专利名称：振动换能器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种振动换能器。
背景技术：
图29至图38是用于解释迄今为止通常采用的作为现有技术示例的主要部分的结构的示图。图29是用于解释主要部分的组装结构的示图。图30至图38是用于解释对其进行制造的处理的示图。
将按照制造处理来进行描述。在图30中，在N型硅单晶衬底I上形成并图案化了氧化硅膜10a。对已经去除了氧化膜的部分进行下切以形成凹部，并且执行掺杂了浓度为IO18CnT3的硼的P型硅的选择性外延生长，以生长p+单晶硅层11。接下来，由掺杂了浓度至少为3 X IO19CnT3的硼的P型硅形成P++单晶硅层12a，从而填充凹部，并且从凹部向上进一步生长。此后，p+单晶娃层将变成振动梁(vibration beam)下的空隙,并且p++单晶娃层将变成振动梁。在图31中，在衬底表面上(包括在P++单晶硅层12a上)形成并图案化氧化硅膜10b。去除了氧化膜的凹部D所指定的部分是壳体将接地至衬底的部分。在图32中，在衬底表面上(包括凹部D上)形成并图案氮化硅膜13。p++单晶硅层12a(振动梁)上的氧化硅膜IOb和氮化硅膜13将成为振动梁上方的空隙。静电容量取决于这些膜的厚度以及振动梁的面积。因此，当调节这些值以得到期望的静电容量时，可以优化用于驱动并检测振动梁的静电容量。在图33中，在整个表面上形成P++多晶硅层14，并将其图案化以形成用于刻蚀牺牲层的刻蚀剂引入孔E。此后，该p++多晶硅层将成为用于提取壳体和电极的布线。通过利用p++/p+单晶硅或通过在选择性外延生长之前将杂质扩散至硅衬底中来形成布线。最好进行这样的选择以使得布线和硅衬底之间的寄生电容最小。在图34中，通过刻蚀剂引入孔E倒入氢氟酸，从而去除氮化硅膜13和氧化硅膜10b。在壳体将接地至衬底的部分中，氮化硅膜13的刻蚀速度很慢，从而氮化硅膜变成横向上的刻蚀阻挡层。在图35中，通过碱性溶液(例如,联氨(hydrazine)、KOH或TMAH)去除p+单晶硅层11。在这种情况下，P++单晶娃层12a和p++多晶娃层14未被刻蚀,这是因为向其引入了高浓度杂质。此外，当在利用碱性溶液进行刻蚀期间向N型硅衬底施加IV至2V的电压时，可保护N型娃衬底不被刻蚀。利用硅单晶的〈111〉方向上的刻蚀速度较慢这一事实，阻挡在振动梁长度方向上的刻蚀。在图36中，通过溅射、沉积、CVD、外延生长等形成密封部件15(例如，通过溅射形成的SiO2、玻璃等)，从而在形成微观的真空室5的同时填充刻蚀剂引入孔。在该步骤之前，例如，以通过热氧化等在振动梁的表面上以及真空室内部形成氧化硅膜的方式，使得壳体和振动梁之间的电绝缘变得更稳定。
0024]在这种情况下，导电材料可用作密封部件。在图37中，使P++多晶硅层14图案化，从而在形成用于接合焊盘的电极的同时，形成从振动梁和壳体的电布线。在图38中，硅衬底的后侧变薄以形成隔膜。图39A是示出了其中在形成用于接合的Al电极21的同时对p++多晶硅层14图案化以形成与振动梁12a和壳体14相连的电布线20的状态的平面图。图39B示出了根据现有技术的振动换能器的电路图。在图39B中，Vb表示了偏置电压(恒定电压)，Vi表示驱动电压(AC)，Rl和R2的每ー个都表示布线电阻，R3表示衬底电阻。Cl表示振动梁与壳体之间的电容，C2表示寄生电容，并且C3和C4的每ー个表示布线和衬底之间的电容。在图39B中，噪声电流会随着值R3、C2、C3和C4的减小而下降。此外，根据布线形成方法、图案化等确定这些值。从而，这些值被确定为尽量小。在图39B中，当振动梁与壳体之间的电容Cl为常数吋，输出电流的幅度正比于(C1+C2) · Vi · ω，其中ω表示Vi的频率。另ー方面，当电容Cl以频率ω谐振时，就添加了幅度大致正比于ACl · Vb · ω的电流，其中ACl表示由于谐振导致的Cl的变化。根据电流的増大来检测谐振频率。[现有技术][专利文献][专利文献I] JP-A-2005-037309在该装置中，存在如下问题。图29的现有技术示例具有叠层结构，其中振动梁以垂直于衬底的方式振动，并且各层中内置了振动梁、激励电极和振动检测电极。因此，在制造处理中要求大量的エ艺步骤。这是因为，用于激励振动器的电极以及用于检测振动的电极必须在真空室中制造，此夕卜，振动梁和电极必须在利用静电カ的结构中彼此绝缘，从而使得该结构不可避免地变得复杂。在叠层结构中，振动梁与相対的电极彼此垂直相対。因此，需要提供分别用于振动梁和相对电极的単独的エ艺步骤。由此，当利用微机械技术制造具有叠层结构的振动换能器时，掩模数量増加，并且エ艺步骤的数量相应地增多。因此，交付周期延长，从而导致成本的増加。此外，当エ艺步骤的数量增多时，特性由于エ艺精度的变化的累积而劣化。这是造成产量下降的主要因素。
并且，在使用静电カ时，振动梁、驱动电极和检测电极之间的距离通常必须设置为从亚微米数量级至大约I μ m。但是，为了増大振动换能器中的应变上的频率变化率(计量系数，gauge factor)，必须增大振动梁的长度I并减小其厚度i。因此，存在振动梁会附着至电极从而无法工作的问题。可能在制造之后的操作期间以及制造过程中由于水分造成的附着而出现该问题。在振动梁的谐振频率和应变之间建立下面的关系表达式。[公式I]
权利要求
1.一种振动换能器,包括 娃单晶衬底； 振动梁，其布置在硅单晶衬底上； 由硅材料制成的壳体，其包围振动梁以在振动梁周围保持间隙，并且与衬底一起形成真空室； 激励模块，其用于激励振动梁；以及 振动检测模块，其用于检测振动梁的振动； 其中，振动梁包括布置在真空室中的第一硅单晶振动梁和第二硅单晶振动梁，第一硅单晶振动梁和第二硅单晶振动梁中的每一个都具有其中与衬底表面垂直的方向上的截面厚度大于与衬底表面平行的方向上的截面厚度的截面形状，并且第一硅单晶振动梁和第二硅单晶振动梁布置成与衬底平行并且彼此平行，并且其中，振动换能器进一步包括 板状第一电极板，其布置成与衬底表面平行并且与第一振动梁和第二振动梁中的每一个的一端相连； 第二电极板，其布置成与衬底表面平行且处于第一振动梁和第二振动梁之间； 板状第三电极板和板状第四电极板，其布置在第一振动梁和第二振动梁的相对侧，第一振动梁和第二振动梁置于板状第三电极板和板状第四电极板之间，所述板状第三电极板和板状第四电极板与第一第二振动梁以及第一电极板和第二电极板共同形成与衬底表面平行的一个平面；以及 粗糙部，其布置在各振动梁和第二电极板、第三电极板及第四电极板的相对侧壁部分表面中，用于防止振动梁附着至第二电极板、第三电极板及第四电极板。
2.根据权利要求I所述的振动换能器，其中 每个粗糙部都形成为相对于衬底的表面水平和/或垂直连续的栅格形状。
3.根据权利要求I或2所述的振动换能器，其中 第一电极板被用作用于各振动梁的偏置电压电极板，第二电极板被用作用于各振动梁的振动检测电极板；以及 第三电极板和第四电极板被用作用于激励各振动梁的激励电极板。
4.根据权利要求I或2所述的振动换能器，其中 第一电极板被用作用于各振动梁的偏置电压电极板，第二电极板被用作用于激励各振动梁的激励电极板；以及 第三电极板和第四电极板被用作用于检测各振动梁的振动的振动检测电极板。
5.根据权利要求I或2所述的振动换能器，其中 第一电极板和第二电极板之一被用作激励电极和偏置电压电极，并且另一个被用作振动检测电极。
6.根据权利要求I至4中任一项所述的振动换能器，进一步包括 保护电极板，其布置在与不包括第一电极板、第二电极板、第三电极板和第四电极板的衬底表面平行的平面中，用于防止各个电极之间的串扰。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的振动换能器，其中 振动梁包括两端固定的梁。
全文摘要
本发明提供了一种振动换能器。振动梁与衬底平行且彼此平行地布置在衬底上，并且布置在由壳体和衬底形成的真空室中。每个振动梁均具有与衬底表面垂直的方向上的截面厚度大于与衬底表面平行的方向上的截面厚度的截面形状。第一电极板布置成与衬底表面平行，并且连接至每个振动梁的一端。第二电极板布置成与衬底表面平行，并且处于振动梁之间。第三和第四电极板布置在振动梁的相对侧。粗糙部布置在振动梁和第二、第三及第四电极板的相对侧壁部分表面中。
文档编号B06B1/02GK102671851SQ20121007301
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月19日 优先权日2011年3月18日
发明者吉田隆司 申请人:横河电机株式会社