第4エピ層16の
内外の全表面にそれぞれ酸化膜(SiO2)8a、14a、およ
び16aを形成させる。FIG. 8 (l) shows a process of thermal oxidation. In this process,
Oxide films (S i O 2 ) 8a, 14a, and 16a are formed on the entire inner and outer surfaces of the silicon substrate 8, the second epi layer 14, and the fourth epi layer 16, respectively.
第8図(オ)はプラズマエッチングの工程を示す。この
工程では、第8図(ル)の工程でシリコン基板8、第2
エピ層14、および第4エピ層16の内外の全表面にそれぞ
れ形成された酸化膜8a、14a、および16aのうち、シリコ
ン基板8と第4エピ層16の外面の部分に形成された酸化
膜をプラズマエッチングにより除去し、次の工程での選
択エピタキシャル成長の準備をする。FIG. 8 (e) shows the process of plasma etching. In this step, the silicon substrate 8 and the second
Of the oxide films 8a, 14a, and 16a formed on the entire inner and outer surfaces of the epi layer 14 and the fourth epi layer 16, respectively, the oxide film formed on the outer surface of the silicon substrate 8 and the fourth epi layer 16. Are removed by plasma etching to prepare for selective epitaxial growth in the next step.
第8図(ワ)の工程では、全体を1050°Cの温度で水素
H2の雰囲気中でシリコン基板8と第4エピ層16の外面の
部分にn形の選択エピタキシャル成長をさせる。この選
択エピタキシャル成長により、シリコン基板8と第4エ
ピ層16との間に形成された開口部18が埋められてシエル
20が形成され内部に棒状の第4エピ層で形成された振動
梁13をもつ振動形差圧センサの検出部が形成される。In the process shown in Fig. 8 (wa), hydrogen is stored at a temperature of 1050 ° C.
In the H 2 atmosphere, n-type selective epitaxial growth is performed on the silicon substrate 8 and the outer surface of the fourth epi layer 16. By this selective epitaxial growth, the opening 18 formed between the silicon substrate 8 and the fourth epi layer 16 is filled and the shell
20 is formed, and the detecting portion of the vibration type differential pressure sensor having the vibrating beam 13 formed of the rod-shaped fourth epi layer inside is formed.
この第8図(ワ)の工程では水素H2の雰囲気中で選択エ
ピタキシャル成長をさせたので、シリコンの単結晶で出
来たシリコン基板8とシエル20との間に形成された中空
室21の中には水素H2が封入されている。In the process of FIG. 8 (W), since selective epitaxial growth was performed in an atmosphere of hydrogen H 2 , a hollow chamber 21 formed between the silicon substrate 8 made of silicon single crystal and the shell 20 was formed. Is filled with hydrogen H 2 .
そこで、第8図(カ)に示すように900°Cで真空とし
た雰囲気の中にこの検出部を持つ振動形差圧センサを入
れて、シリコンの結晶格子の間を通してこの水素H2を脱
気して真空とする。このようにして得られた真空度は1
×10-3Torr以下となる。Therefore, as shown in Fig. 8C, an oscillating differential pressure sensor with this detector is placed in an atmosphere of vacuum at 900 ° C to remove this hydrogen H 2 through the crystal lattice of silicon. Carefully evacuate. The degree of vacuum thus obtained is 1
× 10 -3 Torr or less.
〈発明が解決しようとする問題点〉 以上のようにして、先願に係る振動形差圧センサは振動
梁と共にカバーもシリコン基板と一体に製造することが
でき、従来の公知の振動形差圧センサの欠点を除去する
ことができるが、なお次に説明する欠点を持つ。<Problems to be Solved by the Invention> As described above, in the vibrating differential pressure sensor according to the prior application, both the vibrating beam and the cover can be manufactured integrally with the silicon substrate. The drawbacks of the sensor can be eliminated, but they still have the drawbacks described below.
このような振動形差圧センサを用いて、例えば500Kgf/c
m2にも及ぶ高い静圧SPの基で例えば(10mmH2O〜10Kgf/c
m2)のような微小な差圧ΔPを測定する場合には、振動
形差圧センサの受圧ダイアフラムの一方の面には静圧SP
が他方の面には静圧(SP+ΔP)が印加されるので、こ
の静圧SPにより基板、受圧ダイアフラム、振動梁がεS
=SPl/ESだけ収縮する。但し、ESは体積圧縮率、lは振
動梁の長さである。Using such a vibration type differential pressure sensor, for example, 500 Kgf / c
With a high static pressure S P of up to m 2 , for example (10 mmH 2 O ~ 10 Kgf / c
When measuring a small differential pressure ΔP such as m 2 ), the static pressure S P is applied to one surface of the pressure receiving diaphragm of the vibration type differential pressure sensor.
However, since static pressure (S P + ΔP) is applied to the other surface, the static pressure S P causes ε S to move the substrate, pressure-receiving diaphragm, and vibrating beam.
= Shrink by S P l / E S. However, E S is the volume compressibility and l is the length of the vibrating beam.
従って、振動梁にはεSだけの圧縮歪が加わり、このた
め振動梁の共振周波数が変化して静圧誤差を生じるとい
う問題が生じる。Therefore, a compressive strain of ε S is applied to the vibrating beam, which causes a problem that the resonance frequency of the vibrating beam changes and a static pressure error occurs.
〈問題点を解決するための手段〉 この発明は、以上の問題点を解決するために、周囲に固
定部を持ちその内側に差圧によって変形する受圧ダイア
フラムを持つ半導体の基板と、この基板に形成された差
圧によって受圧ダイアフラムの表面付近に生じる歪みを
測定する少なくとも1個以上の振動梁と、基板に一体に
形成され振動梁の周囲を真空状態に保持するシェルと、
固定部と接合され差圧を成す一方の圧力を導入する導圧
孔を持つ半導体の基台と、固定部あるいはこの固定部に
対向する基台に設けられた補償室を有するようにしたも
のである。<Means for Solving Problems> In order to solve the above problems, the present invention provides a semiconductor substrate having a pressure receiving diaphragm which has a fixed portion in the periphery and is deformed by a differential pressure inside the fixed portion, and At least one or more vibrating beams that measure the strain generated near the surface of the pressure-receiving diaphragm due to the formed differential pressure; and a shell that is integrally formed on the substrate and that holds the periphery of the vibrating beams in a vacuum state.
A semiconductor base having a pressure guiding hole that is joined to the fixed part and introduces one pressure that forms a differential pressure, and a compensating chamber provided on the fixed part or the base opposite to this fixed part. is there.
〈作用〉 基板の固定部あるいはこの固定部に対向する基台に空間
を持つ補償室を形成することにより、これ等の周囲から
印加される静圧によりこの補償室を凹ませて基板に形成
された振動梁に引張応力を生じさせ、静圧による圧縮歪
を打ち消す。<Operation> By forming a compensation chamber having a space in the fixed portion of the substrate or a base opposite to this fixed portion, the compensation chamber is formed by denting the compensation chamber by static pressure applied from the surroundings. The tensile stress is generated in the vibrating beam and the compressive strain due to static pressure is canceled.
〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明す
る。第1図は本発明のシェルを除いた1実施例を示す斜
視図、第2図はシェルを付したそのX−X断面の構成を
示す断面図である。<Examples> Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment excluding the shell of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing the configuration of the XX section with the shell.
これ等の図において、22は円筒状のシリコンの基板であ
り、23はこの基板22の中央を掘って薄肉部を形成して静
圧SP、(SP+ΔP)を受ける受圧部とした受圧ダイアフ
ラムであり、例えばシリコンをエッチングして作られ、
その周囲は円環状に厚肉の固定部24とされている。In these figures, 22 is a cylindrical silicon substrate, and 23 is a pressure receiving portion for digging the center of the substrate 22 to form a thin portion to receive static pressure S P , (S P + ΔP). It is a diaphragm, made by etching silicon,
Around the periphery thereof, an annularly formed thick-walled fixing portion 24 is formed.
25は差圧による歪みを検出する振動梁、26は内部を例え
ば真空に保持するシェルであり、これ等は第8図で説明
した製造方法で作られる。Reference numeral 25 is a vibrating beam that detects strain due to differential pressure, and 26 is a shell that holds the inside thereof in a vacuum, for example, and these are made by the manufacturing method described in FIG.
固定部24の円環状の底面には円環状の凹部である補償室
27が例えばエッチングなどにより形成されている。Compensation chamber with an annular recess on the annular bottom surface of the fixed part 24.
27 is formed by etching, for example.
補償室27を除く固定部24の底面は中央に圧力(SP+Δ
P)を導入する導圧孔28を持つ円板状のシリコンの基台
29が例えば陽極接合などにより接合されている。この接
合に当たって、真空状態で接合すれば補償室27の内部は
真空となり、大気圧下で接合させれば補償室27の内部は
大気圧となる。The bottom surface of the fixed part 24 excluding the compensation chamber 27 has a pressure (S P + Δ
P) disk-shaped silicon base with pressure guide holes 28
29 are joined by, for example, anodic bonding. In this bonding, if the bonding is performed in a vacuum state, the inside of the compensation chamber 27 becomes vacuum, and if the bonding is performed under atmospheric pressure, the inside of the compensation chamber 27 becomes atmospheric pressure.
次に、以上のように構成された第1図、第2図に示す実
施例の動作について第3図に示す動作説明図を用いて説
明する。Next, the operation of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 configured as described above will be described with reference to the operation explanatory view shown in FIG.
差圧ΔPが加わったときの動作は従来と全く同じである
ので、以下の説明では静圧SPが加わったときの動作につ
いて説明する。Since operation when the pressure difference ΔP is applied it is identical to the prior art, an operation when the applied static pressure S P in the following description.
基板22と基台29の外周および受圧ダイアフラム23の表裏
に静圧SPが加わっても補償室27は封止されているので静
圧SPは加わらない。このため、補償室27の上部の固定部
24の上面は静圧SPによって凹み、Δχなる変形をする。
この変形Δχにより受圧ダイアフラム23は凸状に変形
し、受圧ダイアフラム23の表面近傍に設けられた振動梁
25には引張歪εPを生じる。Even if the static pressure S P is applied to the outer circumferences of the substrate 22 and the base 29 and the front and back of the pressure receiving diaphragm 23, the static pressure S P is not applied because the compensation chamber 27 is sealed. For this reason, the fixed part at the top of the compensation chamber 27
The upper surface of 24 is dented by the static pressure S P and is deformed by Δχ.
Due to this deformation Δχ, the pressure receiving diaphragm 23 is deformed into a convex shape, and a vibrating beam provided near the surface of the pressure receiving diaphragm 23.
A tensile strain ε P occurs at 25.
一方、振動梁25には静圧SPによりεS=SPl/ESなる圧縮
歪が生じている。On the other hand, the vibrating beam 25 has a compressive strain of ε S = S P l / E S due to the static pressure S P.
従って、εP=εSとなるように、補償室27の大きさを選
定することにより静圧誤差を小さく抑えることができ
る。Therefore, by selecting the size of the compensation chamber 27 so that ε P = ε S , the static pressure error can be suppressed to be small.
第4図は本発明の第2の実施例の構成を示す縦断面図で
ある。FIG. 4 is a vertical sectional view showing the structure of the second embodiment of the present invention.
この実施例は、基台に受圧ダイアフラム用と補償室用の
凹部を設けたものである。In this embodiment, the base is provided with recesses for the pressure receiving diaphragm and for the compensation chamber.
円板状の基板30はその中央部に振動梁25とシェル26が第
2図と同様にして形成されている。基板30の中央部は受
圧ダイアフラム31、その周囲は固定部32として機能す
る。A vibrating beam 25 and a shell 26 are formed in the central portion of a disk-shaped substrate 30 in the same manner as in FIG. The central portion of the substrate 30 functions as a pressure receiving diaphragm 31, and the periphery thereof functions as a fixing portion 32.
基板30の固定部32はシリコンの基台33に接合され、この
基台33の固定部32に対向する面には円環状に凹部が作ら
れ補償室34が形成されている。また、基台33の中央には
導圧孔35が貫通されその上面近傍には受圧ダイアフラム
31と対向離間して凹部36が形成されている。The fixed portion 32 of the substrate 30 is bonded to a silicon base 33, and a concave portion is formed in an annular shape on a surface of the base 33 facing the fixed portion 32 to form a compensation chamber 34. In addition, a pressure guide hole 35 is penetrated through the center of the base 33, and a pressure receiving diaphragm is provided near the upper surface
A recess 36 is formed so as to face and be spaced apart from 31.
以上の構成でも第1図に示す実施例と同様な動作をす
る。Even with the above configuration, the same operation as that of the embodiment shown in FIG. 1 is performed.
第5図は受圧ダイアフラム近傍の基板中に補償室を形成
した第3の実施例を示す。FIG. 5 shows a third embodiment in which a compensation chamber is formed in the substrate near the pressure receiving diaphragm.
円板状の基板37はその中央部に振動梁25とシェル26が第
2図と同様にして形成されているが、この基板37に形成
された受圧ダイアフラム23の近傍で固定部38側の基板37
の内部に選択エッチング、エピタキシャル成長などによ
る封止によって、補償室39を設けている。The disk-shaped substrate 37 has a vibrating beam 25 and a shell 26 formed in the central portion thereof in the same manner as in FIG. 2, but in the vicinity of the pressure-receiving diaphragm 23 formed on the substrate 37, the substrate on the fixed portion 38 side. 37
A compensation chamber 39 is provided in the interior of the chamber by sealing by selective etching or epitaxial growth.
この構成でも第1図に示す実施例と同様な動作をする。Even with this configuration, the same operation as that of the embodiment shown in FIG. 1 is performed.
なお、バラツキのためにこれ等の補償室27、34、39によ
る静圧補償では補償の程度が不十分な場合には、第1図
および第2図における固定部24、32、39の上面或いは内
部に例えば拡散などにより歪みゲージを形成したり、或
いは振動梁25と同じような振動梁を別に設けてこれを静
圧センサとして用い、その出力で補償室での静圧補償の
バラツキ分を電気回路で補償するようにすると、より完
全な静圧補償を達成できる。また、この静圧センサは基
台29、33側に設けても良い。When the static pressure compensation by these compensating chambers 27, 34, 39 is not sufficient because of the variation, the upper surface of the fixing portions 24, 32, 39 in FIG. 1 and FIG. For example, a strain gauge is formed inside by diffusion, or a vibrating beam similar to the vibrating beam 25 is separately provided and used as a static pressure sensor, and its output is used to generate the variation of static pressure compensation in the compensation chamber. More complete static pressure compensation can be achieved if the circuit is used for compensation. Further, this static pressure sensor may be provided on the bases 29, 33 side.
〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば振動梁の近傍に補償室を設けることによって静圧に
対して引張歪を生じさせるようにして静圧による圧縮歪
みを補償するようにしたので、静圧誤差を小さくするこ
とができる。<Effects of the Invention> As described above in detail with reference to the embodiments, according to the present invention, a compensating chamber is provided in the vicinity of the vibrating beam so that a tensile strain is generated with respect to the static pressure and compression by the static pressure is performed. Since the distortion is compensated, the static pressure error can be reduced.
第1図はシェルを除いた本発明の1実施例の構成を示す
射視図、第2図は第1図のX−X断面を示す断面図、第
3図は第1図と第2図に示す実施例の動作を説明する動
作説明図、第4図は本発明の第2の実施例の構成を示す
断面図、第5図は本発明の第3の実施例の構成を示す断
面図、第6図はシェルを除いた公知の従来の振動形差圧
センサの構成を示す射視図、第7図は第6図のX−X断
面を示す断面図、第8図は先願の従来の振動形差圧セン
サを製造する工程を説明する工程図である。 1……シリコン基板、2……受圧ダイアフラム、3……
振動梁、5……空洞部、6……カバー、7……内部空
間、8……シリコン基板、12……第1エピ層、13……振
動梁、14……第2エピ層、15……第3エピ層、16……第
4エピ層、18……開口部、20……シエル、21……中空
部、22、30……基板、23……受圧ダイアフラム、24、38
……固定部、25……振動梁、26……シェル、27、34、39
……補償室、29、33……基台、FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of one embodiment of the present invention excluding the shell, FIG. 2 is a cross-sectional view showing the XX cross section of FIG. 1, and FIG. 3 is FIG. 1 and FIG. FIG. 4 is a sectional view showing the structure of the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a sectional view showing the structure of the third embodiment of the present invention. FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of a known conventional vibration type differential pressure sensor excluding the shell, FIG. 7 is a cross sectional view showing the XX cross section of FIG. 6, and FIG. It is process drawing explaining the process of manufacturing the conventional vibration type differential pressure sensor. 1 ... Silicon substrate, 2 ... Pressure receiving diaphragm, 3 ...
Vibrating beam, 5 ... cavity, 6 ... cover, 7 ... internal space, 8 ... silicon substrate, 12 ... first epi layer, 13 ... vibrating beam, 14 ... second epi layer, 15 ... … 3rd epi layer, 16 …… 4th epi layer, 18 …… opening, 20 …… shell, 21 …… hollow part, 22, 30 …… substrate, 23 …… pressure receiving diaphragm, 24, 38
…… Fixed part, 25 …… Vibration beam, 26 …… Shell, 27,34,39
…… Compensation room, 29, 33 …… Base,
───────────────────────────────────────────────────── 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── 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 Within the corporation
Claims (1)
て変形する受圧ダイアフラムを持つ半導体の基板と、こ
の基板に形成され前記差圧によって前記受圧ダイアフラ
ムの表面付近に生じる歪みを測定する少なくとも1個以
上の振動梁と、前記基板に一体に形成され前記振動梁の
周囲を覆うシェルと、前記固定部と接合され前記差圧を
成す一方の圧力を導入する導圧孔を持つ半導体の基台
と、前記固定部あるいはこの固定部に対向する前記基台
に設けられた補償室を有することを特徴とする振動形差
圧センサ。1. A semiconductor substrate having a pressure receiving diaphragm which has a fixed portion on the periphery and is deformed by a differential pressure inside thereof, and a strain which is formed on the substrate and which occurs near the surface of the pressure receiving diaphragm due to the differential pressure is measured at least. A semiconductor substrate having at least one vibrating beam, a shell integrally formed on the substrate and covering the periphery of the vibrating beam, and a pressure guiding hole that is joined to the fixing portion and introduces one of the pressures forming the differential pressure. An oscillating differential pressure sensor, comprising: a base; and a compensation chamber provided on the fixed portion or on the base opposite to the fixed portion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28627687A JPH0778460B2 (en) | 1987-11-12 | 1987-11-12 | Vibration type differential pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28627687A JPH0778460B2 (en) | 1987-11-12 | 1987-11-12 | Vibration type differential pressure sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01127931A JPH01127931A (en) | 1989-05-19 |
| JPH0778460B2 true JPH0778460B2 (en) | 1995-08-23 |
Family
ID=17702270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28627687A Expired - Lifetime JPH0778460B2 (en) | 1987-11-12 | 1987-11-12 | Vibration type differential pressure sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0778460B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004093140A (en) * | 2002-08-29 | 2004-03-25 | Yokogawa Electric Corp | Semiconductor pressure sensor |
| JP5743199B2 (en) * | 2011-05-16 | 2015-07-01 | 横河電機株式会社 | Vibrating pressure transducer |
| JP5880499B2 (en) * | 2013-08-19 | 2016-03-09 | 横河電機株式会社 | Vibration type pressure sensor and manufacturing method thereof |
-
1987
- 1987-11-12 JP JP28627687A patent/JPH0778460B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01127931A (en) | 1989-05-19 |
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