專利名稱：振動(dòng)換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振動(dòng)換能器。
背景技術(shù)：
圖29至圖38是用于解釋迄今為止通常采用的作為現(xiàn)有技術(shù)示例的主要部分的結(jié)構(gòu)的示圖。圖29是用于解釋主要部分的組裝結(jié)構(gòu)的示圖。圖30至圖38是用于解釋對(duì)其進(jìn)行制造的處理的示圖。
將按照制造處理來進(jìn)行描述。在圖30中，在N型硅單晶襯底I上形成并圖案化了氧化硅膜10a。對(duì)已經(jīng)去除了氧化膜的部分進(jìn)行下切以形成凹部，并且執(zhí)行摻雜了濃度為IO18CnT3的硼的P型硅的選擇性外延生長(zhǎng)，以生長(zhǎng)p+單晶硅層11。接下來，由摻雜了濃度至少為3 X IO19CnT3的硼的P型硅形成P++單晶硅層12a，從而填充凹部，并且從凹部向上進(jìn)一步生長(zhǎng)。此后，p+單晶娃層將變成振動(dòng)梁(vibration beam)下的空隙,并且p++單晶娃層將變成振動(dòng)梁。在圖31中，在襯底表面上(包括在P++單晶硅層12a上)形成并圖案化氧化硅膜10b。去除了氧化膜的凹部D所指定的部分是殼體將接地至襯底的部分。在圖32中，在襯底表面上(包括凹部D上)形成并圖案氮化硅膜13。p++單晶硅層12a(振動(dòng)梁)上的氧化硅膜IOb和氮化硅膜13將成為振動(dòng)梁上方的空隙。靜電容量取決于這些膜的厚度以及振動(dòng)梁的面積。因此，當(dāng)調(diào)節(jié)這些值以得到期望的靜電容量時(shí)，可以優(yōu)化用于驅(qū)動(dòng)并檢測(cè)振動(dòng)梁的靜電容量。在圖33中，在整個(gè)表面上形成P++多晶硅層14，并將其圖案化以形成用于刻蝕犧牲層的刻蝕劑引入孔E。此后，該p++多晶硅層將成為用于提取殼體和電極的布線。通過利用p++/p+單晶硅或通過在選擇性外延生長(zhǎng)之前將雜質(zhì)擴(kuò)散至硅襯底中來形成布線。最好進(jìn)行這樣的選擇以使得布線和硅襯底之間的寄生電容最小。在圖34中，通過刻蝕劑引入孔E倒入氫氟酸，從而去除氮化硅膜13和氧化硅膜10b。在殼體將接地至襯底的部分中，氮化硅膜13的刻蝕速度很慢，從而氮化硅膜變成橫向上的刻蝕阻擋層。在圖35中，通過堿性溶液(例如,聯(lián)氨(hydrazine)、KOH或TMAH)去除p+單晶硅層11。在這種情況下，P++單晶娃層12a和p++多晶娃層14未被刻蝕,這是因?yàn)橄蚱湟肓烁邼舛入s質(zhì)。此外，當(dāng)在利用堿性溶液進(jìn)行刻蝕期間向N型硅襯底施加IV至2V的電壓時(shí)，可保護(hù)N型娃襯底不被刻蝕。利用硅單晶的〈111〉方向上的刻蝕速度較慢這一事實(shí)，阻擋在振動(dòng)梁長(zhǎng)度方向上的刻蝕。在圖36中，通過濺射、沉積、CVD、外延生長(zhǎng)等形成密封部件15(例如，通過濺射形成的SiO2、玻璃等)，從而在形成微觀的真空室5的同時(shí)填充刻蝕劑引入孔。在該步驟之前，例如，以通過熱氧化等在振動(dòng)梁的表面上以及真空室內(nèi)部形成氧化硅膜的方式，使得殼體和振動(dòng)梁之間的電絕緣變得更穩(wěn)定。
0024]在這種情況下，導(dǎo)電材料可用作密封部件。在圖37中，使P++多晶硅層14圖案化，從而在形成用于接合焊盤的電極的同時(shí)，形成從振動(dòng)梁和殼體的電布線。在圖38中，硅襯底的后側(cè)變薄以形成隔膜。圖39A是示出了其中在形成用于接合的Al電極21的同時(shí)對(duì)p++多晶硅層14圖案化以形成與振動(dòng)梁12a和殼體14相連的電布線20的狀態(tài)的平面圖。圖39B示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的振動(dòng)換能器的電路圖。在圖39B中，Vb表示了偏置電壓(恒定電壓)，Vi表示驅(qū)動(dòng)電壓(AC)，Rl和R2的每ー個(gè)都表示布線電阻，R3表示襯底電阻。Cl表示振動(dòng)梁與殼體之間的電容，C2表示寄生電容，并且C3和C4的每ー個(gè)表示布線和襯底之間的電容。在圖39B中，噪聲電流會(huì)隨著值R3、C2、C3和C4的減小而下降。此外，根據(jù)布線形成方法、圖案化等確定這些值。從而，這些值被確定為盡量小。在圖39B中，當(dāng)振動(dòng)梁與殼體之間的電容Cl為常數(shù)吋，輸出電流的幅度正比于(C1+C2) · Vi · ω，其中ω表示Vi的頻率。另ー方面，當(dāng)電容Cl以頻率ω諧振時(shí)，就添加了幅度大致正比于ACl · Vb · ω的電流，其中ACl表示由于諧振導(dǎo)致的Cl的變化。根據(jù)電流的増大來檢測(cè)諧振頻率。[現(xiàn)有技術(shù)][專利文獻(xiàn)][專利文獻(xiàn)I] JP-A-2005-037309在該裝置中，存在如下問題。圖29的現(xiàn)有技術(shù)示例具有疊層結(jié)構(gòu)，其中振動(dòng)梁以垂直于襯底的方式振動(dòng)，并且各層中內(nèi)置了振動(dòng)梁、激勵(lì)電極和振動(dòng)檢測(cè)電極。因此，在制造處理中要求大量的エ藝步驟。這是因?yàn)椋糜诩?lì)振動(dòng)器的電極以及用于檢測(cè)振動(dòng)的電極必須在真空室中制造，此夕卜，振動(dòng)梁和電極必須在利用靜電カ的結(jié)構(gòu)中彼此絕緣，從而使得該結(jié)構(gòu)不可避免地變得復(fù)雜。在疊層結(jié)構(gòu)中，振動(dòng)梁與相対的電極彼此垂直相対。因此，需要提供分別用于振動(dòng)梁和相對(duì)電極的単獨(dú)的エ藝步驟。由此，當(dāng)利用微機(jī)械技術(shù)制造具有疊層結(jié)構(gòu)的振動(dòng)換能器時(shí)，掩模數(shù)量増加，并且エ藝步驟的數(shù)量相應(yīng)地增多。因此，交付周期延長(zhǎng)，從而導(dǎo)致成本的増加。此外，當(dāng)エ藝步驟的數(shù)量增多時(shí)，特性由于エ藝精度的變化的累積而劣化。這是造成產(chǎn)量下降的主要因素。
并且，在使用靜電カ時(shí)，振動(dòng)梁、驅(qū)動(dòng)電極和檢測(cè)電極之間的距離通常必須設(shè)置為從亞微米數(shù)量級(jí)至大約I μ m。但是，為了増大振動(dòng)換能器中的應(yīng)變上的頻率變化率(計(jì)量系數(shù)，gauge factor)，必須增大振動(dòng)梁的長(zhǎng)度I并減小其厚度i。因此，存在振動(dòng)梁會(huì)附著至電極從而無法工作的問題。可能在制造之后的操作期間以及制造過程中由于水分造成的附著而出現(xiàn)該問題。在振動(dòng)梁的諧振頻率和應(yīng)變之間建立下面的關(guān)系表達(dá)式。[公式I]
權(quán)利要求
1.一種振動(dòng)換能器,包括 娃單晶襯底； 振動(dòng)梁，其布置在硅單晶襯底上； 由硅材料制成的殼體，其包圍振動(dòng)梁以在振動(dòng)梁周圍保持間隙，并且與襯底一起形成真空室； 激勵(lì)模塊，其用于激勵(lì)振動(dòng)梁；以及 振動(dòng)檢測(cè)模塊，其用于檢測(cè)振動(dòng)梁的振動(dòng)； 其中，振動(dòng)梁包括布置在真空室中的第一硅單晶振動(dòng)梁和第二硅單晶振動(dòng)梁，第一硅單晶振動(dòng)梁和第二硅單晶振動(dòng)梁中的每一個(gè)都具有其中與襯底表面垂直的方向上的截面厚度大于與襯底表面平行的方向上的截面厚度的截面形狀，并且第一硅單晶振動(dòng)梁和第二硅單晶振動(dòng)梁布置成與襯底平行并且彼此平行，并且其中，振動(dòng)換能器進(jìn)一步包括 板狀第一電極板，其布置成與襯底表面平行并且與第一振動(dòng)梁和第二振動(dòng)梁中的每一個(gè)的一端相連； 第二電極板，其布置成與襯底表面平行且處于第一振動(dòng)梁和第二振動(dòng)梁之間； 板狀第三電極板和板狀第四電極板，其布置在第一振動(dòng)梁和第二振動(dòng)梁的相對(duì)側(cè)，第一振動(dòng)梁和第二振動(dòng)梁置于板狀第三電極板和板狀第四電極板之間，所述板狀第三電極板和板狀第四電極板與第一第二振動(dòng)梁以及第一電極板和第二電極板共同形成與襯底表面平行的一個(gè)平面；以及 粗糙部，其布置在各振動(dòng)梁和第二電極板、第三電極板及第四電極板的相對(duì)側(cè)壁部分表面中，用于防止振動(dòng)梁附著至第二電極板、第三電極板及第四電極板。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的振動(dòng)換能器，其中 每個(gè)粗糙部都形成為相對(duì)于襯底的表面水平和/或垂直連續(xù)的柵格形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的振動(dòng)換能器，其中 第一電極板被用作用于各振動(dòng)梁的偏置電壓電極板，第二電極板被用作用于各振動(dòng)梁的振動(dòng)檢測(cè)電極板；以及 第三電極板和第四電極板被用作用于激勵(lì)各振動(dòng)梁的激勵(lì)電極板。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的振動(dòng)換能器，其中 第一電極板被用作用于各振動(dòng)梁的偏置電壓電極板，第二電極板被用作用于激勵(lì)各振動(dòng)梁的激勵(lì)電極板；以及 第三電極板和第四電極板被用作用于檢測(cè)各振動(dòng)梁的振動(dòng)的振動(dòng)檢測(cè)電極板。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的振動(dòng)換能器，其中 第一電極板和第二電極板之一被用作激勵(lì)電極和偏置電壓電極，并且另一個(gè)被用作振動(dòng)檢測(cè)電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的振動(dòng)換能器，進(jìn)一步包括 保護(hù)電極板，其布置在與不包括第一電極板、第二電極板、第三電極板和第四電極板的襯底表面平行的平面中，用于防止各個(gè)電極之間的串?dāng)_。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的振動(dòng)換能器，其中 振動(dòng)梁包括兩端固定的梁。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種振動(dòng)換能器。振動(dòng)梁與襯底平行且彼此平行地布置在襯底上，并且布置在由殼體和襯底形成的真空室中。每個(gè)振動(dòng)梁均具有與襯底表面垂直的方向上的截面厚度大于與襯底表面平行的方向上的截面厚度的截面形狀。第一電極板布置成與襯底表面平行，并且連接至每個(gè)振動(dòng)梁的一端。第二電極板布置成與襯底表面平行，并且處于振動(dòng)梁之間。第三和第四電極板布置在振動(dòng)梁的相對(duì)側(cè)。粗糙部布置在振動(dòng)梁和第二、第三及第四電極板的相對(duì)側(cè)壁部分表面中。
文檔編號(hào)B06B1/02GK102671851SQ20121007301
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者吉田隆司 申請(qǐng)人:橫河電機(jī)株式會(huì)社