諧振換能器及其制作方法、諧振換能器的多層結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種諧振換能器及其制作方法以及諧振換能器的多層結(jié)構(gòu)，所述諧振換能器包括單晶硅襯底；被布置在單晶硅襯底上方的單晶硅諧振器；圍繞諧振器并與諧振器具有一定間隙的由硅制成的殼體，該殼體與單晶硅襯底一起形成腔室；被配置為激發(fā)該諧振器的激發(fā)模塊；被配置為檢測傳感器振動的振動檢測模塊；被布置在腔室上方的第一層，該第一層具有位于諧振器上方的通孔；被布置在第一層上方的第二層，該第二層覆蓋了位于通孔上方并且與通孔連通的間隙；和覆蓋了第一層和第二層的第三層，并且該第三層密封了間隙。
【專利說明】諧振換能器及其制作方法、諧振換能器的多層結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及諧振換能器及其制作方法，還涉及諧振換能器的多層結(jié)構(gòu)。
[0002]本發(fā)明要求于2013年8月7日提交的日本專利申請N0.2013-164612的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用合并于此。
【背景技術(shù)】
[0003]諧振換能器是用于檢測物理應(yīng)力的傳感器。例如，諧振換能器包括真空腔室、被布置在真空腔室內(nèi)的微諧振器、以及檢測微諧振器的振動的振動檢測器。如日本未審查專利申請公開N0.2012-58127所示，腔室、微諧振器、和振動檢測器被布置在硅襯底(硅片)上。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]諧振換能器可以包括:單晶硅襯底；被布置在單晶硅襯底上方的單晶硅諧振器；由硅制成的殼體，該殼體環(huán)繞諧振器并與諧振器具有一定間隙，并且該殼體與單晶硅襯底一起形成腔室；被配置為激發(fā)該諧振器的激發(fā)模塊；被配置為檢測諧振器的振動的振動檢測模塊；被布置在腔室上方的第一層，該第一層具有位于諧振器上方的通孔；被布置在第一層上方的第二層，該第二層覆蓋了位于通孔上方并且與通孔連通的間隙；以及覆蓋了第一層和第二層的第三層，并且該第三層密封了間隙。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0005]圖1為第一實施例的諧振換能器的截面示意圖。
[0006]圖2為第一實施例的諧振換能器的平面示意圖。
[0007]圖3為諧振器主體部分周圍和殼體的放大截面圖。
[0008]圖4為示出了通孔形狀的放大圖解透視圖。
[0009]圖5為諧振換能器的電路示意圖。
[0010]圖6示出了諧振換能器的截面示意圖以描述第一實施例的諧振換能器的制造方法。
[0011]圖7為諧振換能器的截面示意圖以描述第一實施例的諧振換能器的制造方法。
[0012]圖8為諧振換能器的截面示意圖以描述第一實施例的諧振換能器的制造方法。
[0013]圖9為諧振換能器的截面示意圖以描述第一實施例的諧振換能器的制造方法。
[0014]圖10為諧振換能器的截面示意圖以描述第一實施例的諧振換能器的制造方法。
[0015]圖11為諧振換能器的截面示意圖以描述第一實施例的諧振換能器的制造方法。
[0016]圖12為諧振換能器的截面示意圖以描述第一實施例的諧振換能器的制造方法。
[0017]圖13為諧振換能器的截面示意圖以描述第一實施例的諧振換能器的制造方法。
[0018]圖14為諧振換能器的截面示意圖以描述第一實施例的諧振換能器的制造方法。
[0019]圖15為諧振換能器的截面示意圖以描述第一實施例的諧振換能器的制造方法。
[0020]圖16為諧振換能器的截面示意圖以描述第一實施例的諧振換能器的制造方法。
[0021]圖17為示出了第二實施例的諧振換能器的主體的放大圖解透視圖。
[0022]圖18為示出了第三實施例的諧振換能器的主體的放大圖解透視圖。
[0023]圖19示出了諧振換能器的截面示意圖以描述第二實施例的諧振換能器的制造方法。
[0024]圖20示出了諧振換能器的截面示意圖以描述第二實施例的諧振換能器的制造方法。
[0025]圖21示出了諧振換能器的截面示意圖以描述第二實施例的諧振換能器的制造方法。
[0026]圖22示出了諧振換能器的截面示意圖以描述第二實施例的諧振換能器的制造方法。
[0027]圖23示出了諧振換能器的截面示意圖以描述第二實施例的諧振換能器的制造方法。
[0028]圖24示出了諧振換能器的截面示意圖以描述第二實施例的諧振換能器的制造方法。
[0029]圖25示出了現(xiàn)有技術(shù)的諧振換能器的主體部分的示例性截面圖。
[0030]圖26為描述現(xiàn)有技術(shù)的諧振換能器的制造方法中液滴的行為的示意圖。
【具體實施方式】
[0031]在描述一些實施例之前，參考一個或多個附圖對現(xiàn)有技術(shù)進行解釋以促進對這些實施例的理解。
[0032]圖25為現(xiàn)有技術(shù)的諧振換能器100的示例的示意圖。圖25中所示的諧振換能器100包括用作為測量振膜的硅襯底101。諧振換能器100還包括位于襯底101上的多層結(jié)構(gòu)110。多層結(jié)構(gòu)110包括氧化層113和絕緣層114。多層結(jié)構(gòu)110還包括位于氧化層113上方但位于絕緣層114下方的第一電極11 Ia和第二電極111b。第一電極11 Ia和第二電極Illb被腔室102分隔，所述腔室102中布置有諧振器103。諧振器103與第一電極Illa和第二電極Illb之間具有一定間隙，從而被分隔。殼體104被布置在絕緣層114上，并且在諧振器103上方，使得殼體104密封了腔室102。
[0033]殼體104包括第一層105、第二層106和第三層107。第一層105布置在絕緣層114上方。第二層106布置在第一層105上方。第三層107布置在第二層106上方。通孔108布置在第一層105中。
[0034]例如，布置在第一層105中的通孔108為流路徑，在形成腔室102的工藝中，刻蝕液體在該流路徑中流動。在通孔108被用作為刻蝕廢液流過的流路徑之后，通孔108被密封材料109填充并且不在通孔108中留下任何空間。
[0035]諧振換能器100通過檢測諧振器103的諧振頻率變化來測量施加給諧振器103的應(yīng)力(變形)。具體而言，在諧振換能器100被用作為壓力傳感器的情況下，諧振換能器100通過測量振膜(壓力被施加到該測量振膜的一側(cè)或兩側(cè))的變形來測量應(yīng)變。因此殼體104需要足夠牢固以承受所需測量的壓力。
[0036]以上描述的諧振換能器100在排出刻蝕廢液的工藝中和排出工藝之后的清洗工藝中采用了液體。如圖26中所示，如果有液滴Q殘留在諧振器103和包含通孔108的第一層105之間，由于液體彎月面力(meniscus force)的作用，諧振器103被拉向第一層105的105f側(cè)。由此，諧振器103附著到第一層105。因此，存在諧振換能器100不能檢測到應(yīng)力的情況。
[0037]同樣，在填充通孔108并且不在通孔108中留下任何空間的工藝中，通孔108的直徑越大，腔室102中積累的多晶硅層越厚。多晶硅層在諧振器103與其兩側(cè)的電極111a、Illb之間的間隙中積累，從而導致輸出信號的幅度變化以及諧振器103的諧振頻率的變化。并且，在腔室102中積累的多晶硅層有可能導致電極Illa和Illb短路，并且諧振換能器100不能輸出輸出信號。
[0038]此外，當作為壓力傳感器來測量高壓力時，會存在以下問題。殼體104在高壓力作用下向諧振器103彎曲，殼體104和諧振器103之間的距離改變。這種距離的改變會影響諧振器103周圍的電場強度。在這種影響的作用下，在諧振器103中產(chǎn)生的靜電吸引力改變。同樣，諧振器103的諧振頻率輕微改變。此外，表示諧振器103的變形與諧振器103的諧振頻率的改變之間的關(guān)系的特性也會改變。因此，測量誤差有可能增加并且測量精度有可能變差。
[0039]以下將參考示出的優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行詳細描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該意識到采用本發(fā)明的示教可以完成不同的優(yōu)選實施例，并且在此示出的優(yōu)選實施例僅以解釋為目的，而本發(fā)明并不限于此。
[0040]以下將參考附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的諧振換能器及其制作方法。對本實施例的詳細描述是為了使得本發(fā)明的范圍更容易被理解，并且由于未描述具體的規(guī)格，因此本發(fā)明并不受限于示出的實施例。說明書中采用的一些附圖示出了重要部分的放大視圖以便于更好地理解本發(fā)明的特性，而并非意味著組件的尺寸比例或其他特征受限于本文的描述。
[0041](諧振換能器:第一實施例)
[0042]圖1示出了第一實施例的諧振換能器10的沿厚度方向的截面示意圖。圖2示出了第一實施例的諧振換能器10的平面示意圖(殼體未示出)。本發(fā)明的示例性實施例的諧振換能器10包括被布置在由單晶硅制成的襯底11上的諧振器12。諧振器12周圍存在空隙。諧振換能器10還包括殼體14，其與襯底11 一起環(huán)繞諧振器12，并且劃分出腔室21。諧振換能器10的殼體14為多層結(jié)構(gòu)。
[0043]腔室21被布置在襯底11的側(cè)面Ila上。諧振器12、第一電極15、第二電極16和第三電極17被布置在腔室21中。外延層18被布置在腔室21外部。外延層18、諧振器12、第一電極15、第二電極16和第三電極17均由相同材料制成，例如摻硼的低阻P型半導體。
[0044]諧振器12與第一電極15形成為一體并且電連接至第一電極15。當從殼體14處觀察時，諧振器12大致為狹窄的板狀結(jié)構(gòu)。諧振器12在外延層18的厚度方向中的長度長于諧振器12在襯底11平面方向中的寬度。而且，對襯底11的預定張應(yīng)力被附加至板狀諧振器12。諧振器12的一端一體地連接至第一電極15。
[0045]第二電極16和第三電極17大致為矩形的組件。第二電極16和第三電極17被布置在諧振器12縱向的兩側(cè)，并且與諧振器12保持預定的間隙。在第一電極15、第二電極16和第三電極17上分別布置有連接至外部電路的連接點15a、16a和17a。舉例而言，連接點15a、16a和17a由導電金屬制成。
[0046]雖然絕緣層22被布置在每個電極15至17與殼體14之間，但絕緣層22并未被布置在腔室21中。而且，雖然絕緣層23被布置在每個電極15至17與襯底11之間，但絕緣層23并未被布置在腔室21中。在諧振換能器的制作工藝中，通過采用SOI襯底作為襯底11以形成絕緣層23。諧振換能器的制作工藝將在下文詳細描述。
[0047]腔室21的內(nèi)部保持了預定的真空度。例如，腔室21中的壓力小于或等于數(shù)十Pa使得可以通過抑制諧振狀態(tài)中諧振器的能量損耗來提高諧振頻率的測量精確度。諧振器12、第一電極15、第二電極16和第三電極17被布置為與環(huán)繞腔室21的組件之間留下了預定間隙。環(huán)繞腔室21的組件為襯底11、外延層18和殼體14。
[0048]圖3為諧振器和殼體周圍的放大截面圖。殼體14包括第一層26、第二層27和第三層28。第一層26被布置在絕緣層22上方。第二層27被布置在第一層26上方。第三層28覆蓋第一層26和第二層27。舉例而言，第一層26、第二層27和第三層28可以由多晶硅、非晶硅、SiC, SiGe和Ge中的任意一種制成。
[0049]第一層26與腔室21和絕緣層22接觸。通孔25位于第一層26與腔室21的重疊部分。舉例而言，通孔25位于諧振器12的正上方。通孔25沿第一層26的厚度方向延伸。在以下描述中，通孔25在腔室21那一側(cè)的開口部分可以被稱為第一開口部分25a。并且，通孔25在第二層27那一側(cè)的開口部分可以被稱為第二開口部分25b。
[0050]如圖4中所示，在本實施例中，當從第三層28處觀察時，通孔25的第一開口部分25a和第二開口部分25b為沿諧振器12延伸的矩形部分。具體而言，通孔25為沿諧振器12的縱向延伸的狹窄立方形空間。
[0051]再次參考圖3，第二層27被布置在通孔25的第二開口部分25b的附近，并且覆蓋了第二開口部分25b的周圍。具體而言，第二層27以預定寬度圍繞第二開口部分25b沿通孔25的縱向延伸。
[0052]第三層28覆蓋第一層26和第二層27。具體而言，第三層28在第二層27所在的區(qū)域中與第二層27接觸。而且，第三層28在第二層27的外側(cè)中與第一層26接觸。
[0053]在具有上述多層結(jié)構(gòu)的殼體14中，間隙31位于第一層26和第二層27之間。通過與通孔25連通的間隙31來將第二層27與第一層26和通孔25分隔。間隙31從第二開口部分25b —側(cè)上的通孔25的第一位置El延伸至位于第一層26和第二層27之間的第二位置E2。此外，第二層27具有空間29，空間29為從面對第一層26的面27f向著第三層28延伸的凹面空間。
[0054]具體而言，在圖1中所示的截面圖中，間隙31是沿著第一層26與第二層27的相面對的區(qū)域的狹窄空間。空間29為間隙31中的一部分在寬度上的擴展所得。而且，空間29為第二層上的凹面空間。空間29位于通孔25的上方并且位于第一層26與第二層27之間。
[0055]舉例而言，第一層26和第二層27之間的間隙31 (即寬度)可以為在形成腔室21的工藝中采用的刻蝕液可以流進和流出的距離。
[0056]非空間隔物32被布置在第二層27上。間隔物32和第二層27成為整體。間隔物32從第二層27上凸出。間隔物32的端面與第一層26接觸。間隔物32支撐間隙31以防止間隙31被應(yīng)力擠壓而變窄。間隔物32與間隙31的高度大致相等。
[0057]如圖4中所示，間隔物32在間隙31所在的區(qū)域中沿通孔25的縱向方向布置。諸如刻蝕液等在間隙31(如圖3中所示)中流過的液體會在間隔物32之間流動。因此，間隔物32形成間隙31并且防止對液體流動的阻礙。在本實施例中，每個間隔物32均為長圓柱形。
[0058]圖5為諧振換能器的電路示意圖。諧振換能器10包括用于激發(fā)諧振器12的激發(fā)模塊41和用于檢測諧振器12的振動的振動檢測模塊42。激發(fā)模塊41包括第二電極16和驅(qū)動電源43。振動檢測模塊42包括第一電極15、第三電極17、偏壓電源44、電阻R1、電阻R2、電阻R3、運算放大器OPl和0P2等。
[0059]驅(qū)動電源43提供具有預定驅(qū)動電壓Vi的交流電壓。偏壓電源44提供具有預定偏壓Vb的直流電壓。偏壓電源44將恒定偏壓Vb施加到第一電極15上。驅(qū)動電源43將交流驅(qū)動電壓Vi施加到第二電極16上。由第三電極17輸出基于諧振器12的振動頻率的檢測信號。
[0060]以下將描述諧振換能器的操作。在將恒定偏壓Vb施加給第一電極15并且將交流驅(qū)動電壓Vi施加給第二電極16之后，連接至第一電極的諧振器12與第二電極16之間產(chǎn)生靜電引力。此時，諧振器12以恒定振動頻率振動(諧振)。
[0061]另一方面，通過對第一電極15施加偏壓Vb，在連接至第一電極的諧振器12與第三電極17之間產(chǎn)生電荷。當諧振器12與第三電極17之間的靜電電容根據(jù)諧振器12的振動而變化時，產(chǎn)生基于靜電電容變化的檢測信號。該檢測信號為交流電流。運算放大器OPl和0P2放大該檢測信號。計數(shù)器將由運算放大器OPl和0P2放大的檢測信號讀取為電壓變化，從而可以測量諧振器12的振動頻率。
[0062]當諧振器12被施加應(yīng)力，諧振器12的應(yīng)變根據(jù)應(yīng)力的量而變化。并且諧振器12的振動頻率基于應(yīng)變的量而變化。從而可以測量諧振器12的應(yīng)變的量，亦即可以測量施加給諧振器12的應(yīng)力。
[0063]在這種情況下，由于可以將作為激發(fā)電極的第二電極16與作為檢測電極的第三電極17分隔開，因此第二電極16和第三電極17之間的寄生電容降低。結(jié)果是可以抑制檢測電路上驅(qū)動電壓Vi的串擾。而且，可以提高信噪比。
[0064](諧振換能器的制造方法:第一實施例)
[0065]以下將描述諧振換能器的制造方法和諧振換能器的操作。
[0066]圖6至圖16為諧振換能器的主體部分的放大截面圖以分階段地描述諧振換能器的制造方法。并且，圖6至圖16為沿圖2中A-A’線截取的截面圖。
[0067]首先，如圖6中所示，準備SOI襯底51，其中在襯底11上形成氧化層52和硅表面層53。舉例而言，氧化層52的厚度約為2微米。而且，硅表面層53的厚度約為I微米。
[0068]隨后，如圖7中所示，通過外延生長在硅表面層上形成高摻硼率的硅外延層54。高摻硼率的硅外延層54的電阻很低并且類似于導體。在后處理中，在硅外延層54中形成諧振器12、第一電極15、第二電極16和第三電極17 (如圖2中所不)。
[0069]而且，由于高摻硼率的娃外延層54的張應(yīng)力大于襯底11,因此娃外延層54會對后續(xù)處理中形成的諧振器12產(chǎn)生張力。當對處于張力狀態(tài)下的諧振器12施加應(yīng)力時，應(yīng)力與頻率的平方成正比，可以獲得線性度非常好的特性。另一方面，由于在壓應(yīng)力的狀態(tài)中的操作具有非線性的特性，因此在張應(yīng)力的狀態(tài)下執(zhí)行諧振換能器10的操作。
[0070]以下在(a)至(d)中描述了高摻硼率的硅外延層54的生長條件。
[0071](a)生長溫度為1030攝氏度，
[0072](b)在H2氣體中，
[0073](c) 二氯甲硅烷(SiH2Cl2)被用作為硅的原料氣體，以及
[0074](d)乙硼烷(B2H6)被用作為硼(即所摻雜的雜質(zhì))的原料氣。
[0075]而且，通過進行預定時長的外延生長以獲得(例如)約9微米的高摻硼率的硅外延層54。硅外延層54的厚度與硅表面層53的厚度之和約為10微米。
[0076]隨后，如圖8中所不,執(zhí)行對高摻硼率的娃外延層54的圖形化。在娃外延層54上形成將要成為諧振器12的外形的溝槽T、第一電極15 (如圖2中所示)、第二電極16和第三電極17。舉例而言，可以通過施加抗蝕材料來執(zhí)行對硅外延層54的圖形化。也可以通過步進光刻設(shè)備(stepper apparatus)來執(zhí)行圖形化。
[0077]舉例而言，步進光刻設(shè)備的分辨率約為0.3微米。該光刻機還能夠曝光亞微米線和空間?？梢酝ㄟ^步進光刻設(shè)備形成諧振器12的外形圖案、第一電極15、第二電極16和第三電極17。
[0078]通過步進光刻設(shè)備形成的抗蝕劑層被用作為掩模板，并且刻蝕硅外延層54。形成溝槽T (塑造諧振器12的外形)、第一電極15、第二電極16和第三電極17。舉例而言，可以通過干法刻蝕對硅外延層54進行刻蝕。執(zhí)行干法刻蝕直至刻蝕位置到達位于襯底11上的氧化層52。諧振器12、第一電極15、第二電極16和第三電極17彼此之間電隔離。
[0079]在通過干法刻蝕形成溝槽T的工藝中，適當?shù)赝ㄟ^重復執(zhí)行硅刻蝕工藝和CF聚合物沉積工藝來在溝槽T的側(cè)壁上形成凹凸部分。舉例而言，通過調(diào)節(jié)刻蝕時間和沉積時間，使得凹凸部分的條紋寬度約等于或大于0.1微米并且凹凸部分的間距約為0.1至I微米。
[0080]隨后，如圖9中所示，在硅外延層54的上方形成絕緣層56。溝槽T(塑造諧振器12的外形)、第一電極15、第二電極16和第三電極17均被絕緣層56所填充。在娃外延層54上積累預定厚度的絕緣層56。舉例而言，絕緣層56可以由氧化硅制成。舉例而言，在形成絕緣層56的工藝中，溝槽T的開口端部被正硅酸乙酯(TEOE)的LP-CVD氧化膜或等離子體CVD氧化膜填滿。
[0081]舉例而言，在700攝氏度和50Pa (Pascal)的低壓環(huán)境中，通過對TEOS氣罐進行鼓泡、引入氮氣和氧氣、熱解TEOS、并且用氧化硅填充溝槽T來形成LP-CVD氧化膜。
[0082]等離子體CVD氧化膜通過以下工藝形成:在真空中引入TEOS和氧氣以生成等離子體；在放置在加熱到400攝氏度的操作臺上的襯底上，用氧化硅填充溝槽T。由于等離子體CVD氧化膜的階梯覆蓋的質(zhì)量較差，因此在溝槽T的最深處部分中不容易形成膜，而在絕緣層56的一部分中形成了空隙V。
[0083]隨后，如圖10中所示，舉例而言，厚度為數(shù)微米的第一層26被形成在覆蓋硅外延層54的絕緣層56上方。第一層26為在后續(xù)處理中覆蓋了腔室21的殼體的一部分。舉例而言，第一層26可以由多晶娃、非晶娃、SiC、SiGe和Ge中的任意一種制成。
[0084]隨后，如圖11中所示，在第一層26的一部分中形成通孔25。舉例而言，可以在面對諧振器12的位置，即諧振器12正上方的位置中形成通孔25。同樣，舉例而言，在形成用于對第一層26的外形進行塑形的抗蝕劑層之后，通過干法刻蝕形成在厚度方向穿透第一層26的通孔25。舉例而言，通孔25為沿諧振器12縱向延伸的狹窄的立方形空間(如圖4中所示)。
[0085]隨后，如圖12中所示，在通孔25中以及在第二開口部分25b周圍形成氧化層(第一犧牲層)55。舉例而言，LP-CVD設(shè)備形成覆蓋在通孔25內(nèi)部和周圍的氧化層55，通過借助抗蝕材料緩沖HF來移除除通孔25周圍以外的其他區(qū)域的氧化層，從而形成氧化層55。
[0086]隨后，如圖13所示，形成氧化膜57 (第二犧牲層)。氧化膜57覆蓋氧化層(第一犧牲層)55和第一層26。在氧化膜57的一部分中(具體而言，在通孔25的第二開口部分25b的周圍)形成淺凹區(qū)58以形成第二層27的間隔物32(如圖3中所示)的外形。
[0087]舉例而言，LP-CVD設(shè)備形成厚度約為100納米的氧化膜57，采用抗蝕材料并通過緩沖氫氟酸僅移除淺凹區(qū)58處的氧化層，從而形成淺凹區(qū)58。
[0088]隨后，如圖14中所示，形成第二層27。第二層27覆蓋氧化層(第一犧牲層)55和氧化膜(第二犧牲層)57的一部分。氧化膜57的所述一部分為與氧化層55接觸的部分。舉例而言，第二層27可以由多晶娃、非晶娃、SiC、SiGe和Ge中的任意一種制成。根據(jù)淺凹區(qū)58的形狀形成間隔物32。間隔物和第二層27形成為整體。
[0089]隨后，如圖15中所示，通過用稀釋的HF溶液刻蝕從而移除氧化層(第一犧牲層)55、氧化膜(第二犧牲層)57、諧振器12周圍的絕緣層56、和諧振器周圍的氧化層52(將用于形成腔室的刻蝕液從間隙排出到外部的工藝)。通過此工藝，在諧振器12周圍形成了要成為腔室21的空間。并且，該空間被維持在諧振器12周圍。
[0090]另一方面，通過移除布置在第一層26和第二層27之間的氧化層(第一犧牲層)55和氧化膜(第二犧牲層)57來形成通孔25。同樣，在第一層26和第二層27之間形成間隙
31。間隙31從位于通孔25的第二開口部分25b的一側(cè)上的第一位置El延伸至第一層26與第二層27之間的第二位置E2。此外，第二層27具有空間29，該空間29為從面對第一層26的面27f朝向第三層28延伸的凹形空間。稀釋HF溶液經(jīng)過間隙31、空間29和通孔25到達諧振器12周圍的絕緣層56。
[0091]通過刻蝕諧振器12周圍的絕緣層56和氧化層52以形成腔室21所采用的稀釋HF溶液的廢液從腔室21的內(nèi)部經(jīng)由通孔25、空間29和間隙31排放至外部。
[0092]如上所述，在本實施例中，在諧振器12的正上方的第一層26中形成通孔25，并且諧振器12與第一層26的接觸區(qū)域減小。因此，即使在諧振器12與第一層26之間殘留的液滴被施加了彎月面力并且諧振器12接觸到了第一層26，也可以防止諧振器12附著到第一層 26。
[0093]隨后，如圖16中所不,形成第三層28。第三層28覆蓋第一層26和第二層27以用于真空密封。舉例而言，第三層28可以由多晶硅、非晶硅、SiC、SiGe和Ge中的任意一種制成。在第三層28中產(chǎn)生拉伸應(yīng)變或者殘留的壓應(yīng)變很小的狀態(tài)下通過第三層28執(zhí)行真空密封。可以在900攝氏度條件下執(zhí)行真空密封。而且可以通過減壓外延設(shè)備執(zhí)行200 Torr的真空密封。通過采用SiH4和氫氣的混合物作為原料氣形成第三層28以執(zhí)行腔室21的真空密封。此后，在1000攝氏度時在氮氣環(huán)境下進行退火，腔室21中的殘留氫氣會被消除從而得到更高的真空度。
[0094]此后，在第一層26接觸第三層28的位置上形成暴露連接點15a、16a和17a(如圖1和圖2中所示)的孔。
[0095]如上所述，在本發(fā)明的諧振換能器、其制造方法、以及用于諧振換能器的多層結(jié)構(gòu)中，第一層26的通孔25被布置在諧振器12的正上方，使得可以減小諧振器12與第一層26的接觸面積。而且，可以防止諧振器12彎向并附著至第一層26。因此，即使在諧振器12與第一層26之間殘留的液滴被施加了彎月面力，也可以防止諧振器12附著到第一層26。
[0096]而且，由于在腔室21中幾乎所有的多晶硅層均可以被第一層26與第二層27之間的狹窄間隙31所限制，因此可以防止輸出信號強度的變化、諧振器12的諧振頻率的變化、以及基于電極短路的輸出故障。
[0097]另外，由于通過面對諧振器12的第一層26和空間29將殼體14與諧振器12機械分隔，因此當作為壓力傳感器測量高壓時，第一層26并不會由于高壓而彎向諧振器12。因此，可以防止諧振器12的諧振頻率隨電場分布的變化而改變。此外，可以防止表示變形與諧振頻率的變化之間關(guān)系的線性特性變差。
[0098]以下將描述諧振換能器的其他實施例。在每個實施例中，與第一實施例中相同的組件以與第一實施例中相同的方式進行編號，并且省略了對于這些組件的解釋。
[0099](諧振換能器:第二實施例)
[0100]在第一實施例中，位于第一層26中的通孔25為沿諧振器12的縱向方向延伸的立方形狹窄空間。但是，通孔25的形狀和覆蓋了通孔25的第二層27的形狀并不限于此。
[0101]在如圖17所示的諧振換能器60中，在第一層26上沿諧振器12的縱向方向定位圓柱形通孔61。非空間隔物63與第二層27形成為整體。間隔物63與通孔61的第二開口部分61b周圍的第一層26接觸。舉例而言，在如圖17所示的諧振換能器60中，在圍繞通孔61的第二開口部分61b的位置上，間隔物63與第一層26接觸。
[0102](諧振換能器:第三實施例)
[0103]在如圖18所示的諧振換能器65中，在第一層26中沿諧振器12的縱向方向定位立方形通孔66。非空間隔物68與第二層27形成為整體。第二層27與通孔66的第二開口部分66b周圍的第一層26接觸。舉例而言,在如圖18所不的諧振換能器65中，在通孔66的第二開口部分66b的沿縱向方向的兩側(cè)上，間隔物68與第一層26接觸。
[0104]在第一層26和第二層27之間形成間隙31 (如圖3中所示)的間隔物的形狀并不受限于第一實施例或第二實施例中所示的形狀。舉例而言，間隔物可以為在第一層26和第二層27的至少一個上形成的不規(guī)則的凹部或凸部，以允許流體通過。在此情況下，間隔物可以為在第一層26和第二層27的至少一個上的粗糙表面。
[0105](諧振換能器的制造方法:第二實施例)
[0106]圖19至圖24為第二實施例中諧振換能器的主體部分的放大截面圖以分階段地描述諧振換能器的制造方法。圖19為對應(yīng)于第一實施例的諧振換能器的制造方法中圖12的工藝的示意圖。如圖19中所示，氧化層(第一犧牲層)89形成在第一層81的通孔83中以及第二開口部分83b周圍。
[0107]隨后，如圖20中所示，對第一層81的平面81e進行平面化。81e為第一層81的上表面。通過該平面化工藝，移除了通孔83的第二開口部分83b的外側(cè)，換言之，移除了第一層81的平面Sle的上側(cè)。因此，僅在通孔83的內(nèi)部形成氧化層(第一犧牲層)89。
[0108]隨后，如圖21中所示，形成氧化膜(第二犧牲層)57。該氧化膜57覆蓋第一層81的平面81e。在氧化膜57的一部分中(具體而言，在通孔83的第二開口部分83b的周圍)形成淺凹區(qū)58以用于形成第二層87的間隔物32 (如圖3中所示)的外形。
[0109]隨后，如圖22中所示，形成第二層87。第二層87覆蓋通孔83的周圍。根據(jù)淺凹區(qū)58的形狀形成間隔物32。間隔物32與第二層87形成為整體。
[0110]隨后，如圖23中所示，通過利用稀釋的HF溶液進行刻蝕從而移除氧化層(第一犧牲層)89、氧化膜(第二犧牲層)57、諧振器12周圍的絕緣層56、和諧振器12周圍的氧化層52。通過此工藝，在諧振器12周圍形成了腔室21。并且，在諧振器12周圍保持有間隙。
[0111]另一方面，通過移除填充在通孔83中的氧化層(第一犧牲層)55來形成通孔83。同樣，通過移除布置在第一層81和第二層87之間的氧化膜(第二犧牲層)57來在第一層81和第二層87之間形成間隙31。間隙31從位于第二開口部分83b周圍的第一位置El延伸至第一層81和第二層87之間的第二位置E2。平面87f為第二層87底部除了間隔物32之外的底表面。在本實施例中，平面87f被平面化，并且沒有在平面87f上形成凹形空間。
[0112]隨后，如圖24中所不,形成第三層88。第三層88覆蓋第一層81和第二層87以用于真空密封。具體而言，第三層88在位置E2處密封間隙31。在第三層28中產(chǎn)生拉伸應(yīng)變或者殘留的壓應(yīng)變很小的狀態(tài)下通過第三層88執(zhí)行真空密封。
[0113]通過該換能器的制造方法，即使在諧振器12和通孔83的第一開口部分83a之間存在液滴，該液滴也可以流進通孔83。因此，可以防止諧振器12由于液滴的彎月面力而附著至第一層81。
[0114]以上描述并示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，可以理解的是這些均為本發(fā)明的示例而并非限制?？梢栽诓幻撾x本發(fā)明的范圍的情況下進行添加、省略、替換和其他修改。因此，本發(fā)明并不應(yīng)認為通過以上說明進行限制，而僅通過所附權(quán)利要求書的范圍進行限制。
【權(quán)利要求】
1.一種諧振換能器，包括: 單晶娃襯底； 單晶硅諧振器，其被布置在所述單晶硅襯底上方； 由硅制成的殼體，其圍繞所述諧振器并與所述諧振器之間具有間隙，并且所述殼體和所述單晶娃襯底一起形成腔室； 激發(fā)模塊，其被配置為激發(fā)所述諧振器； 振動檢測模塊，其被配置為檢測所述諧振器的振動； 第一層，其布置在所述腔室上方，所述第一層具有在所述諧振器上方的通孔； 第二層，其布置在所述第一層上方，所述第二層覆蓋位于所述通孔上方并與所述通孔連通的間隙；以及 第三層，其覆蓋所述第一層和所述第二層，并且所述第三層密封所述間隙。
2.如權(quán)利要求1所述的諧振換能器，其中 所述第一層、所述第二層和所述第三層由多晶硅、非晶硅、SiC, SiGe和Ge中的任意一種制成。
3.如權(quán)利要求1所述的諧振換能器，其中 所述通孔位于所述諧振器的正上方。
4.如權(quán)利要求1所述的諧振換能器，還包括: 形成了所述間隙的非空間隔物，所述非空間隔物與所述第二層形成為整體。
5.如權(quán)利要求1所述的諧振換能器，其中 所述間隙具有位于所述通孔上方并且位于所述第一層與所述第二層之間的凹形空間。
6.如權(quán)利要求1所述的諧振換能器，還包括: 在所述凸起的端面上形成凹部和凸部。
7.如權(quán)利要求1所述的諧振換能器，其中 腔室中的壓力小于大氣壓。
8.一種諧振換能器的制造方法，所述方法包括步驟: (a)在層狀結(jié)構(gòu)中形成諧振器； (b)在所述層狀結(jié)構(gòu)上方形成第一層； (C)在所述第一層中形成通孔，所述通孔位于所述諧振器上方； (d)在所述通孔中形成第一犧牲層； (e)在所述第一犧牲層和所述第一層上方形成第二犧牲層； (f)形成覆蓋所述第二犧牲層的一部分的第二層，所述一部分覆蓋所述第一犧牲層； (g)通過移除所述第一犧牲層和所述第二犧牲層來在所述第一層與所述第二層之間形成間隙，所述間隙與所述通孔連通；以及 (h)形成覆蓋所述第一層和所述第二層的第三層，并且所述第三層密封所述間隙。
9.如權(quán)利要求8所述的諧振換能器的制造方法，還包括: 在步驟(e)中，在所述第二犧牲層中形成淺凹區(qū)；以及 在步驟(f)中，根據(jù)淺凹區(qū)的形狀形成與所述第二層成為整體的非空間隔物，所述非空間隔物形成了所述間隙。
10.一種用于諧振換能器的多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)包括: 具有通孔的第一層； 布置在所述第一層上方的第二層，所述第二層覆蓋位于所述通孔上方并與所述通孔連通的間隙；以及 覆蓋所述第一層和所述第二層的第三層，并且所述第三層密封所述間隙。
11.如權(quán)利要求10所述的用于諧振換能器的多層結(jié)構(gòu)，其中 所述第一層和所述第二層由多晶娃、非晶娃、Sic、SiGe和Ge中的任意一種制成。
12.如權(quán)利要求10所述的用于諧振換能器的多層結(jié)構(gòu)，其中 所述通孔位于所述諧振器的正上方。
13.如權(quán)利要求10所述的用于諧振換能器的多層結(jié)構(gòu)，還包括 形成了所述間隙的非空間隔物，所述非空間隔物與所述第二層形成為整體。
14.如權(quán)利要求10所述的用于諧振換能器的多層結(jié)構(gòu)，其中 所述間隙具有位于通孔上方并且位于所述第一層與所述第二層之間的凹形空間。
【文檔編號】G01L9/00GK104344921SQ201410381854
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月7日
【發(fā)明者】吉田隆司, 三島猛, 巖井滋人, 吉田勇作 申請人:橫河電機株式會社
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