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谐振换能器及其制作方法、谐振换能器的多层结构的制作方法
【专利摘要】一种谐振换能器及其制作方法以及谐振换能器的多层结构，所述谐振换能器包括单晶硅衬底；被布置在单晶硅衬底上方的单晶硅谐振器；围绕谐振器并与谐振器具有一定间隙的由硅制成的壳体，该壳体与单晶硅衬底一起形成腔室；被配置为激发该谐振器的激发模块；被配置为检测传感器振动的振动检测模块；被布置在腔室上方的第一层，该第一层具有位于谐振器上方的通孔；被布置在第一层上方的第二层，该第二层覆盖了位于通孔上方并且与通孔连通的间隙；和覆盖了第一层和第二层的第三层，并且该第三层密封了间隙。
【专利说明】谐振换能器及其制作方法、谐振换能器的多层结构

【技术领域】
[0001]本发明涉及谐振换能器及其制作方法，还涉及谐振换能器的多层结构。
[0002]本发明要求于2013年8月7日提交的日本专利申请N0.2013-164612的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

【背景技术】
[0003]谐振换能器是用于检测物理应力的传感器。例如，谐振换能器包括真空腔室、被布置在真空腔室内的微谐振器、以及检测微谐振器的振动的振动检测器。如日本未审查专利申请公开N0.2012-58127所示，腔室、微谐振器、和振动检测器被布置在硅衬底(硅片)上。


【发明内容】

[0004]谐振换能器可以包括:单晶硅衬底；被布置在单晶硅衬底上方的单晶硅谐振器；由硅制成的壳体，该壳体环绕谐振器并与谐振器具有一定间隙，并且该壳体与单晶硅衬底一起形成腔室；被配置为激发该谐振器的激发模块；被配置为检测谐振器的振动的振动检测模块；被布置在腔室上方的第一层，该第一层具有位于谐振器上方的通孔；被布置在第一层上方的第二层，该第二层覆盖了位于通孔上方并且与通孔连通的间隙；以及覆盖了第一层和第二层的第三层，并且该第三层密封了间隙。

【专利附图】

【附图说明】
[0005]图1为第一实施例的谐振换能器的截面示意图。
[0006]图2为第一实施例的谐振换能器的平面示意图。
[0007]图3为谐振器主体部分周围和壳体的放大截面图。
[0008]图4为示出了通孔形状的放大图解透视图。
[0009]图5为谐振换能器的电路示意图。
[0010]图6示出了谐振换能器的截面示意图以描述第一实施例的谐振换能器的制造方法。
[0011]图7为谐振换能器的截面示意图以描述第一实施例的谐振换能器的制造方法。
[0012]图8为谐振换能器的截面示意图以描述第一实施例的谐振换能器的制造方法。
[0013]图9为谐振换能器的截面示意图以描述第一实施例的谐振换能器的制造方法。
[0014]图10为谐振换能器的截面示意图以描述第一实施例的谐振换能器的制造方法。
[0015]图11为谐振换能器的截面示意图以描述第一实施例的谐振换能器的制造方法。
[0016]图12为谐振换能器的截面示意图以描述第一实施例的谐振换能器的制造方法。
[0017]图13为谐振换能器的截面示意图以描述第一实施例的谐振换能器的制造方法。
[0018]图14为谐振换能器的截面示意图以描述第一实施例的谐振换能器的制造方法。
[0019]图15为谐振换能器的截面示意图以描述第一实施例的谐振换能器的制造方法。
[0020]图16为谐振换能器的截面示意图以描述第一实施例的谐振换能器的制造方法。
[0021]图17为示出了第二实施例的谐振换能器的主体的放大图解透视图。
[0022]图18为示出了第三实施例的谐振换能器的主体的放大图解透视图。
[0023]图19示出了谐振换能器的截面示意图以描述第二实施例的谐振换能器的制造方法。
[0024]图20示出了谐振换能器的截面示意图以描述第二实施例的谐振换能器的制造方法。
[0025]图21示出了谐振换能器的截面示意图以描述第二实施例的谐振换能器的制造方法。
[0026]图22示出了谐振换能器的截面示意图以描述第二实施例的谐振换能器的制造方法。
[0027]图23示出了谐振换能器的截面示意图以描述第二实施例的谐振换能器的制造方法。
[0028]图24示出了谐振换能器的截面示意图以描述第二实施例的谐振换能器的制造方法。
[0029]图25示出了现有技术的谐振换能器的主体部分的示例性截面图。
[0030]图26为描述现有技术的谐振换能器的制造方法中液滴的行为的示意图。

【具体实施方式】
[0031]在描述一些实施例之前，参考一个或多个附图对现有技术进行解释以促进对这些实施例的理解。
[0032]图25为现有技术的谐振换能器100的示例的示意图。图25中所示的谐振换能器100包括用作为测量振膜的硅衬底101。谐振换能器100还包括位于衬底101上的多层结构110。多层结构110包括氧化层113和绝缘层114。多层结构110还包括位于氧化层113上方但位于绝缘层114下方的第一电极11 Ia和第二电极111b。第一电极11 Ia和第二电极Illb被腔室102分隔，所述腔室102中布置有谐振器103。谐振器103与第一电极Illa和第二电极Illb之间具有一定间隙，从而被分隔。壳体104被布置在绝缘层114上，并且在谐振器103上方，使得壳体104密封了腔室102。
[0033]壳体104包括第一层105、第二层106和第三层107。第一层105布置在绝缘层114上方。第二层106布置在第一层105上方。第三层107布置在第二层106上方。通孔108布置在第一层105中。
[0034]例如，布置在第一层105中的通孔108为流路径，在形成腔室102的工艺中，刻蚀液体在该流路径中流动。在通孔108被用作为刻蚀废液流过的流路径之后，通孔108被密封材料109填充并且不在通孔108中留下任何空间。
[0035]谐振换能器100通过检测谐振器103的谐振频率变化来测量施加给谐振器103的应力(变形)。具体而言，在谐振换能器100被用作为压力传感器的情况下，谐振换能器100通过测量振膜(压力被施加到该测量振膜的一侧或两侧)的变形来测量应变。因此壳体104需要足够牢固以承受所需测量的压力。
[0036]以上描述的谐振换能器100在排出刻蚀废液的工艺中和排出工艺之后的清洗工艺中采用了液体。如图26中所示，如果有液滴Q残留在谐振器103和包含通孔108的第一层105之间，由于液体弯月面力(meniscus force)的作用，谐振器103被拉向第一层105的105f侧。由此，谐振器103附着到第一层105。因此，存在谐振换能器100不能检测到应力的情况。
[0037]同样，在填充通孔108并且不在通孔108中留下任何空间的工艺中，通孔108的直径越大，腔室102中积累的多晶硅层越厚。多晶硅层在谐振器103与其两侧的电极111a、Illb之间的间隙中积累，从而导致输出信号的幅度变化以及谐振器103的谐振频率的变化。并且，在腔室102中积累的多晶硅层有可能导致电极Illa和Illb短路，并且谐振换能器100不能输出输出信号。
[0038]此外，当作为压力传感器来测量高压力时，会存在以下问题。壳体104在高压力作用下向谐振器103弯曲，壳体104和谐振器103之间的距离改变。这种距离的改变会影响谐振器103周围的电场强度。在这种影响的作用下，在谐振器103中产生的静电吸引力改变。同样，谐振器103的谐振频率轻微改变。此外，表示谐振器103的变形与谐振器103的谐振频率的改变之间的关系的特性也会改变。因此，测量误差有可能增加并且测量精度有可能变差。
[0039]以下将参考示出的优选实施例对本发明进行详细描述。本领域技术人员应该意识到采用本发明的示教可以完成不同的优选实施例，并且在此示出的优选实施例仅以解释为目的，而本发明并不限于此。
[0040]以下将参考附图详细描述根据本发明的实施例的谐振换能器及其制作方法。对本实施例的详细描述是为了使得本发明的范围更容易被理解，并且由于未描述具体的规格，因此本发明并不受限于示出的实施例。说明书中采用的一些附图示出了重要部分的放大视图以便于更好地理解本发明的特性，而并非意味着组件的尺寸比例或其他特征受限于本文的描述。
[0041](谐振换能器:第一实施例)
[0042]图1示出了第一实施例的谐振换能器10的沿厚度方向的截面示意图。图2示出了第一实施例的谐振换能器10的平面示意图(壳体未示出)。本发明的示例性实施例的谐振换能器10包括被布置在由单晶硅制成的衬底11上的谐振器12。谐振器12周围存在空隙。谐振换能器10还包括壳体14，其与衬底11 一起环绕谐振器12，并且划分出腔室21。谐振换能器10的壳体14为多层结构。
[0043]腔室21被布置在衬底11的侧面Ila上。谐振器12、第一电极15、第二电极16和第三电极17被布置在腔室21中。外延层18被布置在腔室21外部。外延层18、谐振器12、第一电极15、第二电极16和第三电极17均由相同材料制成，例如掺硼的低阻P型半导体。
[0044]谐振器12与第一电极15形成为一体并且电连接至第一电极15。当从壳体14处观察时，谐振器12大致为狭窄的板状结构。谐振器12在外延层18的厚度方向中的长度长于谐振器12在衬底11平面方向中的宽度。而且，对衬底11的预定张应力被附加至板状谐振器12。谐振器12的一端一体地连接至第一电极15。
[0045]第二电极16和第三电极17大致为矩形的组件。第二电极16和第三电极17被布置在谐振器12纵向的两侧，并且与谐振器12保持预定的间隙。在第一电极15、第二电极16和第三电极17上分别布置有连接至外部电路的连接点15a、16a和17a。举例而言，连接点15a、16a和17a由导电金属制成。
[0046]虽然绝缘层22被布置在每个电极15至17与壳体14之间，但绝缘层22并未被布置在腔室21中。而且，虽然绝缘层23被布置在每个电极15至17与衬底11之间，但绝缘层23并未被布置在腔室21中。在谐振换能器的制作工艺中，通过采用SOI衬底作为衬底11以形成绝缘层23。谐振换能器的制作工艺将在下文详细描述。
[0047]腔室21的内部保持了预定的真空度。例如，腔室21中的压力小于或等于数十Pa使得可以通过抑制谐振状态中谐振器的能量损耗来提高谐振频率的测量精确度。谐振器12、第一电极15、第二电极16和第三电极17被布置为与环绕腔室21的组件之间留下了预定间隙。环绕腔室21的组件为衬底11、外延层18和壳体14。
[0048]图3为谐振器和壳体周围的放大截面图。壳体14包括第一层26、第二层27和第三层28。第一层26被布置在绝缘层22上方。第二层27被布置在第一层26上方。第三层28覆盖第一层26和第二层27。举例而言，第一层26、第二层27和第三层28可以由多晶硅、非晶硅、SiC, SiGe和Ge中的任意一种制成。
[0049]第一层26与腔室21和绝缘层22接触。通孔25位于第一层26与腔室21的重叠部分。举例而言，通孔25位于谐振器12的正上方。通孔25沿第一层26的厚度方向延伸。在以下描述中，通孔25在腔室21那一侧的开口部分可以被称为第一开口部分25a。并且，通孔25在第二层27那一侧的开口部分可以被称为第二开口部分25b。
[0050]如图4中所示，在本实施例中，当从第三层28处观察时，通孔25的第一开口部分25a和第二开口部分25b为沿谐振器12延伸的矩形部分。具体而言，通孔25为沿谐振器12的纵向延伸的狭窄立方形空间。
[0051]再次参考图3，第二层27被布置在通孔25的第二开口部分25b的附近，并且覆盖了第二开口部分25b的周围。具体而言，第二层27以预定宽度围绕第二开口部分25b沿通孔25的纵向延伸。
[0052]第三层28覆盖第一层26和第二层27。具体而言，第三层28在第二层27所在的区域中与第二层27接触。而且，第三层28在第二层27的外侧中与第一层26接触。
[0053]在具有上述多层结构的壳体14中，间隙31位于第一层26和第二层27之间。通过与通孔25连通的间隙31来将第二层27与第一层26和通孔25分隔。间隙31从第二开口部分25b —侧上的通孔25的第一位置El延伸至位于第一层26和第二层27之间的第二位置E2。此外，第二层27具有空间29，空间29为从面对第一层26的面27f向着第三层28延伸的凹面空间。
[0054]具体而言，在图1中所示的截面图中，间隙31是沿着第一层26与第二层27的相面对的区域的狭窄空间。空间29为间隙31中的一部分在宽度上的扩展所得。而且，空间29为第二层上的凹面空间。空间29位于通孔25的上方并且位于第一层26与第二层27之间。
[0055]举例而言，第一层26和第二层27之间的间隙31 (即宽度)可以为在形成腔室21的工艺中采用的刻蚀液可以流进和流出的距离。
[0056]非空间隔物32被布置在第二层27上。间隔物32和第二层27成为整体。间隔物32从第二层27上凸出。间隔物32的端面与第一层26接触。间隔物32支撑间隙31以防止间隙31被应力挤压而变窄。间隔物32与间隙31的高度大致相等。
[0057]如图4中所示，间隔物32在间隙31所在的区域中沿通孔25的纵向方向布置。诸如刻蚀液等在间隙31(如图3中所示)中流过的液体会在间隔物32之间流动。因此，间隔物32形成间隙31并且防止对液体流动的阻碍。在本实施例中，每个间隔物32均为长圆柱形。
[0058]图5为谐振换能器的电路示意图。谐振换能器10包括用于激发谐振器12的激发模块41和用于检测谐振器12的振动的振动检测模块42。激发模块41包括第二电极16和驱动电源43。振动检测模块42包括第一电极15、第三电极17、偏压电源44、电阻R1、电阻R2、电阻R3、运算放大器OPl和0P2等。
[0059]驱动电源43提供具有预定驱动电压Vi的交流电压。偏压电源44提供具有预定偏压Vb的直流电压。偏压电源44将恒定偏压Vb施加到第一电极15上。驱动电源43将交流驱动电压Vi施加到第二电极16上。由第三电极17输出基于谐振器12的振动频率的检测信号。
[0060]以下将描述谐振换能器的操作。在将恒定偏压Vb施加给第一电极15并且将交流驱动电压Vi施加给第二电极16之后，连接至第一电极的谐振器12与第二电极16之间产生静电引力。此时，谐振器12以恒定振动频率振动(谐振)。
[0061]另一方面，通过对第一电极15施加偏压Vb，在连接至第一电极的谐振器12与第三电极17之间产生电荷。当谐振器12与第三电极17之间的静电电容根据谐振器12的振动而变化时，产生基于静电电容变化的检测信号。该检测信号为交流电流。运算放大器OPl和0P2放大该检测信号。计数器将由运算放大器OPl和0P2放大的检测信号读取为电压变化，从而可以测量谐振器12的振动频率。
[0062]当谐振器12被施加应力，谐振器12的应变根据应力的量而变化。并且谐振器12的振动频率基于应变的量而变化。从而可以测量谐振器12的应变的量，亦即可以测量施加给谐振器12的应力。
[0063]在这种情况下，由于可以将作为激发电极的第二电极16与作为检测电极的第三电极17分隔开，因此第二电极16和第三电极17之间的寄生电容降低。结果是可以抑制检测电路上驱动电压Vi的串扰。而且，可以提高信噪比。
[0064](谐振换能器的制造方法:第一实施例)
[0065]以下将描述谐振换能器的制造方法和谐振换能器的操作。
[0066]图6至图16为谐振换能器的主体部分的放大截面图以分阶段地描述谐振换能器的制造方法。并且，图6至图16为沿图2中A-A’线截取的截面图。
[0067]首先，如图6中所示，准备SOI衬底51，其中在衬底11上形成氧化层52和硅表面层53。举例而言，氧化层52的厚度约为2微米。而且，硅表面层53的厚度约为I微米。
[0068]随后，如图7中所示，通过外延生长在硅表面层上形成高掺硼率的硅外延层54。高掺硼率的硅外延层54的电阻很低并且类似于导体。在后处理中，在硅外延层54中形成谐振器12、第一电极15、第二电极16和第三电极17 (如图2中所不)。
[0069]而且，由于高掺硼率的娃外延层54的张应力大于衬底11,因此娃外延层54会对后续处理中形成的谐振器12产生张力。当对处于张力状态下的谐振器12施加应力时，应力与频率的平方成正比，可以获得线性度非常好的特性。另一方面，由于在压应力的状态中的操作具有非线性的特性，因此在张应力的状态下执行谐振换能器10的操作。
[0070]以下在(a)至(d)中描述了高掺硼率的硅外延层54的生长条件。
[0071](a)生长温度为1030摄氏度，
[0072](b)在H2气体中，
[0073](c) 二氯甲硅烷(SiH2Cl2)被用作为硅的原料气体，以及
[0074](d)乙硼烷(B2H6)被用作为硼(即所掺杂的杂质)的原料气。
[0075]而且，通过进行预定时长的外延生长以获得(例如)约9微米的高掺硼率的硅外延层54。硅外延层54的厚度与硅表面层53的厚度之和约为10微米。
[0076]随后，如图8中所不,执行对高掺硼率的娃外延层54的图形化。在娃外延层54上形成将要成为谐振器12的外形的沟槽T、第一电极15 (如图2中所示)、第二电极16和第三电极17。举例而言，可以通过施加抗蚀材料来执行对硅外延层54的图形化。也可以通过步进光刻设备(stepper apparatus)来执行图形化。
[0077]举例而言，步进光刻设备的分辨率约为0.3微米。该光刻机还能够曝光亚微米线和空间。可以通过步进光刻设备形成谐振器12的外形图案、第一电极15、第二电极16和第三电极17。
[0078]通过步进光刻设备形成的抗蚀剂层被用作为掩模板，并且刻蚀硅外延层54。形成沟槽T (塑造谐振器12的外形)、第一电极15、第二电极16和第三电极17。举例而言，可以通过干法刻蚀对硅外延层54进行刻蚀。执行干法刻蚀直至刻蚀位置到达位于衬底11上的氧化层52。谐振器12、第一电极15、第二电极16和第三电极17彼此之间电隔离。
[0079]在通过干法刻蚀形成沟槽T的工艺中，适当地通过重复执行硅刻蚀工艺和CF聚合物沉积工艺来在沟槽T的侧壁上形成凹凸部分。举例而言，通过调节刻蚀时间和沉积时间，使得凹凸部分的条纹宽度约等于或大于0.1微米并且凹凸部分的间距约为0.1至I微米。
[0080]随后，如图9中所示，在硅外延层54的上方形成绝缘层56。沟槽T(塑造谐振器12的外形)、第一电极15、第二电极16和第三电极17均被绝缘层56所填充。在娃外延层54上积累预定厚度的绝缘层56。举例而言，绝缘层56可以由氧化硅制成。举例而言，在形成绝缘层56的工艺中，沟槽T的开口端部被正硅酸乙酯(TEOE)的LP-CVD氧化膜或等离子体CVD氧化膜填满。
[0081]举例而言，在700摄氏度和50Pa (Pascal)的低压环境中，通过对TEOS气罐进行鼓泡、引入氮气和氧气、热解TEOS、并且用氧化硅填充沟槽T来形成LP-CVD氧化膜。
[0082]等离子体CVD氧化膜通过以下工艺形成:在真空中引入TEOS和氧气以生成等离子体；在放置在加热到400摄氏度的操作台上的衬底上，用氧化硅填充沟槽T。由于等离子体CVD氧化膜的阶梯覆盖的质量较差，因此在沟槽T的最深处部分中不容易形成膜，而在绝缘层56的一部分中形成了空隙V。
[0083]随后，如图10中所示，举例而言，厚度为数微米的第一层26被形成在覆盖硅外延层54的绝缘层56上方。第一层26为在后续处理中覆盖了腔室21的壳体的一部分。举例而言，第一层26可以由多晶娃、非晶娃、SiC、SiGe和Ge中的任意一种制成。
[0084]随后，如图11中所示，在第一层26的一部分中形成通孔25。举例而言，可以在面对谐振器12的位置，即谐振器12正上方的位置中形成通孔25。同样，举例而言，在形成用于对第一层26的外形进行塑形的抗蚀剂层之后，通过干法刻蚀形成在厚度方向穿透第一层26的通孔25。举例而言，通孔25为沿谐振器12纵向延伸的狭窄的立方形空间(如图4中所示)。
[0085]随后，如图12中所示，在通孔25中以及在第二开口部分25b周围形成氧化层(第一牺牲层)55。举例而言，LP-CVD设备形成覆盖在通孔25内部和周围的氧化层55，通过借助抗蚀材料缓冲HF来移除除通孔25周围以外的其他区域的氧化层，从而形成氧化层55。
[0086]随后，如图13所示，形成氧化膜57 (第二牺牲层)。氧化膜57覆盖氧化层(第一牺牲层)55和第一层26。在氧化膜57的一部分中(具体而言，在通孔25的第二开口部分25b的周围)形成浅凹区58以形成第二层27的间隔物32(如图3中所示)的外形。
[0087]举例而言，LP-CVD设备形成厚度约为100纳米的氧化膜57，采用抗蚀材料并通过缓冲氢氟酸仅移除浅凹区58处的氧化层，从而形成浅凹区58。
[0088]随后，如图14中所示，形成第二层27。第二层27覆盖氧化层(第一牺牲层)55和氧化膜(第二牺牲层)57的一部分。氧化膜57的所述一部分为与氧化层55接触的部分。举例而言，第二层27可以由多晶娃、非晶娃、SiC、SiGe和Ge中的任意一种制成。根据浅凹区58的形状形成间隔物32。间隔物和第二层27形成为整体。
[0089]随后，如图15中所示，通过用稀释的HF溶液刻蚀从而移除氧化层(第一牺牲层)55、氧化膜(第二牺牲层)57、谐振器12周围的绝缘层56、和谐振器周围的氧化层52(将用于形成腔室的刻蚀液从间隙排出到外部的工艺)。通过此工艺，在谐振器12周围形成了要成为腔室21的空间。并且，该空间被维持在谐振器12周围。
[0090]另一方面，通过移除布置在第一层26和第二层27之间的氧化层(第一牺牲层)55和氧化膜(第二牺牲层)57来形成通孔25。同样，在第一层26和第二层27之间形成间隙
31。间隙31从位于通孔25的第二开口部分25b的一侧上的第一位置El延伸至第一层26与第二层27之间的第二位置E2。此外，第二层27具有空间29，该空间29为从面对第一层26的面27f朝向第三层28延伸的凹形空间。稀释HF溶液经过间隙31、空间29和通孔25到达谐振器12周围的绝缘层56。
[0091]通过刻蚀谐振器12周围的绝缘层56和氧化层52以形成腔室21所采用的稀释HF溶液的废液从腔室21的内部经由通孔25、空间29和间隙31排放至外部。
[0092]如上所述，在本实施例中，在谐振器12的正上方的第一层26中形成通孔25，并且谐振器12与第一层26的接触区域减小。因此，即使在谐振器12与第一层26之间残留的液滴被施加了弯月面力并且谐振器12接触到了第一层26，也可以防止谐振器12附着到第一层 26。
[0093]随后，如图16中所不,形成第三层28。第三层28覆盖第一层26和第二层27以用于真空密封。举例而言，第三层28可以由多晶硅、非晶硅、SiC、SiGe和Ge中的任意一种制成。在第三层28中产生拉伸应变或者残留的压应变很小的状态下通过第三层28执行真空密封。可以在900摄氏度条件下执行真空密封。而且可以通过减压外延设备执行200 Torr的真空密封。通过采用SiH4和氢气的混合物作为原料气形成第三层28以执行腔室21的真空密封。此后，在1000摄氏度时在氮气环境下进行退火，腔室21中的残留氢气会被消除从而得到更高的真空度。
[0094]此后，在第一层26接触第三层28的位置上形成暴露连接点15a、16a和17a(如图1和图2中所示)的孔。
[0095]如上所述，在本发明的谐振换能器、其制造方法、以及用于谐振换能器的多层结构中，第一层26的通孔25被布置在谐振器12的正上方，使得可以减小谐振器12与第一层26的接触面积。而且，可以防止谐振器12弯向并附着至第一层26。因此，即使在谐振器12与第一层26之间残留的液滴被施加了弯月面力，也可以防止谐振器12附着到第一层26。
[0096]而且，由于在腔室21中几乎所有的多晶硅层均可以被第一层26与第二层27之间的狭窄间隙31所限制，因此可以防止输出信号强度的变化、谐振器12的谐振频率的变化、以及基于电极短路的输出故障。
[0097]另外，由于通过面对谐振器12的第一层26和空间29将壳体14与谐振器12机械分隔，因此当作为压力传感器测量高压时，第一层26并不会由于高压而弯向谐振器12。因此，可以防止谐振器12的谐振频率随电场分布的变化而改变。此外，可以防止表示变形与谐振频率的变化之间关系的线性特性变差。
[0098]以下将描述谐振换能器的其他实施例。在每个实施例中，与第一实施例中相同的组件以与第一实施例中相同的方式进行编号，并且省略了对于这些组件的解释。
[0099](谐振换能器:第二实施例)
[0100]在第一实施例中，位于第一层26中的通孔25为沿谐振器12的纵向方向延伸的立方形狭窄空间。但是，通孔25的形状和覆盖了通孔25的第二层27的形状并不限于此。
[0101]在如图17所示的谐振换能器60中，在第一层26上沿谐振器12的纵向方向定位圆柱形通孔61。非空间隔物63与第二层27形成为整体。间隔物63与通孔61的第二开口部分61b周围的第一层26接触。举例而言，在如图17所示的谐振换能器60中，在围绕通孔61的第二开口部分61b的位置上，间隔物63与第一层26接触。
[0102](谐振换能器:第三实施例)
[0103]在如图18所示的谐振换能器65中，在第一层26中沿谐振器12的纵向方向定位立方形通孔66。非空间隔物68与第二层27形成为整体。第二层27与通孔66的第二开口部分66b周围的第一层26接触。举例而言,在如图18所不的谐振换能器65中，在通孔66的第二开口部分66b的沿纵向方向的两侧上，间隔物68与第一层26接触。
[0104]在第一层26和第二层27之间形成间隙31 (如图3中所示)的间隔物的形状并不受限于第一实施例或第二实施例中所示的形状。举例而言，间隔物可以为在第一层26和第二层27的至少一个上形成的不规则的凹部或凸部，以允许流体通过。在此情况下，间隔物可以为在第一层26和第二层27的至少一个上的粗糙表面。
[0105](谐振换能器的制造方法:第二实施例)
[0106]图19至图24为第二实施例中谐振换能器的主体部分的放大截面图以分阶段地描述谐振换能器的制造方法。图19为对应于第一实施例的谐振换能器的制造方法中图12的工艺的示意图。如图19中所示，氧化层(第一牺牲层)89形成在第一层81的通孔83中以及第二开口部分83b周围。
[0107]随后，如图20中所示，对第一层81的平面81e进行平面化。81e为第一层81的上表面。通过该平面化工艺，移除了通孔83的第二开口部分83b的外侧，换言之，移除了第一层81的平面Sle的上侧。因此，仅在通孔83的内部形成氧化层(第一牺牲层)89。
[0108]随后，如图21中所示，形成氧化膜(第二牺牲层)57。该氧化膜57覆盖第一层81的平面81e。在氧化膜57的一部分中(具体而言，在通孔83的第二开口部分83b的周围)形成浅凹区58以用于形成第二层87的间隔物32 (如图3中所示)的外形。
[0109]随后，如图22中所示，形成第二层87。第二层87覆盖通孔83的周围。根据浅凹区58的形状形成间隔物32。间隔物32与第二层87形成为整体。
[0110]随后，如图23中所示，通过利用稀释的HF溶液进行刻蚀从而移除氧化层(第一牺牲层)89、氧化膜(第二牺牲层)57、谐振器12周围的绝缘层56、和谐振器12周围的氧化层52。通过此工艺，在谐振器12周围形成了腔室21。并且，在谐振器12周围保持有间隙。
[0111]另一方面，通过移除填充在通孔83中的氧化层(第一牺牲层)55来形成通孔83。同样，通过移除布置在第一层81和第二层87之间的氧化膜(第二牺牲层)57来在第一层81和第二层87之间形成间隙31。间隙31从位于第二开口部分83b周围的第一位置El延伸至第一层81和第二层87之间的第二位置E2。平面87f为第二层87底部除了间隔物32之外的底表面。在本实施例中，平面87f被平面化，并且没有在平面87f上形成凹形空间。
[0112]随后，如图24中所不,形成第三层88。第三层88覆盖第一层81和第二层87以用于真空密封。具体而言，第三层88在位置E2处密封间隙31。在第三层28中产生拉伸应变或者残留的压应变很小的状态下通过第三层88执行真空密封。
[0113]通过该换能器的制造方法，即使在谐振器12和通孔83的第一开口部分83a之间存在液滴，该液滴也可以流进通孔83。因此，可以防止谐振器12由于液滴的弯月面力而附着至第一层81。
[0114]以上描述并示出了本发明的优选实施例，可以理解的是这些均为本发明的示例而并非限制。可以在不脱离本发明的范围的情况下进行添加、省略、替换和其他修改。因此，本发明并不应认为通过以上说明进行限制，而仅通过所附权利要求书的范围进行限制。
【权利要求】
1.一种谐振换能器，包括: 单晶娃衬底； 单晶硅谐振器，其被布置在所述单晶硅衬底上方； 由硅制成的壳体，其围绕所述谐振器并与所述谐振器之间具有间隙，并且所述壳体和所述单晶娃衬底一起形成腔室； 激发模块，其被配置为激发所述谐振器； 振动检测模块，其被配置为检测所述谐振器的振动； 第一层，其布置在所述腔室上方，所述第一层具有在所述谐振器上方的通孔； 第二层，其布置在所述第一层上方，所述第二层覆盖位于所述通孔上方并与所述通孔连通的间隙；以及 第三层，其覆盖所述第一层和所述第二层，并且所述第三层密封所述间隙。
2.如权利要求1所述的谐振换能器，其中 所述第一层、所述第二层和所述第三层由多晶硅、非晶硅、SiC, SiGe和Ge中的任意一种制成。
3.如权利要求1所述的谐振换能器，其中 所述通孔位于所述谐振器的正上方。
4.如权利要求1所述的谐振换能器，还包括: 形成了所述间隙的非空间隔物，所述非空间隔物与所述第二层形成为整体。
5.如权利要求1所述的谐振换能器，其中 所述间隙具有位于所述通孔上方并且位于所述第一层与所述第二层之间的凹形空间。
6.如权利要求1所述的谐振换能器，还包括: 在所述凸起的端面上形成凹部和凸部。
7.如权利要求1所述的谐振换能器，其中 腔室中的压力小于大气压。
8.一种谐振换能器的制造方法，所述方法包括步骤: (a)在层状结构中形成谐振器； (b)在所述层状结构上方形成第一层； (C)在所述第一层中形成通孔，所述通孔位于所述谐振器上方； (d)在所述通孔中形成第一牺牲层； (e)在所述第一牺牲层和所述第一层上方形成第二牺牲层； (f)形成覆盖所述第二牺牲层的一部分的第二层，所述一部分覆盖所述第一牺牲层； (g)通过移除所述第一牺牲层和所述第二牺牲层来在所述第一层与所述第二层之间形成间隙，所述间隙与所述通孔连通；以及 (h)形成覆盖所述第一层和所述第二层的第三层，并且所述第三层密封所述间隙。
9.如权利要求8所述的谐振换能器的制造方法，还包括: 在步骤(e)中，在所述第二牺牲层中形成浅凹区；以及 在步骤(f)中，根据浅凹区的形状形成与所述第二层成为整体的非空间隔物，所述非空间隔物形成了所述间隙。
10.一种用于谐振换能器的多层结构，所述多层结构包括: 具有通孔的第一层； 布置在所述第一层上方的第二层，所述第二层覆盖位于所述通孔上方并与所述通孔连通的间隙；以及 覆盖所述第一层和所述第二层的第三层，并且所述第三层密封所述间隙。
11.如权利要求10所述的用于谐振换能器的多层结构，其中 所述第一层和所述第二层由多晶娃、非晶娃、Sic、SiGe和Ge中的任意一种制成。
12.如权利要求10所述的用于谐振换能器的多层结构，其中 所述通孔位于所述谐振器的正上方。
13.如权利要求10所述的用于谐振换能器的多层结构，还包括 形成了所述间隙的非空间隔物，所述非空间隔物与所述第二层形成为整体。
14.如权利要求10所述的用于谐振换能器的多层结构，其中 所述间隙具有位于通孔上方并且位于所述第一层与所述第二层之间的凹形空间。
【文档编号】G01L9/00GK104344921SQ201410381854
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年8月5日 优先权日:2013年8月7日
【发明者】吉田隆司, 三岛猛, 岩井滋人, 吉田勇作 申请人:横河电机株式会社