CN1831478A - 用于制造振动陀螺传感器和振动元件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种振动陀螺传感器包括：支撑衬底，在该支撑衬底上形成具有多个焊接区的布线图案；以及安装在该支撑衬底的表面上的振动元件。该振动元件包括：具有安装表面的基底部分，在该安装表面上形成多个终端；以及振动器部件，在振动器部件以悬臂的方式从该基底部分的一侧整体地突出，并且具有与该基底部分的安装表面共面的面向衬底的表面。该振动器部件具有按顺序在该面向衬底的表面上形成的第一电极层、压电层和第二电极层。而且，在该振动器部件的基底端形成加强件，以便该振动器部件的截面面积向着基底部分逐渐增加。
Description
技术领域
本发明涉及一种角速度传感器，该角速度传感器例如用于检测摄像机的运动模糊、用于检测虚拟现实装置中的运动、用于检测汽车导航系统中的方向等。特别地，本发明涉及一种用于制造每个都包括悬臂振动器的小型振动陀螺传感器和振动元件的方法
背景技术
用户角速度传感器即所谓的振动陀螺传感器已经被广泛地使用，在每个中的悬臂振动器以预定的谐振频率振动，并且通过压电元件检测受角速度影响而产生的科里奥利(Coriolis)力，以检测该角速度。
该振动陀螺传感器的优点在于机构简单、起动时间短以及制造成本低。例如，将振动陀螺传感器安装在电子装置，如摄像机、虚拟现实装置和汽车导航系统上，以分别检测运动模糊(burring)、操作和方向。
通常的振动陀螺传感器包括振动元件，该振动元件通过机械切割适当的压电材料以形成预定的形状而制造。在其上安装振动陀螺传感器的主体装置的尺寸和重量减小，而功能和性能提高的情况下，需要该振动陀螺传感器具有更小的尺寸和更高的性能。然而，由于加工精度的限制，很难制造具有高精度的小型振动元件。
因此，近来提出一种包括悬臂振动元件的振动陀螺传感器，该悬臂振动元件通过使用半导体工艺的薄膜加工技术将成对的电极层与在其间提供的压电薄膜层一起层压到硅衬底上形成(例如，参考日本专利申请公开No.7-113643)。这种陀螺传感器的尺寸和厚度得以减小，并且通过与用于其它目的的传感器结合而实现功能的多元化或提高。
发明内容
将振动陀螺传感器安装在安装衬底如控制衬底等上，并且进一步安装在主体装置上。因此，在该主体装置的尺寸和重量减小，而功能和性能提高的情况下，需要该振动陀螺传感器具有更小的尺寸和更高的性能。在通常的振动陀螺传感器中，通过引线接合过程将振动元件的每个电极都接合到支撑衬底上的焊接区(land)，这样优选地在该振动元件周围形成引线空间，由此限制了最小化。
因此，为了提高安装空间和安装效率，尝试通过将用作用于半导体芯片等的安装工艺的倒装安装工艺在支撑衬底上表面安装振动元件。同样地，在振动陀螺传感器中，尝试在安装衬底上表面安装支撑衬底，以提高该安装步骤的空间和效率。
另一方面，当振动元件的尺寸和安装的表面减少时，振动陀螺传感器强烈地受到外部施加的外负荷如振动、冲击等的影响。在振动陀螺传感器中，将振动元件的尺寸减少到大约通常体积的1/100，由此造成对机械外负荷保持耐久性的困难。因此，例如，当该装置错误地下落时，振动元件会由于高冲击力而破损，特别是破碎，由此造成可靠性降低的问题。
同样，在振动陀螺传感器中，在根据功能多样化和提高的需要尝试减小尺寸和厚度的情况下，很难在电极层或者布线图中获得足够的空间。而且，由于附着于每个电极层的具有湿气、灰尘等的污染物的影响，在电极层之间会出现泄漏，从而出现噪声。因此，输出了叠加在输出信号上的噪声，由此造成了不能高精度地检测振动的问题。
而且，当通过在相同的支撑衬底上将振动陀螺传感器与其它传感器组件、电子组件等安装在一起使得振动陀螺传感器的性能得到多元化或提高时，优选地在这些组件之间保持绝缘。此外，希望保护电极层和压电薄膜层，它们中每一个在硅衬底上形成小的厚度，并且阻止每个电极层的氧化。
另一方面，在半导体技术中，通常使用适当掺杂的N型或P型单晶硅衬底，并且通过薄膜制备工艺在该衬底的主面上形成元件和精细图案。这种单晶硅衬底具有例如几十Ω·cm的体电阻率的特性。通常的振动陀螺传感器的问题在于，由于外部光和热负荷使得振动元件的特性极大地改变，由此不能稳定地高精度地检测运动，其中该振动元件包括在用作基底的单晶硅衬底上与压电薄膜层一起形成的电极层。
虽然详细的机理还不知道，但是注意到在振动陀螺传感器中，层中存在的空穴和载体由于光或热而激发，以产生微电流，该微电流影响振动元件的特性。同样，在振动元件中，电极层与硅层是短路的，这归因于加工期间通过在单晶硅衬底的表面上形成的氧化层在该电极层和硅层中产生的针孔(pinholes)、加工期间由于粗心的处理在氧化膜中产生的缺陷、或者在加工期间由于图案精度误差或阻止氧化膜腐蚀的杂质在氧化膜中产生的缺陷。也就是，通常的振动陀螺传感器的问题在于通过具有低体积电阻率的硅层在电极之间出现短路缺陷，因而减少产量。
希望提供一种振动陀螺传感器，其具有改进的耐久性和低成本，同时保持微粒化特性，以及一种用于制造该振动陀螺传感器的方法。
还希望提供一种小型振动陀螺传感器，其能够通过密封电极层消除湿气、灰尘等的影响，并且能够精确和稳定地检测振动，以及一种用于制造该小型振动陀螺传感器的方法。
进一步希望提供一种振动陀螺传感器，其相对于外部干扰如外部光、热等在耐久性方面具有改进，并且在产量方面也具有改进。
根据本发明的实施方式，提供一种振动陀螺传感器，包括：支撑衬底，在该支撑衬底上形成具有多个焊接区的布线图案；以及安装在该支撑衬底的表面上的振动元件。该振动元件包括：具有安装表面的基底部分，在该安装表面上形成多个连接到该焊接区的终端；以及振动器部件，该振动器部件以悬臂的方式从该基底部分的一侧整体地突出，并且具有面向该衬底的表面，该表面与该基底部分的安装表面共面。并且，该振动器部件具有在该面向衬底的表面上形成的第一电极层、在该第一电极层上层压的压电层、以及在该压电层上层压的第二电极层。而且，在该振动器的基底端形成加强件，以便该振动器部件的截面面积向着该基底部分逐渐增加。
根据本发明的另一实施方式，提供一种用于制造振动元件的方法，该振动元件包括：具有安装表面的基底部分，在该安装表面上形成多个终端；以及振动器部件，该振动器部件以悬臂的方式从该基底部分的一侧整体地突出，并且具有面向该衬底的表面，该表面与基底部分的安装表面共面，该振动器部件具有在面向衬底的表面上形成的第一电极层、在该第一电极层上层压的压电层、以及在该压电层上层压的第二电极层。该方法包括以下步骤：通过刻蚀在硅衬底的第一主面上形成刻蚀凹口，该刻蚀凹口具有以预定的倾角和对应于该振动元件的振动器部件的厚度的深度从该第一主面倾斜的刻蚀斜面；在面向该硅衬底的刻蚀凹口的第二主面上形成压电层以及第一和第二电极层；通过构图在该刻蚀凹槽内形成U形外部凹槽，该外部凹槽包括用于形成该振动器部件的外部形状的通槽；以及在该外部凹槽的两端切割该硅衬底，以便切割掉该振动元件的基底部分。在形成外部凹槽的步骤中，在刻蚀凹口的中间位置形成该外部凹槽的两端，以便在该振动器部件的基底端形成加强件，从而使该振动器部件的截面面积向着该基底逐渐增加。
通过在振动器部件的基底端形成加强件，使得即使在将大的外负荷施加到该振动元件时，也可以阻止该振动器部件破损，并且提高了耐久性，同时保持了最小化特性。由于在制造振动元件的工艺中形成该加强件，因此不需要提供形成该加强件的特殊步骤，因而可以高产量、低成本地制造具有加强件的振动元件。
当在该振动器部件的面向衬底的表面上形成绝缘保护层以密封第一电极层、压电层和第二电极层时，切断了空气中的湿气、灰尘等，以便阻止到每个电极层的粘合，并且阻止电极层的氧化，从而电绝缘电极层，或者机械地保护电极层和压电层。结果，可以稳定和精确地检测振动。
而且，将未掺杂的单晶硅衬底用作振动元件的构成基底材料，以降低该基底材料的导电率。因此，可以提高抵抗外部光和热的耐久性，并且在制造工艺期间降低缺陷如夹层短路的比率，由此提高产量。
如上所述，根据本发明的实施方式，在该振动器部件的基底端形成加强件，以提高机械强度，并且通过简单的工艺形成该加强件。因此，可以提高抵抗外负荷如冲击等的耐久性，并且精确检测角速度的变化。
由于形成该绝缘保护层，以便密封在振动器部件的表面上形成的电极层和压电薄膜层，因而可以阻止湿气和灰尘到该电极层的粘合，并且精确地检测振动，该电极层小且薄，并具有狭窄的空间。
而且，由于使用未掺杂的单晶硅衬底作为振动元件的基底材料，因而可以在该制造工艺期间提高抵抗光和热的耐久性，或者降低缺陷如夹层短路的比率，由此提高产量。
附图说明
图1是根据本发明的第一个实施方式的整个振动陀螺传感器的透视图，其具有移开的覆盖元件；
图2是图1所示的振动陀螺传感器的振动元件的主要部分的截面图；
图3是在振动陀螺传感器安装在控制衬底上的状态时，图2所示的振动陀螺传感器的振动元件的主要部分的截面图；
图4是振动元件的仰视图；
图5是振动陀螺传感器的仰视图；
图6是振动陀螺传感器的电路的方框图；
图7是从底部看，整个振动元件的透视图；
图8是从顶部看，整个振动元件的透视图；
图9A和9B是表示分别在振动元件的振动器部件上形成倒角部分和熔化表面的步骤的图；
图10是用于制造振动陀螺传感器的方法的主要步骤的流程图；
图11是在用于制造振动元件的过程中使用的硅衬底的平面图；
图12是图11所示的硅衬底的截面图；
图13是硅衬底的平面图，在该硅衬底上通过构图在光刻胶层中形成振动元件的形成部分；
图14是图13所示的硅衬底的截面图；
图15是硅衬底的平面图，在该硅衬底上通过构图在二氧化硅薄膜中形成振动元件的形成部分；
图16是图15所示的硅衬底的截面图；
图17是硅衬底的平面图，其中形成刻蚀凹口，该刻蚀凹口构成相应的限定相应的振动器部件的厚度的隔膜部分；
图18是图17所示的硅衬底的截面图；
图19是一个刻蚀凹口放大的截面图；
图20是主要部分的截面图，其中在每个隔膜部分上层压第一电极层、压电薄膜层和第二电极层；
图21是主要部分的平面图，其中将驱动电极层和检测电极构图在图20所示的第二电极层中；
图22是图21所示的主要部分的截面图；
图23是主要部分的截面图，其中将压电薄膜层构图在图20所示的压电膜层中；
图24是图23所示的主要部分的截面图；
图25是主要部分的平面图，其中将参考电极层构图在图20所示的第一电极层中；
图26是图25所示的主要部分的截面图；
图27是主要部分的平面图，其中形成平面层；
图28是图27所示的主要部分的截面图；
图29是主要部分的截面图，其中在基底部分的相应形成区域上形成引线；
图30是图29所示的主要部分的截面图；
图31是主要部分的截面图，其中形成光刻胶层以形成绝缘保护层；
图32是图31所示的主要部分的截面图，其中形成绝缘保护层的第一氧化铝层；
图33是图31所示的主要部分的截面图，其中形成绝缘保护层的二氧化硅层；
图34是图31所示的主要部分的截面图，其中形成绝缘保护层的第二氧化铝层以及刻蚀停止层；
图35是主要部分的截面图，其中形成外部凹槽以形成振动部分；
图36是图35所示的主要部分的截面图，从垂直于振动器部件的纵向的方向看；
图37是图35所示的主要部分的截面图，从振动器部件的纵向看；
图38A、38B和38C是说明控制振动器部件的步骤的图；
图39是表示加强件的长度尺寸和振动器部件的幅度之间的关系的曲线图；
图40A和40B是表示下落试验结果的曲线图；
图41是表示加强件的长度尺寸和纵向谐振频率之间的关系的曲线图；
图42是表示在用于形成绝缘保护层的二氧化硅层的溅射容器中噪声的出现率和气体压力条件之间的关系的曲线图；
图43是表示二氧化硅层的厚度和噪声的出现率之间的关系的曲线图；
图44A和44B是振动陀螺传感器的缺陷率的特征图，其中图44A表示包括根据本发明实施方式的振动元件的振动陀螺传感器的缺陷率，而图44B表示作为比较例的包括使用通常的硅衬底生产的振动元件的振动陀螺传感器的缺陷率；
图45是表示由于外部干扰电容改变的曲线图；
图46是表示由于外部干扰偏移电压改变的曲线图；
图47是表示随着硅衬底的体积电阻率的改变偏移电压变化的曲线图；
图48A和48B是表示振动器部件的对称和振动模式之间的关系的图，其中图48A表示对称的振动器部件的振动模式，而图48B表示不对称的振动器部件的振动模式；
图49A和49B是表示形成用于切割振动器部件的外部形状的外部凹槽的步骤的图，其中图49A从振动器部件的纵向看主要部分的截面图，而图49B是从垂直于振动器部件的纵向的方向看主要部分的截面图；
图50A和50B是表示本发明的第二实施方式的操作的图，其中图50A表示对称振动器部件的振动模式，而图50B表示不对称振动器部件的振动模式；
图51是示意性地表示振动元件的主要部分中振动器部件的基底端(根部)的形状的平面图；
图52A和52B是表示振动器部件的根部形状的对称和振动模式之间的关系的图，其中图52A表示具有对称的根部形状的振动器部件的振动模式，而图52B表示具有不对称的根部形状的振动器部件的振动模式；
图53是在根据本发明的第三个实施方式形成外部凹槽的步骤中主要部分的平面图；
图54是振动器的主要部分的平面图，用于表示本发明的第三个实施方式的操作；
图55A、55B和55C是分别表示振动器部件的根部形状的例子的图；
图56是示意性地表示具有在其表面上形成的电极层的振动器部件的弯曲状态的截面侧视图；
图57是根据本发明的第四个实施方式的振动元件的截面侧视图；以及
图58是表示振动器部件的弯曲量和检测信号输出之间的关系的曲线图。
具体实施方式
下面参照附图详细地描述根据本发明实施方式的振动陀螺传感器。
本发明不限制于这些实施方式，并且在本发明的技术思想的基础上可以进行不同的变形。虽然下面是使用特定的尺寸值描述每个组成元件的部件，但是每个尺寸值是中心参考值。同样，每个部件的尺寸值不限于这些中心参考值，并且每个部件可以由通常的容许界限内的尺寸值形成。而且，振动陀螺传感器的尺寸值不限于这些尺寸值，并且每个部件可以根据特征规格适当地形成。
第一实施方式
(振动陀螺传感器的示意构造)
参照图1，振动陀螺传感器1具有包括支撑衬底2和覆盖元件15的外部元件，该覆盖元件15与支撑衬底2的第一主面2-1结合以形成组件安装空间3。例如，将振动陀螺传感器1安装在摄像机上以用作校正运动模糊的机构。同样，例如，将振动陀螺传感器1用于虚拟现实装置以用作运动检测器，或者用于汽车导航系统以用作方向检测器。
振动陀螺传感器1例如包括作为支撑衬底2的陶瓷衬底或玻璃衬底。同样，将具有多个焊接区4的预定布线图案5形成在支撑衬底2的第一主面2-1上以形成组件安装区域6。在组件安装区域6中，混合装载有一对第一和第二振动元件20X和20Y(在下文中除非特指否则统称作“振动元件20”)、IC电路元件7、以及多个陶瓷电容器和电子组件8，它们是外部提供的，并且该振动元件20X和20Y安装来检测不同轴向方向上的振动，这将在下面详细地描述。
在支撑衬底2的组件安装区域6中，通过使用适当的安装机器的倒装工艺来表面安装振动元件20以及IC电路元件7和电子组件8。将具有相同形状的振动元件20X和20Y对安装在支撑衬底2的第一主面2-1的对角2C-1和2C-2处，以便具有不同的轴线。如图2所示，每个振动元件20有具有安装表面的基底部分22，在该安装表面上形成多个通过金凸点26连接到相应的焊接区4的终端25，以及以悬臂形式整体地从基底部分22的一个侧面突出的振动器部件23。下面将详细地描述每个振动元件20的结构。
如图1所示，将第一振动元件20X的基底部分22固定到浮动的岛状第一振动元件安装区域13A，该第一振动元件安装区域13A在支撑衬底2的组件安装区域6的拐角2C-1处形成，并且将从基底部分22整体突出的振动器部件23沿支撑衬底2的侧边定向到与拐角2C-1相邻的拐角2C-3。将另一个第二振动元件20Y的基底部分22固定到浮动的岛状第二振动元件安装区域13B，该第二振动元件安装区域13B在支撑衬底2的组件安装区域6的拐角2C-2处形成，并且将从基底部分22整体突出的振动器部件23沿支撑衬底2的侧边定向到与拐角2C-2相邻的拐角2C-3。
换句话说，将第一和第二振动元件20X和20Y以90°角安装在支撑衬底2上，以便将振动器部件23定向到拐角2C-3。振动陀螺传感器1适于使用振动元件20X和20Y对检测彼此垂直的两个轴向方向上的振动。然而，也可以根据主体装置的规格将振动元件20X和20Y以适当的角度安装在支撑衬底2上。
振动陀螺传感器1检测在振动器23谐振的状态下振动元件20的振动器部件23的纵向方向周围的角速度。在振动陀螺传感器1中，将第一和第二振动元件20X和20Y以一定角度安装在支撑衬底2上，以同时检测X轴和Y轴方向上的角速度。例如，在摄像机中，该振动陀螺传感器用作运动模糊的校正机构，该校正机构基于由于运动模糊的振动状态输出控制信号。
接下来，将详细地描述支撑衬底2的构造。
(负荷缓冲结构)
通过使支撑衬底2的厚度变薄可以减少振动陀螺传感器1的尺寸和厚度。因此，由于外部施加的外负荷，如振动、冲击等，会使支撑衬底2中出现应变或应力。在本实施方式中，在支撑衬底2上提供了用于外负荷的缓冲结构，以在即使出现应变或应力的情况下也能减少对支撑衬底2上安装的振动元件20的影响。
如图1至3所示，分别在第一主面2-1的拐角2C-1和2C-2处形成第一负荷缓冲槽12A和12B(在下文中除非特指否则统称作“第一负荷缓冲槽12”)。在由相应的第一负荷缓冲槽12环绕的区域中形成振动元件安装区域13A和13B(在下文中除非特指否则统称作“振动元件安装区域13”)，并且将振动元件20安装在相应的振动元件安装区域13上。
如图3所示，在支撑衬底2中，在第二主面2-2中形成第二负荷缓冲槽14，将该第二主面2-2安装在主体装置等的外部控制衬底100之上。如图5所示，第二负荷缓冲槽14包括第二负荷缓冲槽14A和14B(下文中除非特指否则统称作“缓冲槽14”)。如图5所示，将由第二负荷缓冲槽14环绕的区域用作终端信息区域115A和115B(下文中除非特指否则统称作“终端信息区域115”)。
如图4所示，将每个第一负荷缓冲槽12形成为底部的框状槽，以形成比每个振动元件20的基底部分22的外部形状更大的振动元件安装区域13。第一负荷缓冲槽12例如通过切块机(dicer)机械开槽、通过湿刻蚀或使用激光器的干刻蚀化学开槽形成。在支撑衬底2的机械强度没有受损的范围内，每个第一负荷缓冲槽12形成100μm或者更多的深度。
如图5所示，第二负荷缓冲槽14A和14B沿支撑衬底2的外周线平行地形成。将该外周线和相应的第二负荷缓冲槽14A和14B之间的区域分别用作终端信息区域115A和115B，在每个终端信息区域中，适当地排列多个安装终端部分116A或116B(在下文中除非特指否则统称作“安装终端部分116”)。通过凸点117将安装终端部分(外部连接终端)116连接到相应的控制衬底100上的焊接区，以便将支撑衬底2安装在控制衬底100上，该凸点焊盘117提供在相应的安装终端部分116上。
与第一负荷缓冲槽12相同，将每个第二负荷缓冲槽14通过切块机机械开槽、通过湿刻蚀或使用激光器的干刻蚀化学开槽等在支撑衬底2的第二主面2-2中形成预定的深度。第二负荷缓冲槽14在支撑衬底2的第二主面2-2上形成浮动的岛状终端信息区域115，并且将多个安装终端部分116沿支撑衬底2的外边排列在每个终端信息区域115中。第二负荷缓冲槽14不限于沿该外边的线性槽，并且该第二负荷缓冲槽14例如也可以形成为环绕每个安装终端部分116的框形或者两端都朝向该外边的基本U形的形状。
在支撑衬底2中，形成多个穿过第一和第二主面2-1和2-2的通孔，以便将第一主面2-1上的布线图案5通过该通孔适当地连接到第二主面2-2上的安装终端部分116。
当对该主体装置施加冲击时，应变或应力通过控制衬底100出现在振动陀螺传感器1的支撑衬底2中。在本实施方式中，如上所述，将每个振动元件20安装在浮动的岛状振动元件安装区域13上，该振动元件安装区域13由第一负荷缓冲槽12环绕。因此，将由外负荷产生的应变或应力通过第一负荷缓冲槽12吸收。因此，将每个第一负荷缓冲槽12都用作减少外负荷对安装在振动元件安装区域13上的振动元件20的影响的卸载器(dumper)，由此允许振动元件20稳定地检测运动。
另一方面，在振动陀螺传感器1中，如上所述，提供第二负荷缓冲槽14，以便将在每个浮动的岛状终端信息区域115上提供的安装终端部分116用作固定于控制衬底100的部分。在本实施方式中，将通过控制衬底100传递的外负荷通过第二负荷缓冲槽14吸收。因此，将每个第二负荷缓冲槽14用作减少外负荷对安装在振动元件安装区域13上的振动元件20的影响的卸载器，由此允许振动元件20稳定地检测运动。
将每个第一负荷缓冲槽12沿整个外周连续地形成，并且具有U形的截面形状，但是不限于此。在整体上满足预定特性的条件下，每个第一负荷缓冲槽12例如可以通过排列多个槽以形成框形而形成。同样，每个第二负荷缓冲槽14也不限于连续的槽，并且每个第二负荷缓冲槽14例如可以通过排列多个槽而形成。而且，虽然将第一负荷缓冲槽12和第二负荷缓冲槽14分别形成在支撑衬底2的第一主面2-1和第二主面2-2中，以便形成包括前和后表面的负荷缓冲结构，但是也可以仅提供第一负荷缓冲槽12或第二负荷缓冲槽14，以形成负荷缓冲结构。
(空间形成凹口)
在支撑衬底2中，将凹口11A和11B(下文中除非特指否则统称作“空间形成凹口11”)形成在分别对应于振动元件20X和20Y的组件安装区域6中，以便形成空间，在该空间中相应的振动器23在厚度方向上自由振动。通过例如刻蚀或开槽支撑衬底2的第一主面2-1，将每个空间形成凹口11形成具有预定的深度和孔径的底部的矩形凹槽。
在振动陀螺传感器1中，每个振动元件20包括整体地形成的基底部分22和悬臂振动器部件23，通过金凸点26将该振动元件安装在支撑衬底2的第一主面2-1上。每个振动元件20的振动器部件和支撑衬底2的第一主面2-1之间的空间由金凸点26的厚度确定，以便减少整个结构的厚度。然而，由于金凸点26的工艺限制不能保持足够的空间。
在振动器部件23振动操作的情况下，每个振动元件20在支撑衬底2的第一主面2-1和振动元件20之间产生气流。该气流与支撑衬底2的第一主面2-1碰撞，以造成将每个振动器部件23向上推的阻尼效应。在本实施方式中，在支撑衬底2的第一主面2-1中形成空间形成凹口11，因此在第一主面2-1和每个振动器部件23之间保持足够的空间，如图2所示，由此减少了振动元件20的阻尼效应。
在振动陀螺传感器1中，将振动元件20安装在支撑衬底2的第一主面2-1上，以便振动器部件23与相应的空间形成凹口11相反延伸，因此在每个振动器23和支撑衬底2之间保持了足够的空间，同时使振动陀螺传感器1保持很小的厚度，如图2所示。因此，当振动器部件23在厚度方向上振动时，减少了阻尼效应，由此得到每个振动元件20的稳定的检测操作。
根据振动元件20的振动器部件23的尺寸将空间形成凹口11优化，并且将其形成在支撑衬底2中。在本实施方式中，当将每个振动元件20通过下述的尺寸值形成时，每个空间形成凹口11的孔径是2.1mm×0.32mm，深度尺寸k(参照附图2)是k≥p/2+0.05mm，其中p是振动器部件23的最大振幅。当将具有这种结构的空间形成凹口11形成在支撑衬底2中时，抑制该高度尺寸以使其变薄，且减少振动元件20的阻尼效应影响以保持高Q因数，并且允许具有高灵敏度的稳定的如运动模糊等的运动检测。
接下来，将详细地描述振动元件20的结构。
(金凸点)
将每个振动元件20安装在振动元件安装区域13上，以便包括如下所述硅衬底21的第二主面21-2的基底部分22的第二主面22-2形成固定于支撑衬底2的固定表面(安装表面)。如图4所示，将第一至第四终端部分25A至25D(下文中除非特指否则统称作“终端部分25”)形成在基底部分22的安装表面22-2上，并且将第一至第四金凸点26A至26D(下文中除非特指否则统称作“金凸点焊盘26”)分别形成终端部分25上的金属突起。
将每个振动元件20的终端部分25对应于在支撑衬底2上的布线图案5中形成的相应的焊接区4形成。因此，每个终端部分25与相应的焊接区4对准，并且与支撑衬底2结合。在这种状态下，在应用超声波时将振动元件20压在支撑衬底2上，以便通过金凸点26将终端部分25焊接到相应的焊接区4。结果，将振动元件20安装在支撑衬底2上。这样，当将振动元件20与具有预定高度的金凸点26安装在一起时，每个振动器部件23执行预定的振动运动，而第二主面(面向衬底的表面)23-2保持在距离支撑衬底2的第一主面2-1预定的高度处。
在本实施方式中，通过将振动元件20表面安装在支撑衬底2上提高了安装步骤的效率。在表面安装过程中使用的该连接器不限于上述金凸点26，也可以使用通常在半导体加工工艺中使用的其它不同的金属突起如焊球、铜凸点等。在本实施方式中，用于制造主体装置的方法包括用于通过凸点117将支撑衬底2的安装终端部分116连接并且固定到控制衬底100相应的焊接区的回流焊接，因此将具有高耐热性和高可加工性的金凸点26用作连接器。
在振动陀螺传感器中，通过将振动元件固定到支撑衬底的结构确定机械品质因数(Q因数)。在本实施方式中，将振动元件20通过凸点26安装在支撑衬底2上，以便基底部分22浮在支撑衬底2的第一主面2-1上。因此，与例如通过粘结层将基底部分完全地粘结到支撑衬底的情况比较，提高了每个振动器部件23末端的阻尼度以得到满意的Q因数。此外，当将基底部分22固定在支撑衬底2的第一主面2-1的多个位置时，与将该基底22固定在一个位置的结构比较，可以得到满意的Q因数。因此，将基底部分22固定在支撑衬底2上的四个拐角，由此获得满意的Q因数。
可以如此提供每个金凸点26，即相对于每个振动器部件23的纵向中心轴，将该实体的重心定位在宽度尺寸t6的范围内(参照附图7)。通过如此布置金凸点26，每个振动器部件23可以在厚度方向上稳定地振动，而不破坏横向平衡。
而且，将每个金凸点26形成在从每个从基底部分22突出的振动器部件23的基底端(根部部分43)(参照附图35)起具有两倍于振动器部件23的宽度尺寸t6的半径的区域外侧。因此，减少通过金凸点26吸收振动器部件23的振动的操作，以保持高Q因数。
此外，将至少一个金凸点26形成在从每个振动器部件23的基底端起两倍于基底部分22的厚度尺寸t1(参照附图7)的区域内。因此，将每个振动器部件23的振动传递到基底部分22，由此阻止了谐振频率平移的出现。
而且，每个金凸点26可以包括两级凸点，并且将第五金凸点形成为不包括在每个基底部分22的第二主面上的电连接中的虚拟物。在这种情况下，当然，将虚拟终端部分形成在支撑衬底2上，将相应的第五金凸点焊接到该虚拟终端部分。
(元件的形成)
如图7所示，在根据本实施方式的每个振动元件20中，振动器部件23具有与基底部分22的第二主面(安装表面)22-2共面的第二主面(面向衬底的表面)23-2，并且以悬臂方式突出，其一端与基底部分22形成整体。如图8所示，振动器部件23具有从基底部分22的第一主面(上表面)22-1逐步降低的上表面23-1，以便具有预定的厚度。振动器部件23具有预定的长度和截面积，并且包括悬臂，该悬臂与基底部分22的一侧22-3整体地形成，并且具有矩形横截面。
同样，如图7和8所示，下面将详细地描述加强件129，该加强件129与从每个基底部分22的侧面22-3突出的基底端整体地形成。在每个振动器部件23中，在所有第一主面(上表面)23-1的边缘以及加强件129的边缘形成倒角部分130。
如图7所示，每个振动元件20的基底部分22具有300μm的厚度t1，至振动器部件23的尖端的3mm的长度尺寸t2，以及1mm宽度尺寸t3。每个振动元件20的振动器部件23具有100μm的厚度尺寸t4，2.5mm的长度尺寸t5，以及100μm的宽度尺寸t6。每个振动器部件23包括在从基底部分22的侧面22-3起50μm的长度尺寸t29的区域内形成的加强件129。如在下面所详细描述的，每个振动元件20通过驱动电压在由驱动检测器电路部件50施加的预定频率下振动，但是由于上述形状在40kHz的谐振频率振动。每个振动元件20的结构不限于上述结构，根据使用的频率以及预期的总体形状可以不同地确定该结构。
而且，如此形成每个振动元件20，以便满足下面对于每个基底部分22和振动器部件23的条件。也就是，将每个基底部分22以宽度尺寸t3形成，该宽度尺寸是振动器部件23的宽度尺寸t6的两倍或者更多倍，并且相对于振动器部件23的纵向中心轴将重心定位在两倍于振动器部件23的宽度尺寸t6的区域中。在这种结构中，每个振动器部件23令人满意地振动，而没有破坏横向平衡。此外，当每个基底部分22的厚度尺寸t1是振动器部件23的厚度尺寸的1.5倍时，保持基底部分22的机械强度，以阻止基底部分22由于振动器部件23的振动而振动，由此阻止了谐振频率平移的出现。
(加强件)
在每个根据本实施方式的振动元件中，在振动器部件23上形成加强件129，以提高基底端及其附近的机械强度。因此，即使施加大的外负荷时，也可以抑制振动器部件23破损的出现。如图8所示，如此形成加强件129，以便在振动器部件23突出的基底部分22的侧面22-3具有最大的截面尺寸，并且具有这样的截面形状，其中厚度和宽度在上述长度尺寸t29的范围内逐渐减少。
在每个振动器部件23的基底端的长度尺寸t29的范围内，加强件129包括厚度尺寸向着基底部分22逐渐增加的垂直加强件129V，以及宽度尺寸向着基底部分22的侧面22-3逐渐增加的水平加强件129H。在振动器部件23的长度方向上，从基底部分22的侧面22-3起，每个形成加强件129的振动器部件23的基底端的长度尺寸t29的上限是60μm，如下所述。
如下所述，在每个振动元件20中，将构成隔膜部分38的刻蚀凹口37通过刻蚀硅衬底21形成(附图19)，并且然后将隔膜部分38切割成预定的形状，由此形成振动器部件23的外部形状。如下所述，在通过刻蚀形成的刻蚀凹口37的刻蚀斜面133的中间位置，通过切割基底部分22的外部形状形成加强件129。
即，通过振动元件生产工艺生产每个振动元件20，如在下面所详细描述的，使用切割的硅衬底21，以便主面是(100)取向平面，侧面是(110)取向平面，因而具有侧面的刻蚀速度低于主面的刻蚀速度的特征。在振动元件生产工艺中，将硅衬底21从第一主面21-1刻蚀以形成刻蚀凹口37，每个刻蚀凹口37构成隔膜部分38，该隔膜部分38具有对应于振动器部件23的厚度，该厚度是刻蚀凹口37的底部和第二主面21-2的总厚度。根据上述特征，横向上的刻蚀速度低于厚度方向上的刻蚀速度，因此形成刻蚀凹口37，以便每个刻蚀凹口37的孔径从第一主面21-1向着底部逐渐减少。每个刻蚀凹口37具有55°倾角的刻蚀斜面133，将该刻蚀斜面133形成在从第一主面21-1到底部的内壁上。
每个振动元件20通过在硅衬底21中形成的刻蚀凹口37中开槽隔膜部分38形成，以形成用于切割振动器部件23的外部形状的凹槽，然后在切割步骤中切割基底部分22。即，每个振动元件20通过从刻蚀斜面133的中间位置开始切割振动器部件23的外部形状，然后切割基底部分22的外部形状形成，以便振动器部件23的基底端的厚度向着侧面22-3以55°逐渐增加。结果，如图8所示，在基底端形成上述加强件129。
由于每个振动元件20具有在振动器部件23的基底端形成的加强件129，因而提高了机械强度。因此，即使在安装根据本实施方式的振动陀螺传感器1的主体装置错误地落下而遭到强烈的冲击等时，也会阻止振动器部件23中破损、破裂等的出现。
在每个振动元件20中，在下述振动元件生产工艺期间，巧妙地使用用于硅衬底的刻蚀技术在小型振动器部件23的基底端形成加强件129。因此，容易地形成加强件129，而不需要机械加工如精确抛光等。
(倒角部分和熔化部分)
另一方面，硅衬底21具有有微不规则、微裂缝等的表面。而且，硅衬底21通过用于切割每个振动器部件23的外部形状的反应离子刻蚀进行从第二主面21-2的隔膜部分38的外部形状开槽。在此工艺中，由于在振动器部件23的侧面和第一主面23-1之间的边缘流动的等离子体而出现微线性不规则。这些微不规则和裂缝通常称作“微不规则127”，如图9A所示。在附图9A中，将不规则127略微地夸大。
例如，当在振动运动期间对振动元件20施加高冲击等时，应力集中在存在于表面和边缘处的微不规则127，因此不仅基底端而且每个振动器部件23的中间部分也会破裂或损坏。因此，根据本实施方式，将该边缘和第一主面或振动器部件23的侧面辐射激光，以熔化硅衬底21的表面，并且形成倒角部分130和熔化表面134A和134B(在下文中通常称作“熔化表面134”)，由此去除该微不规则127。
在每个振动元件20中，为了减少由于通过振动器部件23的形状变化而造成的纵向和横向谐振频率之间的频率差异，并且使在谐振期间右和左检测信号的波形的振幅和相位彼此匹配，如下所述，执行调整过程，以通过激光器加工振动器部件23的预定部分来校正振动状态。在用于该调整过程的激光加工之前，上述倒角部分130和熔化表面134使用相同的激光器装置形成。通过使用相同的激光器装置，可以容易地形成倒角部分130和熔化表面134，而不需要机械加工如精确抛光等。
倒角部分130通过用例如532nm波长的激光照射每个振动器部件23的边缘并且熔化该照射的部分而形成，激光从激光器装置发出并且被控制到适当的光点直径。同样地，熔化表面134通过用激光照射第一主面23-1和每个振动器部件23的侧面，并且熔化该表面形成，如图8中的阴影区域所示，将该激光控制到适当的光点直径。
倒角部分130和熔化表面134通过熔化硅衬底21的表面形成光滑表面，以便将该表面上存在的微不规则127如图9B所示地去除。因此，即使将大的外负荷施加到振动元件20，也能抑制不规则127中应力的集中，由此提高振动器部件23的机械强度。可以不必每个振动元件20都包括所有上述倒角部分130和熔化表面134。
(压电薄膜和不同的电极层)
在每个振动元件20中，如图4所示，在用于生产振动元件的过程中，在长度方向的整个长度上，将参考电极层(第一电极层)27、压电薄膜层28和驱动电极层(第二电极层29)层压在振动器部件23的第二主面(面向衬底的表面)23-2上，如下所述。同样，在每个振动器部件23的第二主面(面向衬底的表面)上将成对的检测电极30R和30L(在下文中除非特指否则统称作“检测电极30”)与其间的驱动电极层29一起形成。该驱动电极层29和检测电极30构成第二电极层。
将用作第一层的参考电极层27形成在每个振动器部件23的第二主面(面向衬底的表面)23-2上，并且在其上形成具有与参考电极层27基本上相同的长度的压电薄膜层28。驱动电极层29具有与压电薄膜层28基本上相同的长度以及比该压电薄膜层更小的宽度，该驱动电极层29形成在宽度方向上的压电薄膜层28的中心部分。而且，将检测电极30R和30L对层压在压电薄膜层28上，以在其间保持驱动电极层29。
(引线和终端部分)
如图4所示，在每个振动元件20中，将第一引线31A形成在基底部分22的第二主面(安装表面)22-2上，用于将该参考电极层27连接到第一终端部分25A，并且形成第三引线31C，以将驱动电极层29连接到第三终端部分25C。同样，在基底部分22的安装表面22-2上形成第二引线31B，以将第一检测电极30R连接到第二终端部分25B，并且形成第四引线31D，以将第二检测电极30L连接到第四终端部分25D。在下文中，除非特指否则引线31A至31D统称作“引线31”。
将第一引线31A从在每个振动器部件23上形成的参考电极层27的基底端整体地延伸到基底部分22，并且在振动器部件23整体形成的一侧上，连接到在基底部分22的第二主面(安装表面)22-2的拐角处形成的第一终端部分25A。驱动电极层29和检测电极30每个具有从振动器部件23延伸到基底部分22的略宽的基底端，该略宽的基底端覆盖有平面层24。
形成第二引线31B，以便其末端横跨平面层24，将其沿基底部分22的一侧延伸到与第一终端部分25A相反的后面的拐角，并且将其连接到在该拐角形成的第二终端部分25B。形成第三引线31C，以便其末端横跨平面层24，将其通过基底部分22的基本上的中心部分向后延伸，同样沿后侧端延伸到与第二终端部分25B相反的拐角，并且将其连接到在该拐角形成的第三终端部分25C。同样形成第四引线31D，以便其末端横跨平面层24，并且将其沿基底部分22的另一侧延伸到前侧上与第三终端部分25C相反的另一个拐角，并且将其连接到在该拐角形成的第四终端部分25D。
在每个振动元件中，适当数量的终端部分25在基底部分22的第二主面(安装表面)22-2上的适当的最佳位置形成，而与上述结构无关。同样，在每个振动元件20中，当然，电极层的引线和相应的终端部分25之间的连接图案不限制于此，根据终端部分25的位置和数量，将该连接构图在每个基底部分22的第二表面上。
(绝缘保护层)
在每个振动元件20中，如图2和4所示，在第二主面21-2上形成绝缘保护层45，以便覆盖基底部分22和振动器部件23。绝缘保护层45具有三层结构，该三层结构包括作为第一层的第一氧化铝(氧化铝：Al2O3)层46、作为第二层的氧化硅(SiO2)层47、以及作为第三层的第二氧化铝层48。
如图2所示，绝缘保护层45具有终端孔49，该终端孔49对应于每个在基底部分22的第二主面(安装表面)22-2上形成的终端部分25的形成区域，以便使每个终端部分25通过终端孔49暴露于外部。在每个振动元件20中，如图2所示，在每个终端部分25上形成金凸点26，以便从终端孔49突出。
形成绝缘保护层45，以便成框架形状地暴露在每个基底部分22以及每个振动器部件23的外周和参考电极层27和终端部分25的外周之间形成硅衬底21的第二主面21-2。形成绝缘保护层45以使第二主面21-2的暴露部分留在周边区域中，由此阻止切割每个振动元件20的步骤期间绝缘保护层45从该周边区域剥落，如下所述。在每个具有100μm宽度尺寸的振动器部件23中，绝缘保护层45形成有例如98μm的宽度尺寸。
绝缘保护层45包括具有例如50nm厚度尺寸的第一氧化铝层46。将第一氧化铝层46用作下部粘合层，以改进对基底部分22的主面和振动器部件23的粘合。因此，将绝缘保护层45坚固地沉积在每个进行振动的振动器部件23上，以阻止剥落等的出现。
将氧化硅层47用作切断空气中的湿气等，并且阻止其到每个电极层的粘合，还用作抑制每个电极层的氧化，电绝缘每个电极，或者机械地保护每个电极薄膜层和压电薄膜层28。最上的第二氧化铝层48用于改进对形成的抗蚀层的粘合，以通过下述外部形状开槽步骤在硅衬底21上形成每个振动器部件23，并且阻止刻蚀剂对氧化硅层47的破坏。
氧化硅层47形成具有至少是第二电极层42的厚度的两倍的厚度，形成为1μm或更少。同样，通过在0.4Pa或更少的氩气环境下溅射将氧化硅层47沉积在第一氧化铝层上。由于氧化硅层47具有上述厚度，因此绝缘保护层45表现出足够的绝缘保护功能，并且在阻止沉积期间出现毛刺。通过在上述溅射条件下沉积，氧化硅层47形成有较高的薄膜密度。
(对准标记)
在振动陀螺传感器1中，为了在支撑衬底2上精确地定位和安装具有相同形状的第一和第二振动元件20X和20Y，将支撑衬底2上每个焊接区4的位置通过安装机器识别。因此，在每个振动元件20的基底部分22的第一主面(上表面)22-1上提供对准标记32A和32B(在下文中统称作“对准标记32”)，以便在由该安装机器识别的相应的焊接区4上定位和安装每个振动元件20。
如图1和4所示，对准标记32包括一对由金属箔等构成的矩形部分，在每个基底部分22的第一主面(上表面)22-1上的宽度方向上该矩形部分对在其间形成空间。在对准标记32由安装机器读取以产生关于支撑衬底2的位置和姿态的安装数据后，在该安装数据和焊接区4的数据的基础上，可以将每个振动元件20精确地定位并安装在支撑衬底2上。
虽然将对准标记32形成在每个振动元件20的基底部分22的第一主面上，但是该对准标记不限于此。可以将例如由导体组成的对准标记32形成在适当的位置，该适当的位置例如通过布线步骤避开每个基底部分22的第二主面(安装表面)22-2上的终端部分25和引线31。如下面所详细描述的，优选地将对准标记32与用于反应刻蚀的参考标记一致地定位和形成，使用在形成每个振动元件20的电极层和振动器部件23的外部形状开槽步骤中使用的电感耦合等离子装置。可以使用步进曝光装置在每个振动器部件23上形成具有0.1μm或更少精度的对准标记。
通过适当的方法形成对准标记32。例如，如下所述，当对准标记32通过构图包括钛层和铂层的第一电极层40形成在每个基底部分22的第二主面(安装表面)22-2上时，在安装步骤中读取该标记以在图象处理中得到高对比度，由此改进安装精度。
(盖)
接下来，详细地描述用于屏蔽支撑衬底2的第一主面2-1的盖15。
在振动陀螺传感器1中，通过在振动元件20上形成的压电薄膜层28和检测电极30检测由运动模糊产生的科里奥利力造成的每个振动元件20的位移，以输出检测信号，如下所述。当将光应用到压电薄膜层28时，由于热电效应出现电压，并且该热电效应影响检测操作以降低检测特性。
在振动陀螺传感器1中，使由支撑衬底2和覆盖元件15形成的组件安装空间3屏蔽光线，由此阻止了由于外部光线的影响造成的特性的降低。如图1所示，形成包括垂直墙壁的光屏蔽台9，以使组件安装区域6形成凸缘，以便其外部周边沿整个周边从第一主面2-1逐步下落，并且因此形成盖固定部件10。使用树脂粘合在整个周边上，将包括金属薄板的覆盖元件15粘合到支撑衬底2的盖固定部件10上，由此通过关闭并形成光屏蔽空间使组件安装区域6防尘和防湿。
如图1所示，覆盖元件15形成类似箱子的整体形状，其包括具有足以覆盖支撑衬底2的组件安装区域6的外部尺寸的主面部分16，以及通过沿其整个周边弯曲该主面部分16而整体形成的周边墙壁部分17。覆盖元件15形成有足以形成组件安装空间3的高度尺寸，其中当周边墙壁部分17与支撑衬底2结合时每个振动元件20的振动器部件23振动。覆盖元件15具有通过沿其整个开口边弯曲的周边墙壁部分17而整体形成的周边凸缘18，周边凸缘18比在支撑衬底2中形成的盖固定部分10略窄。虽然未在附图中示出，当将振动陀螺传感器1安装在控制衬底100上时，周边凸缘18具有连接到控制衬底100上的接地终端的接地突出部分。
覆盖元件15包括金属薄板，因而保持了振动陀螺传感器1的轻量。然而，由于对红外波长的外部光的光屏蔽特性的降低，覆盖元件15不能表现出足够的光屏蔽功能。因此，根据本实施方式，将主面部分16和周边墙壁部分17的所有表面涂有例如红外吸收涂料以形成光屏蔽层19，以便切断红外波长的外部光对组件安装空间3的照射，从而允许每个振动元件20的稳定操作，该红外吸收涂料吸收红外波长的光。光屏蔽层19可以通过浸渍红外吸收涂料溶液形成在前、后主面上，或者通过镀黑铬、黑染色或黑阳极化形成。
如上所述，在振动陀螺传感器1中，通过将周边凸缘18放置在盖固定部分10上并且通过粘合剂将它们粘合在一起，将覆盖元件15与支撑衬底2结合，由此形成密封的、光屏蔽的组件安装空间3。然而，外部光可以穿过在粘合在一起的盖固定部分10和周边凸缘18之间的空间布置的粘合剂，并且进入组件安装空间3。因此，在本实施方式中，通过光屏蔽台9将盖固定部分10从支撑衬底2的主面1-2阶梯式拉出，如上所述。结果，通过光屏蔽台9切断了穿过该粘合层的外部光。
在本实施方式中，与其它组成元件一样，通过表面安装方法将覆盖元件15与支撑衬底2结合，因此使装配步骤合理化。在振动陀螺传感器1中，由于将覆盖元件15固定到支撑衬底2的阶梯式盖固定部分10，因而减少了厚度，并且阻止粘合剂流入组件安装区域6。同样，将组件安装空间3用作防尘和防湿空间以及光屏蔽空间，由此阻止每个振动元件10中热电效应的出现，并且允许运动如运动模糊等的稳定检测。
(电路结构)
接下来，参照附图6描述用于驱动振动陀螺传感器1的电路结构。
振动陀螺传感器1包括分别连接到第一振动元件20X和第二振动元件20Y的第一驱动检测电路部分50X和第二驱动检测电路部分50Y，并且每个驱动检测电路部分包括IC电路元件7、电子组件8等。第一和第二驱动检测电路部分50X和50Y具有相同的电路结构，因而在下文中统称作“驱动检测电路部分50”。每个驱动检测电路部分50包括阻抗变换电路51、加法电路52、振荡电路53、差分放大电路54、同步检测电路55、以及DC放大器电路56。
如图6所示，在每个驱动检测电路部分50中，将阻抗变换电路51和差分放大电路54连接到每个振动元件20的每个第一和第二检测电极30L和30R。将加法电路52连接到阻抗变换电路51，并且将连接到加法电路52的振荡电路53连接到驱动电极层29。将同步检测电路55连接到差分放大电路54和振荡电路53，并且将DC放大电路56连接到同步检测电路55。而且，将每个振动元件20的参考电极层27连接到支撑衬底2上的参考电位57。
在每个驱动检测电路部分50中，振动元件20、阻抗变换电路51、加法电路52和振荡电路53构成自激振荡电路。当将预定频率的振荡电压Vgo从振荡电路53应用到驱动电极层29时，在每个振动元件20的振动器部件23出现固有振荡。将来自每个振动元件20的第一检测电极30R的输出Vgr和第二检测电极30L的输出Vgl提供到阻抗变换电路51，并且在输入Vgr和Vgl的基础上分别将输出Vzr和Vzl从阻抗变换电路51输出到加法电路52。在这些输入的基础上加法电路52将加法输出Vsa输出到振荡电路53。
将分别来自每个振动元件20的第一和第二检测电极30R和30L的输出Vgr和Vgl提供到差分放大电路54。当每个振动元件20检测运动模糊时，在驱动检测电路部分50中的输出Vgr和Vgl之间出现差异，因而从差分放大电路54产生预定的输出Vda。将来自差分放大电路54的输出Vda提供到同步检测电路55。同步检测电路55同步检测输出Vda，将其转换成DC信号Vsd，并且将该DC信号Vsd提供到DC放大电路56，以在预定的DC放大之后输出DC信号Vsd。
通过基于与驱动信号同步地从振荡电路53输出的时钟信号Vck的定时，同步检测电路55将全波整流之后的差分放大电路54的输出Vda积分，由此产生DC信号Vsd。如上所述，每个驱动检测电路部分50通过DC放大电路56放大DC信号Vsd，并将其输出，结果，检测了由运动模糊产生的角速度信号。
在每个驱动检测电路部分50中，阻抗变换电路51在高阻抗输入Z2的状态下产生低阻抗输出Z3，以表现出在第一和第二检测电极30R和30L之间的阻抗Z1以及加法电路52的输入之间的阻抗Z4之间进行分离的功能。通过提供阻抗变换电路51，从第一和第二检测电极30R和30L得到大的输出差异。
在每个驱动检测电路部分50中，上述阻抗变换电路51仅表现出对于输入和输出的阻抗变换功能，而没有较大地影响信号的振幅。因此，来自第一检测电极30R的输出Vgr的振幅与阻抗变换电路51一侧上的输出Vzr的振幅相等，而来自第二检测电极30L的输出Vgl的振幅与阻抗变换电路51另一侧上的输出Vzl的振幅相等。在每个驱动检测电路部分50中，即使当振动元件20检测到运动模糊以产生来自第一检测电极30R的输出Vgr和来自第二检测电极30L的输出Vgl之间的差异时，该差异被保持在来自加法电路52的输出Vsa中。
在每个驱动检测电路部分50中，例如，即使通过切换操作等叠加噪声时，也通过与振动元件20中的带通滤波器相似的功能去除除了谐振频率分量之外的分量，以去除从振荡电路53的输出Vgo上叠加的噪声分量，由此得到不包括来自差分放大电路54的噪声分量的高精度输出Vda。在振动陀螺传感器1中，驱动检测电路部分50不限于上述。形成驱动检测电路部分，以便通过压电薄膜层28和一对检测电极30检测由于执行固有振动的每个振动器部件23的运动模糊造成的位移，并且通过适当的处理得到检测输出。
如上所述，振动陀螺传感器1包括用于检测X轴方向上的角速度的第一振动元件20X以及用于检测Y轴方向上的角速度的第二振动元件20Y。连接到第一振动元件20X的第一驱动检测电路部分50X产生X轴方向上的检测输出VsdX，而连接到第二振动元件20Y的第二驱动检测电路部分50Y产生Y轴方向上的检测输出VsdY。在振动陀螺传感器1中，将第一和第二振动元件20X和20Y每个的操作频率设置在几KHz到几百KHz的范围内。当第一振动元件20X的操作频率fx和第二振动元件20Y的操作频率fy之间的差异(fx-fy)是1KHz或者更多时，例如2KHz到3KHz，那么减少串扰以允许振动的精确检测。
(生产振动陀螺传感器的方法)
下面描述用于生产根据本实施方式的振动陀螺传感器的方法。附图10是表示用于生产振动陀螺传感器1的方法的主要步骤的流程图。
通过同时形成多个振动元件20生产振动陀螺传感器1，该振动元件使用硅衬底21作为基底材料，切割该硅衬底，以便主面21-1是(100)定向平面，侧面21-3是(110)定向平面，如图11和12所示，然后将该衬底通过切割步骤切割成相应的振动元件20。
在本实施方式中，如下所述，使用未掺杂的基本纯单晶硅衬底或具有100Ω·cm体积电阻率单晶硅衬底作为硅衬底21。通过使用这种单晶硅衬底作为硅衬底21，硅层具有高电阻值。
(准备衬底的步骤)
根据在工艺中使用的设备的规格例如300×300mm确定硅衬底21的外部尺寸。硅衬底不限于具有如图11所示的矩形平面形状的衬底，也可以使用具有圆平面形状的晶片形衬底。硅衬底21的厚度的确定取决于可加工性、成本等，但是该厚度至少可以大于每个振动元件20的基底部分22的厚度尺寸。如上所述，由于基底部分22具有300μm的厚度，振动器部件23具有100μm的厚度，因此使用具有300μm或者更多厚度的衬底21。
如图12所示，通过热氧化分别在硅衬底21的第一主面21-1和第二主面21-2的整个表面上形成氧化硅膜(SiO2膜)33A和33B(下文中除非特指否则统称作“氧化硅膜33”)。在硅衬底21的晶体的各向异性刻蚀中将氧化硅膜33用作保护膜，如下所述。只要表现出保护膜功能，可以将氧化硅膜33形成适当的厚度，但是，例如，将氧化硅膜33形成大约0.3μm的厚度。
(形成刻蚀凹口的步骤)
用于生产每个振动元件的工艺包括类似于半导体工艺的薄膜步骤的步骤。即，该工艺包括刻蚀硅衬底21的第一主面21-1以形成具有预定深度尺寸的刻蚀凹口37的步骤，以便形成相应的振动元件20的振动器部件23。
如图13至19所示，刻蚀凹口形成步骤包括在硅衬底21的第一主面21-1上形成光刻胶层34的步骤，构图光刻胶层34以在光刻胶层34中形成对应于相应的刻蚀凹口37的形成部分的光刻胶层孔35的步骤，去除暴露在光刻胶层孔35中的氧化硅膜33A以形成氧化硅膜孔36的第一刻蚀步骤，以及在相应的氧化硅膜孔36中形成刻蚀凹口37的第二刻蚀步骤。
在形成光刻胶层的步骤中，在硅衬底21的第一主面21-1上形成的氧化硅膜33A的整个表面上施加光刻胶材料，以形成光刻胶层34。该形成光刻胶层的步骤例如使用由Tokyo Ohka Kogyo Co.Ltd.制造的光敏光刻胶材料OFPR8600作为光刻胶材料。施加该光刻胶材料，然后通过使用微波预烘烤加热去除湿气，由此在氧化硅膜33A上形成光刻胶层34。
在构图光刻胶的步骤中，掩蔽光刻胶层34，以便将用于形成每个氧化硅膜孔36的部分开口，然后使其受到曝光和显影。然后，将光刻胶层34从与每个氧化硅膜孔36对应的部分去除，以同时形成多个光刻胶层孔35，氧化硅膜33A暴露于该光刻胶层孔中，如图13和14所示。如图13所示，在硅衬底21上形成3×5光刻胶层孔35，以便通过下述步骤同时形成15个振动元件20。
在第一刻蚀步骤中，将从每个光刻胶层孔35暴露的氧化硅膜33A去除。在第一刻蚀步骤中，为了保持硅衬底21界面的平滑，使用湿式刻蚀方法仅去除氧化硅膜33A。然而，该刻蚀方法不限于此，也可以使用适当的刻蚀如离子刻蚀等。
在第一刻蚀步骤中，例如，使用氟化铵作为去除氧化硅膜33A的蚀刻剂，以形成氧化硅膜孔36。如图15和16所示，结果，硅衬底21的第一主面21-1暴露于外部。在第一刻蚀步骤中，当长时间执行刻蚀时，会出现侧面刻蚀现象，其中刻蚀从氧化硅膜孔36的侧面进行。因此，优选地精确地控制刻蚀时间，以便将该刻蚀停止在氧化硅膜33A的刻蚀的末端。
在第二刻蚀步骤中，将刻蚀凹口37形成在硅衬底21的第一主面21-1的暴露部分中，该暴露部分通过相应的氧化硅膜孔36暴露于外部。在第二刻蚀步骤中，使用刻蚀速度取决于硅衬底21的晶体定向的特性，通过晶体各向异性湿式刻蚀来蚀刻硅衬底21，以便留下与振动器部件23的厚度对应的深度。
第二刻蚀步骤例如使用TMAH(氢氧化四甲铵)、KOH(氢氧化钾)或EDP(乙二胺-邻苯二酚-水)溶液作为蚀刻剂。特别地，第二刻蚀步骤使用20％的TMAH作为蚀刻剂，以提高前、后表面上氧化硅膜33A和33B的刻蚀比。在搅拌下，将蚀刻剂保持在80℃的温度，执行蚀刻6个小时，以形成附图17和18所示的刻蚀凹口37。
在第二刻蚀步骤中，执行刻蚀，以便出现相对于(100)平面成大约55°角的(110)取向平面，利用用作基底材料的硅衬底21的特性，即侧面21-3的刻蚀速度小于第一和第二主面21-1和21-2的刻蚀速度。结果，形成刻蚀凹口37，以便每个凹口37的开口尺寸从开口到底部以大约55°的倾角逐渐减少，并且在每个刻蚀凹口37的内壁形成具有大约55°倾角的刻蚀斜面133。
每个刻蚀凹口37构成用于通过下述外部形状切割步骤形成振动器部件23的隔膜部分38。如图17所示，每个刻蚀凹口37有具有长度尺寸t8和宽度尺寸t9的孔。如图19所示，每个刻蚀凹口37具有深度尺寸t10，并且形成具有梯形截面形状的空间，其中该开口尺寸从第一主面21-1到第二主面21-2逐渐减少。
形成每个刻蚀凹口37以具有从其底部以55°倾角θ倾斜的内周壁，如上所述。每个隔膜部分38通过振动器部件23的宽度尺寸t6和长度尺寸t5以及通过沿振动器部件23的周边切割硅衬底21形成的外部凹槽39的宽度尺寸t7(参照附图36和37)限定。通过等式：深度尺寸t10×1/tan 55°确定外部凹槽39的宽度尺寸t7。
因此，在每个刻蚀凹口37中，通过等式：(深度尺寸t10×1/tan 55°)×2+t6(振动器部件23的宽度尺寸)+2×t7(外部凹槽39的宽度尺寸)确定开口宽度尺寸t9，该开口宽度尺寸限定隔膜部分38的宽度。在每个刻蚀凹口37中，当t10是200μm，t6是100μm，t7是200μm时，该开口的宽度尺寸t9是780μm。
与宽度方向上相同，在长度方向上，将每个刻蚀凹口37通过上述第二刻蚀步骤形成，以便在内周壁上具有倾角是55°的斜面。因此，在每个刻蚀凹口37中，通过等式：(深度尺寸t10×1/tan 55°)×2+t5(振动器部件23的长度尺寸)+t7(外部凹槽39的宽度尺寸)确定长度尺寸t8，该长度尺寸限定隔膜部分38的长度。在每个刻蚀凹口37中，当t10是200μm，t5是2.5mm，t7是200μm时，该开口的长度尺寸t8是2980μm。
(电极形成步骤(沉积))
在上述形成刻蚀凹口的步骤中，在相应的刻蚀凹口37的底部和硅衬底21的第二主面21-2之间形成每个具有预定厚度的矩形隔膜部分38。隔膜部分38构成相应的振动元件20的振动器部件23。在形成刻蚀凹口37之后，将该隔膜部分38的第二主面侧面用作电极形成步骤中的加工表面。
在电极形成步骤中，例如由磁控溅射设备通过氧化硅膜33B在第二主面21-2对应于每个刻蚀凹口37的部分上形成电极层。如图20所示，电极形成步骤包括以下步骤：形成用于在氧化硅膜33B上形成参考电极层27的第一电极层40，形成用于形成压电薄膜层28的压电层41，以及形成用于形成驱动电极层29和检测电极30的第二电极层42。
在用于生产振动元件的工艺中，执行形成用于在每个基底部分22的形成区域中形成引线31和终端部分25的导体层的步骤，与形成电极层40的步骤以及在每个振动部件23上形成第二电极层42的步骤一致。
形成第一电极层的步骤包括通过在对应于每个振动部件23的区域中在氧化硅膜33B的整个表面上溅射钛形成钛薄膜层的步骤，以及通过溅射铂在该钛薄膜层上形成铂层的步骤，以便形成包括两个层的第一电极层40。在形成钛薄膜层的步骤中，在例如包括0.5Pa的气压和1kW的RF(射频)功率的溅射条件下，在氧化硅膜33B上沉积50nm或更少(例如5nm到20nm)厚度的钛薄膜层。在形成铂层的步骤中，在例如包括0.5Pa的气压和0.5kW的RF功率的溅射条件下，在该钛薄膜层上沉积200nm厚度的铂薄膜层。
在第一电极层40中，钛薄膜层具有改进对氧化硅膜33B的粘合的功能，并且将铂层用作令人满意的电极。在形成第一电极层的步骤中，如上所述，将用于形成从每个隔膜部分38延伸到相应的基底部分22的形成区域的第一引线31A和第一终端部分25A的导体层与第一电极层40的形成同时形成。
在形成压电膜层的步骤中，例如通过在第一电极层40的整个表面上溅射锆钛酸铅(PZT)以沉积预定厚度的压电膜层41。在形成压电膜层的步骤中，在例如包括0.7Pa的气压和0.5kW的RF功率的溅射条件下，使用Pb(1-x)(Zr0.53Ti0.47)3-y氧化物作为靶，在第一电极层40上沉积大约1μm厚度的包括PZT层的压电膜层41。同样，将压电膜层41通过在电炉中烘烤热处理结晶。在700℃在氧气环境中执行该烘烤处理10分钟。形成压电膜层41，以便覆盖从第一电极层41延伸到每个基底部分22的形成区域的电极层的一部分。
在形成第二电极层的步骤中，通过在压电薄膜层4的整个表面上溅射铂形成铂层，以形成第二电极层42。在例如包括0.5Pa的气压和0.5kW的RF功率的溅射条件下，在压电膜层41上沉积大约200nm厚度的铂薄膜层。
(电极形成步骤(构图))
接下来，执行构图作为最上层的第二电极层42的步骤。在构图第二电极层的步骤中，将驱动电极层29和每个具有预定形状的检测电极30R和30L对如图21和22所示地形成。
如上所述，将驱动电极层29用作用于对每个振动器部件23施加预定驱动电压的电极，并且在宽度方向上在每个振动器部件23的中心区域中形成预定的宽度，以便在其长度方向上的基本上整个区域上延伸。检测电极30是用于检测在每个振动器部件23中产生的科里奥利力的电极，并且在驱动电极层29的两侧平行地形成，以便在长度方向上的基本上整个区域上彼此绝缘。
在构图第二电极层的步骤中，将第二电极层42进行光刻处理以在压电膜层41上形成驱动电极层29和检测电极30，如图21所示。在构图第二电极层的步骤中，在对应于驱动电极层29和检测电极30的部分上形成抗蚀层，并且例如通过离子刻蚀等将第二电极层42的不必要部分去除。然而，去除该抗蚀层以构图驱动电极层29和检测电极30。构图第二电极层的步骤不限于此，并且可以利用在半导体加工工艺中使用的适当的导体层形成步骤形成驱动电极层29和检测电极30。
如图21所示，形成驱动电极层29和检测电极30，以便将其尖端布置在长度方向上的相同位置，并且将在每个振动器部件23的根部布置的根部部分也布置在长度方向上的相同位置43。在构图第二电极层的步骤中，通过分别与驱动电极层29和检测电极30R和30L的基底端整体地构图形成更宽的引线连接部分29-1、30R-1和30L-1，该引线连接部分具有布置在长度方向上的相同位置43的根部部分。
在构图第二电极层的步骤中，构图第二电极层42，以形成例如具有2mm的长度尺寸t12和50μm的宽度尺寸t13的驱动电极层29。而且，如图21所示，通过构图形成每个具有10μm的宽度尺寸t14的第一和第二检测电极30R和30L，以便在其间保持驱动电极层29，在驱动电极层29和每个检测电极30之间具有5μm的间隔t15。同样，通过构图形成每个具有50μm的长度尺寸和50μm的宽度尺寸的引线连接部分29-1，30R-1和30L-1。驱动电极层29和检测电极30的尺寸值不限于上述值，并且它们在允许在每个振动器部件23的第二主面上形成的范围内适当地形成。
然后，在构图压电膜层41的步骤中，形成具有预定形状的压电薄膜层28，如图23和24所示。通过构图压电膜层41并且保留比驱动电极层29和检测电极30更大的区域而形成压电薄膜层28。形成压电薄膜层28，以便具有比每个振动器部件23略小的宽度，并且从基底端延伸到其尖端附近。
在构图压电膜层的步骤中，通过光刻处理在与压电薄膜层28对应的压电膜层41的区域上形成抗蚀层。然后，通过例如使用氟氮(fluoronitric)溶液的湿式刻蚀等去除压电膜层41的不必要部分，并且去除该抗蚀层以便形成压电薄膜层28，如图23和24所示。虽然，在本实施方式中，通过湿式刻蚀刻蚀压电膜层41，但是该刻蚀方法不限于此。例如，可以通过适当的方法例如离子刻蚀、反应离子刻蚀(RIE)等形成压电薄膜层28。
如图23所示，在构图压电膜层的步骤中，形成压电薄膜层28，以便在与每个振动器部件23的根部对应的根部位置43，具有与驱动电极层29和检测电极39基本上相同的根部部分。而且，终端接收部分28-1通过在压电薄膜层28的基底端整体地形成，以便具有比驱动电极层29和检测电极30的引线连接部分29-1、30R-1和30L-1略大的区域。
在构图压电膜层的步骤中，通过构图形成压电薄膜层28，以具有2.2mm的长度尺寸t18，该长度尺寸略大于驱动电极层29和检测电极30的长度尺寸，并且具有90μm的宽度尺寸t19。通过在压电薄膜层28的基底端构图形成的终端接收部分28-1在驱动电极层29和检测电极30的引线连接部分29-1、30R-1和30L-1周围有具有5μm的宽度尺寸的周边部分。压电薄膜层28的尺寸值不限于上述值，并且形成压电薄膜层28，以便在允许在每个振动器部件23的第二主面23-2上形成的范围内具有比驱动电极层29和检测电极30更大的区域。
而且，在构图第一电极层的步骤中，通过与构图第二电极层相同的步骤构图第一电极层40，以便形成参考电极层27，如图25和26所示。在该步骤中，在与参考电极层27对应的区域上形成抗蚀层，并且例如通过离子刻蚀等去除第一电极层40的不必要部分。然后，去除抗蚀层以形成参考电极层27。构图第一电极层的步骤不限于此，并且也可以利用在半导体工艺中使用的适当的导体层形成步骤形成参考电极层27。
在构图第一电极层的步骤中，在每个振动器部件23的第二主面上形成参考电极层27，以具有比每个振动器部件23的第二主面略小而比压电薄膜层28略大的宽度。如图25所示，形成参考电极层27的基底端，以便在与每个振动器部件23的根部对应的根部位置43具有与驱动电极层29、检测电极30以及压电薄膜层28基本上相同的形状。在该步骤中，将第一引线31A以及在第一引线31A端部的第一终端部分25A通过在基底部分22的形成区域上整体地形成，以便从该基底端向侧面延伸。
在构图第一电极层的步骤中，形成参考电极层27，以便具有2.3mm的长度尺寸t20，94mm的宽度尺寸t21，以及在压电薄膜层28周围形成的具有5μm的宽度尺寸的周边部分。在构图第一电极层的步骤中，参考电极层27的尺寸值不限于上述值，并且可以将该参考电极层在允许在每个振动器部件23的第二主面上形成的范围内形成。
(形成平面层的步骤)
在制造振动元件的工艺中，通过上述步骤将驱动电极层29和检测电极30的引线连接部分29-1、30R-1和30L-1以及终端部分25B至25D形成在每个基底部分22的相应的形成区域上，并且还形成连接到相应的终端部分25的引线31B至31D。为了平滑地将引线31B至31D连接到引线连接部分29-1、30R-1和30L-1，形成平面层24，如图27和28所示。
形成用于分别将引线连接部分29-1、30R-1和30L-1连接到终端部分25B至25D的引线31B至31D，以跨越压电薄膜层28的终端接收部分28-1的端部以及参考电极层27，并且在每个基底部分22的相应的形成区域中延伸。如上所述，通过利用湿式刻蚀构图压电薄膜层41来形成压电薄膜层28，因而刻蚀部分的边缘是向着硅衬底21的第二主面21-2的倒锥形或垂直阶梯。因此，当直接在每个基底部分22的相应的形成区域上形成引线31B至31D时，会在该阶梯部分出现断开。并且，必须在每个基底部分22的相应的形成区域上延伸的第一引线31A和引线31B至31D之间保持绝缘。
在形成平面层的步骤中，将在每个基底部分22的形成区域上形成的抗蚀层通过光刻处理构图，以覆盖引线连接部分29-1、30R-1和30L-1以及第一引线31A。该抗蚀层图案通过例如大约160℃至300℃的热处理固化以形成平面层24。在该步骤中，形成平面层24以具有200μm的宽度尺寸t24，50μm的长度尺寸t25以及2μm的厚度尺寸(附图28是放大的)。形成平面层的步骤不限于此，并且可以通过在半导体工艺等中执行的适当的抗蚀层形成步骤中使用适当的绝缘材料形成平面层24。
(形成布线层的步骤)
接下来，执行形成布线层的步骤，以在每个基底部分22的相应的形成区域上形成第二至第四终端部分25B至25D以及第二至第四引线31B至31D。在形成布线层的步骤中，在每个基底部分22的形成区域的整个区域上形成光敏的光刻层，然后受到光刻处理以形成与第二至第四终端部分25B至25D以及第二至第四引线31B至31D对应的孔的图案。而且，通过溅射在每个孔中形成导体层，以形成布线层。在该步骤中，形成预定的导体部分之后，去除光刻层以形成第二至第四终端部分25B至25D以及第二至第四引线31B至31D，如图29和30所示。
在形成布线层的步骤中，将形成的钛层或氧化铝层作为底层以提高对氧化硅膜33B的粘合，然后在该钛层上形成具有低电阻的低成本铜层。在本实施方式中，例如，将钛层形成20nm的厚度，将铜层形成300nm的厚度。该形成布线层的步骤不限于此，并且该布线层可以通过任何一般在半导体加工工艺中使用的布线构图技术形成。
(形成绝缘保护层的步骤)
然后，执行形成绝缘保护层的步骤，以在通过上述步骤形成的终端25和引线31的每个基底部分22以及已经在其上形成电极层和压电薄膜层28的每个振动器部件23的主面上形成包括三个层的绝缘保护层45。该形成绝缘保护层的步骤包括如下的步骤，形成抗蚀层，构图该抗蚀层，形成第一氧化铝层，形成氧化硅层，形成第二氧化铝层，以及去除该抗蚀层。
在形成该绝缘保护层的步骤中，执行形成抗蚀层并且构图该抗蚀层的步骤，以便形成在与硅衬底21的第二主面上的绝缘保护层45对应的区域中具有孔的抗蚀层44，如图31所示。在形成抗蚀层的步骤中，在硅衬底21的整个表面上应用光敏抗蚀剂以形成抗蚀层44。在构图抗蚀层的步骤中，将抗蚀层44进行光刻处理以形成与绝缘保护层45的形成区域对应的孔，由此形成绝缘保护形成孔44A。虽然未在图中示出，但是将抗蚀层44留在与相应的终端部分25对应的圆形部分中。
在形成绝缘保护层的步骤中，通过溅射将第一氧化铝层46、氧化硅层47以及第二氧化铝层48层压，并且将溅射膜的不必要部分与抗蚀层44一起去除，以在抗蚀层44的绝缘保护层形成孔44A中留下三层结构溅射层。即，通过所谓的剥离(liftoff)方法形成所需的绝缘保护层45。图32至34仅表示形成在绝缘保护膜形成孔44A中的溅射膜。但是，当然，将该溅射膜形成在具有绝缘保护层形成孔44A的抗蚀层44上，并且在抗蚀层去除步骤中将这些溅射膜与抗蚀层44一起同时去除。
在形成氧化铝层的步骤中，通过在绝缘保护层形成孔44A中溅射氧化铝形成第一氧化铝层46，如图32所示。形成第一氧化铝层46以具有大约50nm的厚度尺寸t26，并且将其用作底金属层，以便提高在绝缘保护层形成孔44A内至硅衬底21和驱动电极层29或检测电极30的粘合，如上所述。
在形成氧化硅层的步骤中，通过溅射氧化硅在第一氧化铝层46上形成氧化硅层47，如图33所示。在该步骤中，由于用于在溅射容器中放电的氩气压的下限是0.35Pa，因而通过在略高于该下限的0.4Pa设置的氩气压溅射氧化硅形成具有高密度的氧化硅层47。在该步骤中形成氧化硅层47表现出足够的绝缘保护功能，这是因为其厚度至少两倍于驱动电极层29和检测电极30的厚度，并且在剥离方法中以低速出现模糊的区域中具有1μm或者更少的厚度尺寸t27。特别地，氧化硅层47具有750nm的厚度尺寸t27。
在形成第二氧化铝层的步骤中，如图34所示，通过在氧化硅层47的整个表面上溅射氧化铝形成第二氧化铝层48。第二氧化铝层48形成具有大约50nm的厚度尺寸t28，以提高对在下述外部形状开槽步骤中形成的抗蚀层的粘合，由此防止刻蚀剂破坏氧化硅层47。
(外部形状开槽步骤)
接下来，如图34所示，在硅衬底21的第一主面21-1上形成刻蚀停止层70。刻蚀停止层70用于抑制缺陷形状的出现，在该缺陷形状中于第一主面21-1上出现等离子体集中，从而不能在硅衬底21中形成外部凹槽的步骤中形成预定的边缘形状，如下所述。在形成刻蚀停止层的步骤中，例如通过在硅衬底21的第一主面21-1的整个表面上溅射形成具有大约500nm厚度的氧化硅层。
在外部形状开槽步骤中，在每个振动器部件23的周边周围形成外部凹槽39以穿过隔膜部分38。在该步骤中，如图35至37所示，将该外部凹槽39形成为从面向隔膜部分38的硅衬底21的第二主面21-2的U形通槽，以便环绕每个振动器部件23，并且从位于每个振动器部件23的根部位置43的一侧的开始端39A延伸到位于根部位置43的另一侧的结束端39B。如上所述，形成具有200μm的宽度尺寸t7的外部凹槽39。
特别地，该形成外部凹槽的步骤包括去除预定的氧化硅膜33B形式的U形部分以暴露硅衬底21的第二主面21-2的第一刻蚀步骤，以及在该硅衬底21的暴露部分中形成外部凹槽39的第二刻蚀步骤。
在该第一刻蚀步骤中，将光敏光刻胶层形成在氧化硅膜33B的整个表面上并且将其进行光刻处理，以便在电极层的形成区域周围形成U形孔图案，该孔图案具有与每个振动器23的外部尺寸相同的开口尺寸。在该步骤中，将通过该孔图案暴露的氧化硅膜33B通过离子刻蚀去除。虽然，在第一刻蚀步骤中，可以例如通过湿式刻蚀去除U形形状的氧化硅膜33B，但是考虑到由于侧面刻蚀而出现的尺寸误差，优选离子刻蚀。
在第二刻蚀步骤中，将剩余的氧化硅膜33B用作抗蚀膜(刻蚀保护膜)。在该步骤中，例如，将硅衬底21反应离子刻蚀，以便得到适当的抗蚀膜(氧化硅膜33B)的刻蚀比，并且形成作为每个振动器部件23的外周的高精度的垂直表面。
在第二刻蚀步骤中，使用具有产生电感耦合等离子体(ICP)的功能的反应离子刻蚀(RIE)设备产生高密度等离子体。该步骤使用博世(BoschCorp.)工艺，其中重复将SF6气体引入刻蚀部分的刻蚀步骤，以及引入C4F8气体以形成保护刻蚀部分的外周的保护膜的步骤。结果，在硅衬底21中以每分钟大约10μm的速度形成具有垂直内壁的外部凹槽39。
在第二刻蚀步骤之后，执行去除在硅衬底21的第一主面21-2上形成的刻蚀停止层70的步骤。在该步骤中，将该由氧化硅组成的刻蚀停止层70通过例如用氟化铵湿式刻蚀去除。在去除刻蚀停止层的步骤中，由于还是通过去除在形成外部凹槽的步骤中形成的光刻胶层去除绝缘保护层45，因此该光刻胶层在去除刻蚀停止层70之后去除。
(极化步骤)
然后，执行极化步骤，以便同时极化在氧化硅衬底21上相应的振动元件20上形成的压电薄膜28。使用Cu布线作为极化布线执行极化。在极化之后，通过湿式刻蚀容易地溶解该Cu布线，并且在没有破坏振动元件20的情况下去除。极化布线不限于Cu布线，并且可以将表现上述功能的适当的导体用于布线。
将Cu布线通过剥离方法形成，其中通过例如光刻处理在硅衬底21的第二主面21-2上形成具有预定形状的孔的抗蚀层图案，通过溅射沉积Cu层，并且将该Cu层与抗蚀层一起从不必要的部分去除。例如，Cu布线具有30μm或更多的宽度尺寸，大约400nm的厚度，以便在该极化期间固定传导。
通过在Cu布线和地侧垫中形成的应用侧垫，同时将振动元件20连接到外部电源，以便有效地执行极化步骤。在该极化步骤中，通过例如引线接合将每个垫连接到外部电源，并且通过在20V传导20分钟执行极化。该极化不限于该步骤，也可以在适当的极化条件下通过适当的连接方法执行该极化。
(形成金凸点的步骤)
接下来，执行形成金凸点的步骤。如上所述，将每个振动元件20安装在支撑衬底2上，因而在每个终端部分25上形成金凸点26。在形成金凸点26的步骤中，通过将金引线接合工具压向每个终端部分25形成具有预定形状的柱状凸点。在该步骤中，如果需要，还在每个基底部分22上形成虚拟凸点。可以通过另一种方法形成金凸点26，例如，通过下述电镀凸点方法。
该电镀凸点的方法包括在每个终端部分25上形成具有预定孔的电镀抗蚀层的步骤，电镀金以便在每个孔中长成预定高度的金电镀层的步骤，以及去除该抗蚀层的步骤。在形成金凸点的步骤中，金凸点26的厚度(高度)受到电镀条件的限制，并且不能形成具有预定高度的金凸点26。在形成金凸点的步骤中，当不能通过第一电镀得到所需的金凸点26时，再执行使用第一电镀层作为电极的第二电镀，以形成所谓的阶梯式金凸点26。
用于形成金凸点26步骤的方法不限于上述方法，也可以通过例如在半导体工艺中进行的汽相沉积、传递等形成凸点。虽然没有详细地描述，但是在制造振动元件的工艺中，形成TiW、TiN等所谓的凸点振动金属层，以便提高金凸点26和终端部分25之间的粘合。
(切割步骤)
接下来，执行将硅衬底21切割成相应的振动元件20的切割步骤。在该切割步骤中，通过例如金刚石切割器等切割与每个基底部分22对应的部分，以便切割成相应的振动元件20。在该步骤中，通过金刚石切割器形成切割凹槽，然后通过卷刃刀切割硅衬底21。可以利用使用硅衬底21的平面取向而用砂轮或抛光执行该切割步骤。
在上述用于制造振动元件的工艺中，例如，当将振动器部件整体形成在公共基底部分22的邻接侧面上时，与用于得到两个轴方向上的检测信号的双轴集成的振动元件相比，可以显著增加从硅衬底(晶片)21得到的振动元件的数量。
(形成加强件的步骤)
将形成在每个振动器部件22的基底端的加强件129在上述用于制造振动元件的工艺中形成。在形成加强件129的步骤中，将用于切割每个振动器部件23的轮廓的外部凹槽39的两端39A和39B(附图35)形成在刻蚀斜面133的中间位置，该刻蚀斜面在形成外部凹槽的步骤中形成在每个刻蚀凹口37的内周壁上。在切割步骤中，对应于每个基底部分22的外侧切割硅衬底21，如上所述。然而，在中间位置切割衬底21，以便将外部凹槽39的两端39A和39B连接到每个基底部分22的侧面22-3的对应部分。这样，如图8所示，每个振动器部件23的基底端具有厚度由于刻蚀斜面133的倾斜而向着外侧22-3逐渐减少的形状。结果，形成每个加强件129的垂直加强件129V。
另一方面，在形成外部凹槽的步骤中，在没有使用特殊操作的情况下，当通过刻蚀切割在每个振动器部件23的基底端(根部位置43)布置的外部凹槽39的两个末端39A和39B时，形成弯曲形状的外部凹槽39的两个末端39A和39B。因此，根据本实施方式，利用外部凹槽39的两个末端39A和39B的弯曲形状形成每个加强件129的水平加强件129H。
(安装步骤)
将每个通过上述步骤制造的振动元件20通过表面安装方法安装在支撑衬底2的第一主面2-1上，将硅衬底21的第二主面21-2用作安装表面。在振动元件20中，将在相应的终端部分25上提供的金凸点26与在支撑衬底侧上的相应的焊接区4对准。在这种情况下，如上所述，读取每个振动元件20的对准标记32，然后通过安装机器高位置精度和方向精度地定位振动元件20。
在将振动元件20压到支撑衬底2上时，通过将金凸点26超声焊接到相应的焊接区4，将每个振动元件20安装在支撑衬底2的第一主面2-1。将IC元件7和电子组件8安装在支撑衬底2的第一主面2-1上，每个振动元件20受到下述调整步骤。然后，加上覆盖元件15以完成振动元件20。
如上所述，根据本实施方式，在硅衬底21上同时产生多个振动元件20，每个振动元件20包括与基底部分22整体形成的振动器部件23，然后将硅衬底21切割成相应的振动元件。然后，将具有相同的形状的第一和第二振动元件20X和20Y安装在支撑衬底2的第一主面2-1上成90°角的两个轴上，以产生用于在两个轴上得到检测信号的振动陀螺传感器1。
(形成倒角部分和熔化表面的步骤)
在制造振动元件的工艺中，使用用于下述调整步骤的激光器装置在每个振动器部件23上形成倒角部分130或熔化表面134。当在调整步骤之后通过激光器在每个振动器部件23上形成倒角部分130或熔化表面134时，会破坏平衡。因此，在调整步骤之前执行该形成步骤。
在第二刻蚀步骤中，由于等离子体的流动，在每个振动器部件23的侧面和第一主面(上表面)23-1及其间的边缘上出现微线性不规则127(参照附图9A)。在形成熔化表面134的倒角部分130的步骤中，如图9B所示，通过激光器照射每个振动器部件23的预定部分以熔化该表面，由此去除微不规则127，并且形成具有提高的机械强度的振动元件20。该步骤利用在下一调整步骤中使用的激光器装置在一系列步骤中连续地执行。
(调整步骤)
在制造振动元件的步骤中，如上所述，通过使用电感耦合等离子体的刻蚀，从硅衬底21精确地切割每个振动元件20的振动器部件23。然而，很难相对于等离子体的发射中心线对称地形成每个振动器部件23，这是取决于条件如材料产量等。因此，由于每个振动元件20的位置平移、不同的步骤条件等，会出现每个振动器部件23的形状的变化。例如，当形成的每个振动元件20的振动器部件23具有梯形或者平行四边形的截面形状时，与具有正常的矩形截面形状的振动器部件23相比，振动器部件23执行从垂直振动的中心轴方向向小质量侧倾斜的振动操作(参照附图48)。
因此，执行调整步骤，以通过在每个振动器部件23的预定位置激光抛光大质量侧来校正振动状态。在该调整步骤中，由于难于直接观察每个具有小截面形状的振动器部件23的截面形状，因而通过以下方法观察振动器部件23的截面形状的变化，其中使每个切割的振动元件20的振动器部件23在预定的纵向谐振频率振动，以比较右和左检测信号的振幅。在该调整步骤中，在右和左检测信号之间出现差异时，将振动部件23在输出小检测信号的侧面上部分地激光切割。
例如，在调整前，将振荡电路71的振荡输出G0应用到驱动电极层29，以在纵向谐振状态中振动振动元件20，如图38A所示。在该调整步骤中，将从检测电极30R和30L对输出的检测信号G10和Gr0通过加法电路72结合，并且将该加法信号返回振荡电路71。然后在从检测电极30L和30R得到的检测信号G10和Gr0的基础上，将测量的振荡电路71的振荡频率作为纵向谐振频率f0，并且将测量的检测信号G10和Gr0之间的差异作为差分信号。
在该调整步骤中，如图38B所示，将振荡电路71的振荡输出G1应用到检测电极30L，以在横向谐振状态中驱动振动元件20。在该步骤中，将从检测电极30R输出的检测信号Gr-1返回振荡电路71，并且在该检测信号Gr-1的基础上，将测量的振荡电路71的振荡频率作为横向谐振频率f1。由于从检测信号Gr-1得到的横向谐振频率f1等于从检测信号G1-1得到的横向谐振频率f2，因而通过连接至任一检测电极30L和30R测量横向谐振频率。
而且，如图38C所示，将振荡电路71的振荡输出G2应用到检测电极30R，以在横向谐振状态中驱动振动元件20。在该步骤中，将从检测电极30L输出的检测信号G1-2返回到振荡电路71，并且在检测信号G1-2的基础上，将测量的振荡电路71的振荡频率作为横向谐振频率f2。在该调整步骤中，将纵向谐振频率f0以及通过测量得到的横向谐振频率f1和f2之间的差异用作失谐度，并且作出该失谐度是否在预定的范围之内的判定。同样，在该调整步骤中，作出通过检测电极30L和30R检测的差分信号是否在预定的范围之内的判定。
在该调整步骤中，基于失谐度和差分信号的判定结果，从其振幅确定振动器部件23的调整位置，并且通过激光照射抛光振动器部件23的一部分。通过上述相同的测量和激光加工执行该调整步骤，直到该失谐度和差分信号的判定结果达到目标值。
该调整步骤使用激光器装置，该激光器装置具有可控的光点直径并且发射532nm波长的激光。在该调整步骤中，例如，通过使用激光照射长度方向上的适当部分调整侧面和第二主面23-1之间的边缘。在每个振动元件20中，由于通过激光照射调整的频率差异和检测信号平衡中的变化从基底端到振动器部件23的尖端降低，因而可以粗略地调整该基底端侧，而细微地调整该尖端。
由于对安装在支撑衬底2上的振动元件20执行调整步骤，因而可以不执行安装之后的再调整，其是在安装之前执行调整时预先执行的，由此提高了振动陀螺传感器1的生产率。在这种情况下，由调整激光器照射的区域位于振动器部件23的上表面23-2侧，因而在安装之后表现出极好的调整可加工性。由于没有在每个振动器部件23的上表面23-2上形成压电层和电极层，因而尽可能地防止该调整的影响，如由于激光加工产生的热所造成的压电薄膜层28的特性的改变，极化状态的改变等。
在振动陀螺传感器1中，当将预定频率的AC电压从相应的驱动检测电路部分50应用到每个振动元件20中的驱动电极层29时，振动器部件23以固有频率振动。振动器部件23在纵向即厚度方向上以纵向谐振频率谐振，还在横向方向即宽度方向上以横向谐振频率谐振。振动元件20的灵敏度随着纵向谐振频率和横向谐振频率之间的差异即失谐度的减少而增加。在振动陀螺传感器1中，如上所述，当通过晶体各向异性刻蚀和反应离子刻蚀高精度地形成每个振动器部件23的外周时，得到令人满意的失谐度。
在每个振动元件20中，纵向谐振频率的特性极大地受到振动器部件23的长度尺寸t5的精度的影响。如上所述，在每个振动元件20的根部位置43，该根部位置限定振动器部件23的长度尺寸t5，当在通过晶体各向异性刻蚀形成的隔膜部分38的(100)表面，与每个以55°角刻蚀的斜面133对应的(111)表面，以及与平面对应的边界线之间出现偏差时，失谐度根据该偏差的数量增加。
即，在每个振动元件20中，偏差的量由在晶体各向异性刻蚀中在氧化硅膜33B上形成的抗蚀图案以及在反应离子刻蚀中形成的抗蚀膜图案之间的位置移动造成。因此，例如，可以使用能够同时观察硅衬底21的第一和第二主面21-1和21-2的两侧对准器定位每个振动元件20。或者，在硅衬底21的第一和第二主面21-1和21-2上形成适当的定位图案或标记，以便在这些图案或标记的基础上，通过执行一侧对准的对准装置定位每个振动元件20。可以将该定位方法应用到在支撑衬底2上安装每个振动元件20的步骤中。
当每个振动元件20中的偏差的量在小于大约30μm的范围内时，纵向谐振频率基本上与横向谐振频率相同。因此，在每个振动元件20中，通过具有略高精度的刻蚀步骤基本上抑制了由于偏差的数量造成的失谐度的减少，并且在没有使用对准装置的上述定位方法的情况下制造该振动元件。
(加强件的效果)
如上所述，在根据本实施方式的振动陀螺传感器1中，每个振动元件20包括振动器部件23，该振动器部件具有在基底端形成的加强件129(129V和129H)，并且具有截面形状向着基底部分22逐渐增加的形状。因此，即使当由主体装置的错误下落等施加大负荷时，也会阻止每个振动器部件23的破损。通过下面的分析实验证实，加强件129提高了振动部件23的机械强度。
即，在分析实验中，准备包括具有不同长度尺寸t29的加强件129的振动元件20，并且将增加的驱动电压应用到每个振动元件20的驱动电极层29上，以便强迫地使振动器部件23以高振幅振动。产生图39所示的结果的分析实验表示了振动器部件23破损时的振幅和每个振动元件20中的加强件129的长度尺寸之间的关系。计算机模拟表示在每个振动元件20中的振幅是100μm时，在振动器部件23的基底端产生大约0.5Gpa的应力。
附图39表示了纵坐标上振动器部件23破坏时的振幅(μmp-p)以及横坐标上加强件129的长度尺寸t29(μm，具有相同形状的第一和第二振动元件20X和20Y)。当加强件129的长度尺寸t29是零时，直接在基底部分22的侧面22-3上形成振动器部件23，而没有使用刻蚀凹口37的刻蚀斜面133，并且在振动元件中没有特别地形成具有大截面形状的加强件129。通过沿刻蚀斜面133向着开口侧移动外部凹槽39的基底端，逐渐增加加强件129的长度尺寸t29。
如图39所示，证实当加强件129的长度尺寸t29增加时，振动器部件23破损时的振动(振幅)增加，因而每个振动元件20的机械强度增加。当加强件129的长度尺寸t29超过60μm时，振动元件20的机械强度逐渐提高。在每个振动元件20中，由于通过沿外部凹槽39切割形成振动器部件23，该外部凹槽39穿过硅衬底21并且通过刻蚀在硅衬底21中形成，因而当形成具有大长度尺寸t29的加强件129时刻蚀的效率降低。因此，在每个振动元件20中，如上所述，从保持预定的机械强度和刻蚀效率的观点来看，加强件129的长度尺寸t29是50μm左右。
接下来，对具有上述振动元件20的振动陀螺传感器1以及具有不带加强件129的振动元件的振动陀螺传感器进行下落测试。该测试结果如图40A和40B所示。在该下落测试中，假设将振动陀螺传感器1安装在索尼摄像机“Handycam”上，该摄像机用于在其上安装振动陀螺传感器1的主体装置，将作为衬底的200g的刚体附着于振动陀螺传感器1，并且利用以恒定姿态下落的适当的导向机构，使陀螺传感器1在不同的高度下落。在该下落测试中，观察每个振动器部件23的破损状态。
附图40A表示不具有加强件129的振动陀螺传感器的结果，纵坐标上表示数量，而横坐标上表示下落高度(cm)。附图40B表示具有加强件129的振动陀螺传感器1的结果。这些图指示出当从达到大约50cm的高度下落时，振动陀螺传感器1的强度提高。
附图41是表示振动元件20中的加强件129的长度尺寸t29和纵向谐振频率之间的关系的曲线图。由于每个振动器部件23的整个长度尺寸t5随着加强件129的长度尺寸t29而增加，因而该纵向谐振频率按比例地减少。附图41还指示出当每个振动元件20中的加强件129的长度尺寸t29超过大约60μm时，纵向谐振频率中的变化减少。在每个振动元件20中，厚度尺寸随着加强件129的长度尺寸t29的增加而增加，并且刚度也增加，以减少振动的基本上开始点的变化，并且固定该开始点，由此减少纵向谐振频率中的变化。因此，在每个振动元件20中，从纵向谐振频率的特性的观点来看，加强件129的最大长度尺寸t29优选是60μm或者更少。
在每个振动元件20中，在振动器部件23中仅形成加强件129，但是没有形成倒角部分130或者熔化表面134。当在每个振动元件20中形成倒角部分130或熔化表面134时，进一步提高了振动器部件23的机械强度，并且还减少了由于微不规则127所造成的破损的出现，以在振动器部件23的整个长度上提高机械强度。在振动元件20中，在加强件129的边缘形成倒角部分130或者熔化表面134也是有效的。
(绝缘保护膜的效果)
在振动陀螺传感器1中，如上所述，提供每个具有用于密封电极层的绝缘保护膜的振动元件20。在振动陀螺传感器1中，根据在形成绝缘保护层45的氧化硅层47的步骤中使用的溅射容器的氩气压规格，生产具有不同特性的振动元件20。附图42是表示在振动陀螺传感器1的输出电压变化的情况下噪声的出现率的曲线图，该振动陀螺传感器具有每个具有绝缘保护层45的振动元件20，使用固定在500nm的厚度尺寸t27以及从0.4Pa到0.6Pa变化的氩气压来形成的绝缘保护层45。
附图42表示在振动陀螺传感器1中，噪声的出现率随着氩气压的增加而增加。在振动陀螺传感器1中，氧化硅层47的密度随着氩气压的增加而减少，因此氧化硅层47不能充分地表现出绝缘保护功能。因此，如上所述，振动陀螺传感器1包括每个具有绝缘保护层45的振动元件20，该绝缘保护层包括在溅射容器中在0.35Pa即放电界限至0.4Pa的氩气压下形成的氧化硅层47。
在振动陀螺传感器1中，输出电压的噪声的出现率还随氧化硅层47的厚度尺寸而变化。附图43表示在绝缘保护层45的氧化硅层47的厚度变化的情况下，在振动陀螺传感器1的输出电压的噪声的出现率，在溅射容器中在0.4Pa的恒定氩气压时在具有300nm厚度的第二电极层42上形成氧化硅层47。
附图43表示在振动陀螺传感器1中，当氧化硅层47的厚度小于600nm时，该厚度是第二电极层42的两倍，不能充分地表现绝缘保护功能，由此增加了噪声的出现率。因此，振动陀螺传感器1包括每个具有1μm或者更少厚度的氧化硅层47的振动元件20，该厚度抑制毛刺的出现，并且是第二电极层42的厚度的两倍或者更多倍。
(无掺杂单晶硅衬底的效果)
在用于制造振动元件的工艺中，通过半导体工艺在单晶硅衬底21的第二主面21-2上形成第一电极层40、压电薄膜层41以及第二电极层42。然后，将这些层进行预定的构图以产生振动元件20。通常的半导体工艺使用掺杂有掺杂元素如硼、磷等的N型或P型硅衬底。因此，通常的硅衬底具有几十Ω·cm的体积电阻率以及特定的导电率，以表现出接地功能，在薄膜形成期间作为低电极的功能等。
另一方面，在本实施方式中，在用于生产振动元件的工艺中，将单晶硅衬底用作硅衬底21，该单晶硅衬底由未掺杂的纯硅、或者具有100Ω·cm或者更多的体积电阻率的单晶硅衬底组成。硅衬底21具有非常高的电阻值，因而具有低导电率。
如上所述，在硅衬底21的每个第一和第二主面21-1和21-2上形成氧化硅膜33，并且在刻蚀等期间用作保护膜。在用于生产振动元件的工艺中，为了形成每个具有预定厚度的振动器部件23，去除氧化硅膜33以在硅衬底21中形成刻蚀凹口37。当用于刻蚀的光敏材料包含杂质等时，则可能破坏硅衬底21上的氧化硅膜33。硅衬底21具有在氧化硅膜33中产生的条纹和裂缝，或者在该工艺中产生的损伤，并且这些缺陷很难通过检查外表检测出来。
当使用一般的硅衬底时，如上所述形成为氧化硅膜33B上的薄膜的第一电极层40，通过上述破损引起与该硅衬底导通，并且还通过具有高导电率的硅衬底21与第二电极层42导通。在用于生产振动元件的工艺中，当使用导电硅衬底时，短路缺陷的产率大约是20％，如图44B所示。在用于生产振动元件的工艺中，当使用一般的硅衬底时，优选地，形成具有足够厚度的氧化硅膜33，因此执行高精度测试以及充足的工艺控制，由此降低了效率。
另一方面，如上所述，当使用低导电率的硅衬底21生产振动元件20时，短路缺陷的比率降低到4％左右，如图44A所示。在用于生产振动元件的工艺中，在每一个步骤中可以有效地执行温度控制和气体控制，并且可以执行高精度的薄膜形成，由此极大地提高了该工艺的效率。
振动陀螺传感器1包括振动元件20，每个通过使用低导电率硅衬底21作为基底材料而制备，因而相对于外部干扰如外部光、热负荷等该操作是稳定的。附图45是表示在使用低导电率硅衬底的振动元件20以及使用通常的N或P型硅衬底作为比较例的振动元件的照射中，压电薄膜28的电容的变化，该照射通过荧光灯、白炽灯以及激光指示器(红)执行。
附图45表示在振动元件20中，压电薄膜层28的电容由于所有光源极小地改变，因此该操作是稳定的。另一方面，在作为比较例的振动元件中，该电容由于白炽灯极大地改变。因此，作为比较例的振动元件很容易受到外部光的影响，由此造成高精度的稳定检测操作的困难。
附图46是表示在振动元件20以及作为比较例的振动元件的外部光照射中，输出信号的偏移值的变化。在振动陀螺传感器1中，预先施加偏移电压以偏移该输出，以便检测该输出值的角速度，该输出值随旋转方向而变化。附图46表示在振动元件20中，该偏移电压由于所有光源较小地改变，并且该操作是稳定的。另一方面，在作为比较例的振动元件中，该偏移电压由于所有光源特别是白炽灯极大地改变。作为比较例的振动元件的操作由于外部干扰的影响而变得不稳定。
如上所述，当使用低导电率单晶硅21作为基底材料生产振动元件20时，由于该低导电率抑制了由外部光或热负荷产生的微电流的流动，由此可以抑制在压电薄膜层28和电极层上的影响。
图47是表示在白炽灯下，振动陀螺传感器的偏移电压值的变化，该振动陀螺传感器包括使用具有不同的体积电阻率的硅衬底产生的振动器元件。图47表示在使用具有几十Ω·cm体积电阻率的通常N或P型硅衬底作为基底材料产生的振动元件中，该偏移电压值极大地改变。另一方面，在包括使用具有100Ω·cm体积电阻率作为基底材料的振动元件的振动陀螺传感器中，偏移电压值在白炽灯下较小地改变，并且该操作是稳定的。
第二实施方式
在上述第一实施方式中，在用于从硅衬底21切割每个振动器部件23的外部形状的形成外部凹槽39的步骤中使用ICP-RIE(电感耦合的等离子体反应离子刻蚀)。该方法的优点在于以高纵横比在硅衬底21中形成垂直凹槽。
然而，在大硅衬底21(大晶片直径)的使用中，示意性地如图48A所示，难于形成所有的振动部件23，每个振动部件在该衬底中的两侧具有理想的垂直墙壁。即，示意性地如图48B所示，由于等离子体工艺容器中气流的分布，等离子体的分布等，在该衬底的周边区域中形成具有不对称形状的振动器部件23。
当振动器部件23具有对称的形状时，在垂直方向上出现理想的振动模式(附图48A)，并且平衡了从在振动器部件23的表面上形成的右和左检测电极30R和30L输出的检测信号，在其间没有差异。然而，当振动器部件23具有非对称的形状时，从右和左检测电极30R和30L输出的检测信号不同，并且不是平衡的(附图48B)。如果右和左检测信号不同，则在应用到振动器部件23的旋转方向上的角速度的检测量变化，或者顺时针旋转的角速度的灵敏度不同于逆时针旋转的角速度的灵敏度，由此造成误差。
另一方面，为了调整右和左检测信号之间的平衡，在该振动元件形成之后，通过激光照射抛光振动器部件23的预定区域。然而，如果仅通过这种方法平衡该检测信号，该调整会占很长时间。而且，通过激光照射只能调整右和左信号之间大约30％的差异。因此，当调整之前该检测信号之间的差异大于该值时，不能将该产品用于降低产率。
因此，在本实施方式中，为了缩短调整步骤的工作时间，并且提高产品的合格率，在形成振动器部件23的外部形状的刻蚀步骤中，将从外部凹槽39暴露的振动器部件23的边缘过刻蚀成弯曲的形状，如下所述。
如图49A所示，通过使用在硅衬底21的第二主面21-2上形成的氧化硅膜33B作为掩模的刻蚀，在硅衬底21中形成用于切割振动器部件23的外部形状的U形外部凹槽39。在硅衬底21的第一主面21-1中形成的刻蚀凹口37中的加工深度达到用于留有隔膜部分38的厚度的值时，通常停止该刻蚀。在这种情况下，加工的量受到在刻蚀凹口37上形成的刻蚀停止层70的限制。
在形成外部凹槽39的步骤中，在刻蚀凹槽的底部到达刻蚀停止层70之后继续进一步刻蚀(在下文中称作“过刻蚀”)。如图49B示意性地显示的，在电荷和在刻蚀停止层70上剩余的刻蚀剂(在附图49B中由“E”表示)的影响下，刻蚀在其底部向着外部凹槽39的侧面的方向上继续进行。结果，如图49B所示，抛光隔膜部分38(振动器部件23)的底边，以形成锤形或弯曲的形状。
这种现象称作“刻痕”，在平常的工艺中通过控制刻蚀条件阻止这种现象。随着外部凹槽39倾斜的增加，这种刻痕现象与刻蚀停止层70成锐角地显著地出现在该边缘。附图49A是从纵向方向看，振动器部件23的截面图，附图49B是从垂直于该纵向方向的方向看，振动器部件23的主要部分的截面图。
在本实施方式中，使用在外部凹槽39形成中由过刻蚀造成的刻痕现象，降低由于每个振动器部件23的形状的不对称所造成的振动模式的偏差。
在具有如图48B所示的不对称形状的振动器部件23中，与通过正常的刻蚀(非过刻蚀)产生的振动器部件23的振动模式比较，如图50B所示的振动器部件23的过刻蚀使得振动模式更接近垂直振动模式。这是因为通过该刻痕现象将振动器部件23的右和左边23VR和23VL之中更锐的边23VL更大量地加工成曲线形状，因此减少不对称以提高振动器部件23的右和左重量之间的平衡，由此校正该振动模式使其更接近于垂直模式。
另一方面，即使振动器部件23具有如图48A所示的对称形状，当通过过刻蚀形成外部凹槽39时，也将振动器部件23的右和左边23VR和23VL通过该刻痕现象形成曲线形状，如图50A所示。然而，在这种情况下，边23VR和23VL的加工数量相同，因而没有损害该形状的对称性，并且与非过刻蚀中的垂直模式一样，保持该垂直模式。
为了使该描述容易理解，附图40和50中的每个表示颠倒的振动器部件23。实际的振动器部件在这样的状态下振动，其中面向衬底的表面23-2向下面对形成在面向衬底的表面23-2上的检测电极30和驱动电极29。
可以通过例如刻蚀时间控制过刻蚀，并且将该过刻蚀时间设置成比非过刻蚀的刻蚀时间更长。可以根据规格如振动器部件的尺寸和形状、驱动频率等适当地控制使用该刻痕现象对振动器部件23的边缘23VL和23VR的加工量。在根据第一实施方式的元件形状中，加工的数量是5μm或者更多。然而，如果加工的数量过大，则振动器部件自身的强度就会降低。因此，加工的数量优选是20μm或更少。
如上所述，根据本实施方式，在具有对称形状和理想的振动模式的振动元件中，即使在振动器部件23的底边产生锥形或弯曲刻痕，也能保持理想的振动模式。同样，即使是在具有不对称的最初形状以及因而具有倾斜的振动模式的振动元件中，通过在振动器部件23的底边形成刻痕，该振动模式也接近垂直的振动模式。因此，即使是在非平衡振动模式中振动的没有充分调整的振动元件中，也可以在调整步骤中通过激光照射调整该振动模式，由此提高产量。
作为本发明人证实的结果，从单晶硅衬底制备的振动元件的缺陷率(产率)通常是43％左右，并且在调整步骤之间于右和左检测信号之间造成小于30％的差异。然而，根据本实施方式，将产率提高到87％，两倍于通常的产率。
第三实施方式
在上述第一实施方式中，在用于从硅衬底21切割每个振动器部件23的外部形状的形成外部凹槽39的步骤中，使用了ICP-RIE方法。该方法的优点在于以高的纵横比在硅衬底21中形成垂直凹槽。
当通过通常的刻蚀形成线性凹槽时，不能精确地在该凹槽中形成直角边(在凹槽宽度方向上的侧面和凹槽长度方向上的侧面之间)，并且经常形成弯曲的边。因此，在形成外部凹槽39中，如图51所示，振动器部件的根部23R1和23R2对应于振动器部件23的两个侧面和基底部分22的侧面22-3之间相应的边界，并且形成曲面的平面形状。通过使用该刻蚀特性，根据第一实施方式，在振动器部件23的基底端形成水平的加强件129H。
然而，振动器部件23的根部23R1和23R2很容易变得不对称。如图52A所示，当振动器部件23具有对称的形状时，该振动模式是理想的垂直振动模式，并且从在振动器部件23的表面上形成的检测电极30L和30R输出的检测信号也是平衡的，在其间没有差异。另一方面，如上所述，当根部23R1和23R2不对称时，振动器部件23的振动模式变成倾斜的振动模式，如图52B所示。
在具有这种倾斜的振动模式的振动器部件中，来自右和左检测电极30R和30L的检测信号不是平衡的。当右和左检测信号不同时，施加到振动器部件的旋转方向上的角速度的检测量发生变化，或者顺时针旋转的角速度的灵敏度与逆时针旋转的角速度的灵敏度不同。
另一方面，如上所述，为了控制右和左检测信号之间的平衡，在形成振动器部件23之后，通过激光照射抛光振动器部件23的预定区域。然而，如果仅通过这种方法平衡检测信号，则该调整会占很长时间。而且，通过激光照射仅可以调整右和左信号之间大约30％的差异。因此，当在调整之前该检测信号之间的差异大于该值时，那么不能用该产品降低产率。
因此，在本实施方式中，为了缩短调整步骤的工作时间，并且提高产品的合格率，在形成振动器部件23的外部形状的刻蚀步骤中，该外部凹槽39的两端39A和39B(参照附图53)是锥形的或者向外弯曲的，如下所述。
附图53是在形成外部凹槽的步骤中的硅衬底21的示意性平面图，其中将外部凹槽39形成环绕振动器部件23的外部形状的U形，并且将该外部凹槽39的两端39A和39B向外弯曲。通过使用在硅衬底21上形成的氧化硅膜33b作为掩模的刻蚀形成外部凹槽39的形状。在该形成中，压电薄膜层28、电极层27和29、终端25以及布线图案覆盖有保护膜。在构图氧化硅膜33B中，对应于外部凹槽39的形成区域的U形开口的两端是弯曲的，如图53所示。
结果，外部凹槽39的两端39A和39B对应于氧化硅膜33B的开口形状形成弯曲的形状。如图54所示，提高了振动器部件23的根部23R1和23R2的对称，并且以基本上相同的形状形成该根部。因此，在振动器部件23中保持垂直振动模式，由此提高了检测信号之间的平衡。
附图55A至55C是表示振动器部件的根部23R2(23R1)的平面形状的例子。附图55A是表示以具有恒定曲率的环形或椭圆形形成的振动器根部23R2的例子，附图55B是表示以具有不同倾角的锥形形成的振动器根部23R2的例子，附图55C是表示将振动器根部23R2形成包括多个斜面的形状的例子，该倾角随基底部分22的侧面22-3逐渐减小。
振动器部件根部23R1和23R2的形状不限于上述例子，只要振动器根部23R1和23R2是锥形的或者曲线的，以便振动器部件23的宽度向着外部逐渐减小。可以将振动器部件根部23R1和23R2的曲率设置成任意值，例如，5μm。同样，可以根据振动器部件根部23R1和23R2的形状形成水平加强件129H的形状。
如上所述，根据本实施方式，最初将外部凹槽39的两端39A和39B构图弯曲形状，以便振动器部件根部23R1和23R2也是弯曲的。因此，可以以基本上对称的形状形成振动器部件23，并且可以保持理想的垂直振动模式。结果，即使在以不平衡振动模式振动的振动元件中，该振动元件没有充分地调整，也可以在调整步骤通过激光照射令人满意地调整振动模式，由此提高产量。
作为本发明人证实的结果，振动元件的缺陷率(产率)通常是38％左右，该振动元件从单晶硅衬底产生，并且在调整步骤之前造成右和左检测信号之间小于30％的差异。然而，根据本实施方式，将该产率显著地提高到82％左右。在本实施方式中，振动器部件根部的半径曲率是20μm。
第四实施方式
参照第一实施方式如上所述，将参考电极层27、压电薄膜层28以及驱动电极层29层压在每个振动元件20的振动器部件23的表面(面向衬底的表面23-2)上。而且，压电层和电极层覆盖有绝缘保护层45，以阻止大气湿气和灰尘的粘着。由于将压电薄膜层28、电极层和保护层形成在具有小约100μm厚度的振动器部件23的表面上，因而可以根据所选材料，通过这些膜的材料应力弯曲振动器部件23本身。
如图56所示，将通过溅射形成的压电薄膜层28沉积之后通过高温退火而氧化，因而在压缩方向上施加应力。而且，极化压电薄膜层28以稳定其特性。当在从上电极侧到下电极侧的方向上执行极化时，在压电薄膜层中出现压缩的内应力，如图56所示。
另一方面，使用Ti/Pt形成作为低电极膜的参考电极层27，以便提高该膜的特性。然而，通过在低气压溅射形成参考电极层27，以便提高该晶体结构，并且将压缩应力应用到低电极膜，如图56所示。此外，作为上电极膜的驱动电极层29(检测电极30R和30L)优选地包括在该工艺中不会由于热处理而氧化的金属膜，并且还使用Pt作为低电极膜。因此，将压缩应力应用到上电极膜，如图56所示。同样，还通过在低压溅射沉积氧化硅层以及在该氧化硅层之上和之下的氧化铝层形成绝缘保护层45，并且将压缩应力应用到该得到的膜上。
因此，其上形成这些膜振动器部件23的表面(面向衬底的表面)23-2很容易弯曲，以在附图56中所示的向下的方向上突出。当弯曲的振动器23振动时，在振动器23弯曲的方向上的振动的量很小，而在与该弯曲的方向相反的侧面上的振动的量增加。因此，如图56所示，振动器23延伸的方向a与其振动中心b不一致，因而不能得到高谐振振幅，由此降低了检测灵敏度。在附图56中，为了使说明便于理解，所示的振动元件20是颠倒的，因而振动器部件23的面向衬底的表面23-2面向上。
因此，在本实施方式中，如图57所示，将弯曲控制膜58形成在与振动器部件23的电极形成表面相反的主面(振动器部件23的上表面23-1)上，以便抑制振动器部件23的弯曲，并且得到稳定的输出。通过弯曲控制膜58所具有的压缩应力消除在振动器部件23的每个表面中产生的压缩应力，由此抑制该弯曲。
弯曲控制膜58的材料没有特别地限制，只要该材料在沉积期间给予振动器部件23压缩应力。例如，可以使用Pt膜，该Pt膜与上电极膜和下电极膜的电极材料相同，或者使用与绝缘保护膜45相同的材料。由于压缩应力的振幅取决于该膜的厚度和沉积条件，因此可以通过例如控制弯曲控制膜58的厚度适当地控制振动器部件23弯曲的量。
在形成弯曲控制膜58的步骤中，该弯曲控制膜58可以通过在每个振动元件20的形成之后溅射形成，或者可以在形成每个振动元件20的工艺的过程中引入。所用的材料没有特别地限制，并且可以使用任何材料和形成方法。
附图58是表示观察到的振动器部件23的曲率和谐振点的振幅之间的关系。在该图中，振动器部件23的曲率由基底部分的高度和振动器部件23的尖端之间的差异表示。附图58证实当振动器部件23的曲率距水平面位于±5μm以内时，该振幅保持较高，而当该曲率超过±10μm时，该振幅降低。因此，当将该振动器部件23的曲率抑制在距水平面±5μm或者更小时，得到高的谐振振幅，并且还得到高的检测信号和高检测灵敏度。
如上所述，在本说明书中描述的振动陀螺传感器具有下面的特征：
1.一种振动陀螺传感器，包括：支撑衬底，在该支撑衬底上形成具有多个焊接区的布线图案；以及安装在该支撑衬底的表面上的振动元件，其中每个振动元件包括：具有安装表面的基底部分，在该安装表面上形成多个连接到相应的焊接区的终端部分，以及振动器部件，该振动器部件以悬臂的方式从该基底部分的一侧整体地突出，并且具有与该基底部分的安装表面共面的面向衬底的表面，并且该振动器部件具有第一电极层、压电薄膜层、第二电极层、以及绝缘保护层，该绝缘保护层用于将按顺序在该振动器部件的面向衬底的表面上形成的该第一电极层、压电层和第二电极层密封。
2.如1所述的振动陀螺传感器，其中该绝缘保护层至少包括氧化硅层。
3.如2所述的振动陀螺传感器，其中至少在该氧化硅层的下侧形成粘合层。
4.如3所述的振动陀螺传感器，其中该粘合层是氧化铝层。
5.如1所述的振动陀螺传感器，其中该绝缘保护层具有至少两倍于该第二电极层的厚度。
6.如1所述的振动陀螺传感器，其中该绝缘保护层比该第一电极层更宽，并且沿该振动器部件的周边线显露该振动器的面向衬底的表面。
7.如1所述的振动陀螺传感器，其中在该振动器部件的上表面形成弯曲控制膜，用于控制该振动器部件的弯曲。
8.如7所述的振动陀螺传感器，其中该振动器部件的弯曲在±5μm范围内。
9.如1所述的振动陀螺传感器，其中使用未掺杂的单晶硅衬底作为基底材料形成每个振动元件。
10.如9所述的振动陀螺传感器，其中该未掺杂的单晶硅衬底具有100Ω·cm或者更大的体积电阻率。
11.如1所述的振动陀螺传感器，其中该支撑衬底的表面覆盖有屏蔽光的覆盖元件。
12.一种用于制造振动陀螺传感器的方法，该振动陀螺传感器包括：振动元件，该每个振动元件包括具有安装表面的基底部分，在该安装表面上形成多个终端部分；以及振动器部件，该振动器部件以悬臂的方式从该基底部分的一侧整体地突出，并且具有与该基底部分的安装表面共面的面向衬底的表面，该方法包括以下步骤：在该振动器部件的面向衬底的表面上形成第一电极层，在该第一电极层上形成压电层，在该压电层上形成第二电极层，并且形成绝缘保护层，以便覆盖该压电层以及第一和第二电极层。
13.如12所述的方法，其中形成该绝缘保护层的步骤包括在该振动器部件的面向衬底的表面上形成粘合层，以及在该粘合层上形成氧化硅层的步骤。
14.如13所述的方法，其中在下限至0.4Pa的放电压力下通过于氩气环境中溅射沉积该氧化硅层。
15.如13所述的方法，其中形成绝缘保护层的步骤包括在该氧化硅层上形成抗粘合层。
本领域的技术人员应当理解，根据设计需要和其它因素，会出现不同的修改、组合、局部组合以及变化，只要在权利要求或与其等同的范围内。
本发明包含于2005年3月18日向日本专利特许厅申请的日本专利申请JP2005-080473，2005年2月28日向日本专利特许厅申请的日本专利申请JP2005-054844，2005年6月16日向日本专利特许厅申请的日本专利申请JP2005-176869，2005年6月16日向日本专利特许厅申请的日本专利申请JP2005-176870以及2005年12月27日向日本专利特许厅申请的日本专利申请JP2005-374324相关的主题，通过引用的方式将其全部内容在此合并。
Claims (29)
1.一种振动陀螺传感器，包括：
支撑衬底，在所述支撑衬底上形成具有多个焊接区的布线图案；以及
安装在所述支撑衬底的表面上的振动元件；
其中所述振动元件包括：具有安装表面的基底部分，在所述安装表面上形成多个连接到所述焊接区的终端；以及振动器部件，所述振动器部件以悬臂的方式从所述基底部分的一侧整体地突出，并且具有与所述基底部分的安装表面共面的面向衬底的表面；
所述振动器部件具有按顺序在所述面向衬底的表面上形成的第一电极层、压电层和第二电极层；以及
加强件，在所述振动器部件的基底端形成，以便所述振动器部件的截面面积向着该基底部分逐渐增加。
2.根据权利要求1所述的振动陀螺传感器，其中所述振动器部件的上表面通过倾斜的部分从所述基底部件的上表面逐步降低；以及
所述加强件沿该倾斜的部分形成在所述振动器部件的基底端的上表面上。
3.根据权利要求1所述的振动陀螺传感器，其中形成所述加强件，以便所述振动器部件的基底端的宽度向着所述基底部分的侧面逐渐增加。
4.根据权利要求3所述的振动陀螺传感器，其中在所述振动器部件的基底端的两侧弯曲所述加强件。
5.根据权利要求1所述的振动陀螺传感器，其中所述振动器部件的上表面和两个侧面之间的边缘熔化来形成倒角部分。
6.根据权利要求1所述的振动陀螺传感器，其中所述振动器部件的上表面和两个侧面之间的边缘中的至少一个是弯曲的。
7.根据权利要求1所述的振动陀螺传感器，其中除了所述振动器部件的面向衬底的表面之外的表面的至少一个部分熔化以形成光滑表面。
8.一种振动陀螺传感器，包括：
支撑衬底，在所述支撑衬底上形成具有多个焊接区的布线图案；以及
安装在所述支撑衬底的表面上的振动元件；
其中所述振动元件包括：具有安装表面的基底部分，在所述安装表面上形成多个连接到所述焊接区的终端；以及振动器部件，所述振动器部件以悬臂的方式从所述基底部分的一侧整体地突出，并且具有与所述基底部分的安装表面共面的面向衬底的表面；
所述振动器部件具有第一电极层、压电层、第二电极层、以及绝缘保护层，所述绝缘保护层用于将按顺序在所述面向衬底的表面上形成的第一电极层、压电层和第二电极层密封；以及
加强件，在所述振动器的基底端形成，以便所述振动器部件的截面面积向着所述基底部分逐渐增加。
9.根据权利要求8所述的振动陀螺传感器，其中所述绝缘保护层包含至少一个氧化硅层。
10.根据权利要求9所述的振动陀螺传感器，其中至少在所述氧化硅层的下侧上形成粘合层。
11.根据权利要求10所述的振动陀螺传感器，其中所述粘合层是氧化铝层。
12.根据权利要求8所述的振动陀螺传感器，其中所述绝缘保护层具有至少两倍于所述第二电极层的厚度。
13.根据权利要求8所述的振动陀螺传感器，其中所述绝缘保护层比所述第一电极层更宽，所述绝缘保护层形成以便使所述振动器的面向衬底的表面沿所述振动器部件的周边线暴露。
14.根据权利要求8所述的振动陀螺传感器，其中弯曲控制膜形成在所述振动器部件的上表面上，以便控制所述振动器的弯曲。
15.根据权利要求14所述的振动陀螺传感器，其中所述振动器部件的弯曲在±5μm范围内。
16.一种振动陀螺传感器，包括：
支撑衬底，在所述支撑衬底上形成具有多个焊接区的布线图案；以及
安装在所述支撑衬底的表面上的振动元件；
其中所述振动元件通过使用未掺杂的单晶硅衬底作为基底材料形成，所述振动元件包括：具有安装表面的基底部分，在所述安装表面上形成多个连接到所述焊接区的终端；以及振动器部件，所述振动器部件以悬臂的方式从所述基底部分的一侧整体地突出，并且具有与所述基底部分的安装表面共面的面向衬底的表面；
所述振动器具有按顺序在面向衬底的表面上形成的第一电极层、压电层和第二电极层；以及
在所述振动器部件的基底端形成加强件，以便所述振动器的截面面积向着所述基底部分逐渐增加。
17.根据权利要求16所述的振动陀螺传感器，其中所述未掺杂的单晶硅衬底具有100Ω·cm或者更多的体积电阻率。
18.根据权利要求16所述的振动陀螺传感器，其中所述支撑衬底的表面覆盖有屏蔽光的覆盖元件。
19.一种用于制造振动陀螺传感器的方法，所述振动陀螺传感器包括振动元件，每个振动元件包括：具有安装表面的基底部分，在所述安装表面上形成多个终端部分；以及振动器部件，所述振动器部件以悬臂的方式从所述基底部分的一侧整体地突出，并且具有与所述基底部分的组件表面共面的面向衬底的表面，所述振动器部件具有按顺序在所述面向衬底的表面形成的层压的第一电极层、压电层以及第二电极层，所述方法包括以下步骤：
通过刻蚀在所述硅衬底的第一主面中形成刻蚀凹口，以便所述刻蚀凹口具有以预定的倾角和对应于振动元件的振动器部件的厚度的深度从所述第一主面倾斜的刻蚀斜面；
在与所述硅衬底的刻蚀凹口相反的第二主面上形成压电层以及第一和第二电极层；
通过构图在所述刻蚀凹口内形成U形外部凹槽，以便所述外部凹槽包括用于形成所述振动器部件的外部形状的通槽；以及
切割所述硅衬底到所述外部凹槽的两端，以便切割所述振动元件的基底部分；
其中在形成所述外部凹槽的步骤中，在所述刻蚀凹口的中间部分形成所述外部凹槽的两端，以在所述振动器部件的基底端形成加强件，从而使所述振动器的截面面积向着所述基底部分逐渐增加。
20.根据权利要求19所述的方法，其中形成外部凹槽的步骤包括在所述硅衬底的第二主面上形成具有孔的抗蚀图案，所述孔对应于所述外部凹槽的形成部分，并且在与所述外部凹槽的两端对应的部分弯曲所述抗蚀图案。
21.根据权利要求19所述的方法，其中在形成所述外部凹槽的步骤中，将所述外部凹槽的底部过刻蚀。
22.根据权利要求19所述的方法，进一步包括在切割步骤之后通过激光照射熔化所述振动器部件的边缘的一部分形成倒角部分的步骤。
23.根据权利要求19所述的方法，进一步包括在切割步骤之后，通过激光照射熔化除了所述振动器部件的面向衬底的表面之外的表面的至少一个部分形成光滑表面的步骤。
24.根据权利要求19所述的方法，进一步包括在电极形成步骤之后，在振动器部件的面向衬底的表面上形成绝缘保护层的步骤，以密封所述压电层以及第一和第二电极层。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述形成绝缘保护层的步骤包括在所述振动器部件的面向衬底的表面上形成粘合层，并且在所述粘合层上形成氧化硅层的步骤。
26.根据权利要求25所述的方法，其中在下限至0.4Pa的放电压力下，通过在氩气环境中溅射形成所述氧化硅层。
27.根据权利要求25所述的方法，其中形成所述绝缘保护层的步骤进一步包括在氧化硅层上形成抗粘合层的步骤。
28.根据权利要求19所述的方法，进一步包括在与所述振动器部件的面向衬底的表面相反的表面上形成弯曲控制膜的步骤，以控制所述振动器部件的弯曲。
29.根据权利要求19所述的方法，其中切割未掺杂单晶硅衬底，使得主面是(100)取向表面和侧面是(110)取向表面，从而用作所述硅衬底。
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