JP2000097708A - Angular velocity sensor and its manufacture - Google Patents

Angular velocity sensor and its manufacture

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JP2000097708A
JP2000097708A JP10265221A JP26522198A JP2000097708A JP 2000097708 A JP2000097708 A JP 2000097708A JP 10265221 A JP10265221 A JP 10265221A JP 26522198 A JP26522198 A JP 26522198A JP 2000097708 A JP2000097708 A JP 2000097708A
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angular velocity
vibrator
primary
main body
velocity sensor
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隆雄 岩城
Eiji Kawasaki
栄嗣 川崎
Nobuyuki Oya
信之 大矢
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an angular velocity sensor capable of driving in a large amplitude by suppressing an influence of air damping and particularly electrostatically driving by a pectinated structure in the atmosphere. SOLUTION: Primary vibrator bodies 17, 18 are coupled to a square frame 4 via primary beams 15, 16, respectively, and a secondary vibrator body 37 is coupled to the bodies 17, 18 via secondary beams 35, 36, respectively. An acceleration sensor element 67 is installed at the body 37. The body 37 is vibrated in the same direction (X-axis direction) as those of the bodies 17, 18 by vibration transmissions from the bodies 17, 18. The element 67 detects a Corioris force in the direction (Y-axis direction) perpendicular to the vibrating direction in the case of applying an angular velocity at the time of vibrating the body 37 according to a change of an electrostatic capacity of a pectinated structure.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、振動型角速度セ
ンサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration type angular velocity sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】振動型角速度センサが、特開平9−21
1022号公報に開示されている。この角速度センサの
原理を図27を用いて説明する。櫛歯電極(励振用固定
電極)300,301,302と励振用可動電極30
3,304,305,306との間に電圧を印加して、
梁構造体307,308の質量部309,310を基板
の表面に平行な方向(Y方向)に振動させる。このと
き、基板の表面に平行な方向で、かつ、振動方向(Y方
向)に直交する方向にヨーΩが発生すると、梁構造体3
07,308の質量部309,310に対して基板の表
面に垂直な方向にコリオリ力が生じる。コリオリ力によ
って梁構造体307,308の質量部309,310が
変位したのを、質量部309,310と裏面電極31
1,312の間の静電容量C。の変化として検出する。
2. Description of the Related Art A vibration type angular velocity sensor is disclosed in
No. 1022. The principle of this angular velocity sensor will be described with reference to FIG. Comb electrodes (fixed electrodes for excitation) 300, 301, 302 and movable electrode 30 for excitation
3, 304, 305, 306
The mass portions 309, 310 of the beam structures 307, 308 are vibrated in a direction (Y direction) parallel to the surface of the substrate. At this time, if yaw Ω is generated in a direction parallel to the surface of the substrate and perpendicular to the vibration direction (Y direction), the beam structure 3
Coriolis force is generated in a direction perpendicular to the surface of the substrate with respect to the mass parts 309 and 310 of the parts 07 and 308. The displacement of the mass portions 309 and 310 of the beam structures 307 and 308 due to the Coriolis force indicates that the mass portions 309 and 310 and the back surface electrode 31
Capacitance C between 1,312. Is detected as a change.

【0003】ここで、コリオリ力fcは梁構造体30
7,308の質量部309,310の質量m、振動の速
度V、ヨーΩに依存し、以下の式で表される。 fc=2mVΩ・・・(1) 一般に、コリオリ力は微小であるため、共振の効果を利
用する。具体的には(1)式に示した振動速度Vを大き
くするために梁構造体307,308の質量部309,
310の励振(基板の表面に平行なY方向)の周波数を
共振周波数として、振幅を大きくとる。共振時の振幅は
主にエアダンピングによって決まり、エアダンピングに
よる減衰係数が大きいほど振幅は小さくなる。一般に櫛
歯構造ではエアダンピングによる減衰係数が大きく、大
気中で大きな振幅を得ることは難しい。したがって、真
空パッケージ中に振動子を置く方式がよく用いられる
が、これは加工技術として難しく、コストが高く、耐久
性が悪い。
Here, the Coriolis force fc is equal to the beam structure 30.
It depends on the mass m of the mass portions 309 and 310 of 7,308, the speed V of vibration, and the yaw Ω, and is expressed by the following equation. fc = 2 mVΩ (1) In general, since the Coriolis force is very small, the effect of resonance is used. Specifically, in order to increase the vibration velocity V shown in the equation (1), the mass parts 309 of the beam structures 307, 308,
The amplitude of the excitation 310 (in the Y direction parallel to the surface of the substrate) is set as the resonance frequency and the amplitude is increased. The amplitude at the time of resonance is mainly determined by air damping. The larger the damping coefficient by air damping, the smaller the amplitude. In general, a comb tooth structure has a large damping coefficient due to air damping, and it is difficult to obtain a large amplitude in the atmosphere. Therefore, a method of placing a vibrator in a vacuum package is often used, but this is difficult as a processing technique, is expensive, and has poor durability.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明の目
的は、エアダンピングの影響を抑え、特に櫛歯構造によ
る大気中での静電駆動でかつ大振幅駆動が可能な角速度
センサを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an angular velocity sensor capable of suppressing the influence of air damping and capable of driving a large-amplitude electrostatic drive in the atmosphere using a comb structure. It is in.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1の記載のような
構成を採用すると、1次振動子本体に対し駆動力を付与
することにより1次振動子本体が振動し、2次振動子本
体が1次振動子本体からの振動伝達にて1次振動子本体
と同じ方向に振動する。そして、2次振動子本体が振動
しているときにおいて、加速度センサエレメントが角速
度の印加に伴うコリオリ力を検出する。
According to a first aspect of the present invention, a driving force is applied to the primary vibrator main body to cause the primary vibrator main body to vibrate, and the secondary vibrator main body to be driven. Vibrates in the same direction as the primary vibrator main body due to vibration transmission from the primary vibrator main body. Then, when the secondary vibrator body is vibrating, the acceleration sensor element detects Coriolis force accompanying the application of the angular velocity.

【0006】ここで、1次振動子はエアダンピングの影
響を受けやすいが、2次振動子はエアダンピングの影響
を受けにくい。より詳しくは、共振時の振幅は、エアダ
ンピングの影響を大きく受け、エアダンピング(エアダ
ンピングによる減衰係数)が大きいほど、共振時の振幅
は小さくなることが知られており、特に、1次振動子が
通常の静電駆動の振動子と同様に櫛歯構造をとっている
場合に、エアダンピングの影響を受けやすいが、2次振
動子はエアダンピングの影響を比較的受けにくくなる。
Here, the primary vibrator is easily affected by air damping, while the secondary vibrator is not easily affected by air damping. More specifically, it is known that the amplitude at resonance is greatly affected by air damping, and the amplitude at resonance becomes smaller as the air damping (damping coefficient due to air damping) becomes larger. When the vibrator has a comb structure like a normal electrostatically driven vibrator, the vibrator is easily affected by air damping, but the secondary vibrator is relatively less affected by air damping.

【0007】このようにして、エアダンピングの影響を
抑え、特に櫛歯構造による大気中での静電駆動でかつ大
振幅駆動が可能となる。ここで、請求項11に記載のよ
うに、前記1次および2次振動子本体で作る振動系を、
当該振動系の共振倍率の大きい振動数にて駆動する。こ
のことは、1次および2次振動子本体が作る振動系にお
いて、少なくとも一つ存在する固有振動モードの固有振
動数に近い周波数で駆動することによって可能である。
このとき、この振動系の共振倍率は増加し、大きな振幅
を得ることができる。
In this manner, the influence of air damping is suppressed, and in particular, electrostatic drive in the atmosphere and large-amplitude drive using a comb structure can be realized. Here, as described in claim 11, a vibration system formed by the primary and secondary vibrator bodies is:
The vibration system is driven at a frequency with a large resonance magnification. This can be achieved by driving the vibrating system formed by the primary and secondary vibrator bodies at a frequency close to the natural frequency of at least one natural vibration mode.
At this time, the resonance magnification of the vibration system increases, and a large amplitude can be obtained.

【0008】一方、請求項12の記載のような構成を採
用すると、1次振動子本体に対し駆動力を付与すること
により1次振動子本体が振動し、2次振動子本体が1次
振動子本体からの振動伝達にて1次振動子本体と同じ方
向に振動する。そして、2次振動子本体が振動している
ときにおいて、変位検出手段が、角速度の印加に伴うコ
リオリ力による振動方向に直交する方向での2次振動子
本体の変位を検出する。
On the other hand, when the structure as described in claim 12 is adopted, the primary vibrator main body vibrates by applying a driving force to the primary vibrator main body, and the secondary vibrator main body vibrates. Vibration is transmitted in the same direction as the primary vibrator main body by vibration transmission from the main vibrator. Then, when the secondary vibrator body is vibrating, the displacement detecting means detects the displacement of the secondary vibrator main body in a direction orthogonal to the vibration direction due to the Coriolis force accompanying the application of the angular velocity.

【0009】ここで、1次振動子はエアダンピングの影
響を受けやすいが、2次振動子はエアダンピングの影響
を受けにくい。より詳しくは、共振時の振幅は、エアダ
ンピングの影響を大きく受け、エアダンピング(エアダ
ンピングによる減衰係数)が大きいほど、共振時の振幅
は小さくなることが知られており、特に、1次振動子が
通常の静電駆動の振動子と同様に櫛歯構造をとっている
場合に、エアダンピングの影響を受けやすいが、2次振
動子はエアダンピングの影響を比較的受けにくくなる。
Here, the primary vibrator is easily affected by air damping, while the secondary vibrator is not easily affected by air damping. More specifically, it is known that the amplitude at resonance is greatly affected by air damping, and the amplitude at resonance becomes smaller as the air damping (damping coefficient due to air damping) becomes larger. When the vibrator has a comb structure like a normal electrostatically driven vibrator, the vibrator is easily affected by air damping, but the secondary vibrator is relatively less affected by air damping.

【0010】このようにして、エアダンピングの影響を
抑え、特に櫛歯構造による大気中での静電駆動でかつ大
振幅駆動が可能となる。ここで、請求項16に記載のよ
うに、変位検出用の電極が2次振動子本体から振動伝達
用梁にて連結されるとともに、この変位検出用電極の根
元部を、固定部分に対し、駆動方向に延びる梁にて連結
する。すると、2次振動子本体が振動するが、変位検出
用電極の根元部が、駆動方向に延びる梁にて固定部分に
連結されているので、2次振動子本体の駆動振動が変位
検出用電極に伝わるのが抑制される。その結果、2次振
動子本体の変位成分のみを検出して角速度を高精度に検
出することができる。
In this manner, the influence of air damping is suppressed, and in particular, electrostatic drive in the atmosphere and large-amplitude drive using a comb structure can be achieved. Here, as described in claim 16, the displacement detecting electrode is connected from the secondary vibrator main body by a vibration transmitting beam, and the root of the displacement detecting electrode is fixed to a fixed portion. They are connected by beams extending in the driving direction. Then, the secondary vibrator main body vibrates. However, since the base of the displacement detecting electrode is connected to the fixed portion by the beam extending in the driving direction, the driving vibration of the secondary vibrator main body is displaced by the displacement detecting electrode. Is suppressed. As a result, the angular velocity can be detected with high accuracy by detecting only the displacement component of the secondary vibrator main body.

【0011】ここで、請求項23に記載のように、前記
1次および2次振動子本体で作る振動系を、当該振動系
の共振倍率の大きい振動数にて駆動する。このことは、
1次および2次振動子本体が作る振動系において、少な
くとも一つ存在する固有振動モードの固有振動数に近い
周波数で駆動することによって可能である。このとき、
この振動系の共振倍率は増加し、大きな振幅を得ること
ができる。
Here, as described in claim 23, a vibration system formed by the primary and secondary vibrator bodies is driven at a frequency having a large resonance magnification of the vibration system. This means
This can be achieved by driving at a frequency close to the natural frequency of at least one natural vibration mode in the vibration system formed by the primary and secondary vibrator bodies. At this time,
The resonance magnification of this vibration system increases, and a large amplitude can be obtained.

【0012】請求項24に記載の発明においては、請求
項1に記載の角速度センサを製造することができる。つ
まり、半導体基板に形成した貫通孔により1次および2
次振動子本体等を区画する場合に、好ましいものとな
る。また、半導体基板を用いた半導体プロセスで形成す
ることによって小型化、軽量化、高出力化ならびに低コ
スト化を図ることができる。
In the invention according to claim 24, the angular velocity sensor according to claim 1 can be manufactured. That is, the primary and secondary holes are formed by the through holes formed in the semiconductor substrate.
This is preferable when partitioning the next vibrator body or the like. In addition, by being formed by a semiconductor process using a semiconductor substrate, reduction in size, weight, output, and cost can be achieved.

【0013】請求項27に記載の発明においては、請求
項6に記載の角速度センサを製造することができる。つ
まり、半導体基板に形成した貫通孔により1次および2
次振動子を区画し、かつ、2次振動子本体と可動電極と
で対向電極を構成する場合に、好ましいものとなる。ま
た、半導体基板を用いた半導体プロセスで形成すること
によって小型化、軽量化、高出力化ならびに低コスト化
を図ることができる。
According to the twenty-seventh aspect, the angular velocity sensor according to the sixth aspect can be manufactured. That is, the primary and secondary holes are formed by the through holes formed in the semiconductor substrate.
This is preferable when the secondary vibrator is partitioned and a counter electrode is formed by the secondary vibrator main body and the movable electrode. In addition, by being formed by a semiconductor process using a semiconductor substrate, reduction in size, weight, output, and cost can be achieved.

【0014】請求項30に記載の発明においては、請求
項12に記載の角速度センサを製造することができる。
つまり、半導体基板に形成した貫通孔により1次および
2次振動子本体等を区画する場合に、好ましいものとな
る。また、半導体基板を用いた半導体プロセスで形成す
ることによって小型化、軽量化、高出力化ならびに低コ
スト化を図ることができる。
According to the thirtieth aspect, the angular velocity sensor according to the twelfth aspect can be manufactured.
That is, this is preferable when the primary and secondary vibrator bodies and the like are partitioned by the through holes formed in the semiconductor substrate. In addition, by being formed by a semiconductor process using a semiconductor substrate, reduction in size, weight, output, and cost can be achieved.

【0015】請求項32に記載の発明においては、請求
項18に記載の角速度センサを製造することができる。
つまり、半導体基板に形成した貫通孔により1次および
2次振動子本体を区画し、かつ、固定電極と2次振動子
本体で対向電極を構成する場合に、好ましいものとな
る。また、半導体基板を用いた半導体プロセスで形成す
ることによって小型化、軽量化、高出力化ならびに低コ
スト化を図ることができる。
In the invention according to claim 32, the angular velocity sensor according to claim 18 can be manufactured.
In other words, this is preferable when the primary and secondary vibrator bodies are defined by the through holes formed in the semiconductor substrate, and the fixed electrode and the secondary vibrator body constitute the opposing electrodes. In addition, by being formed by a semiconductor process using a semiconductor substrate, reduction in size, weight, output, and cost can be achieved.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)以下、この
発明を具体化した第1の実施の形態を図面に従って説明
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】図1には、第1の実施の形態における角速
度センサの全体模式的な平面図を示す。図3は図1のA
−A線における断面図である。図3に示すように、シリ
コン基板(シリコンチップ)1の上には絶縁膜5および
配線(77a等)が配置されるが、この絶縁膜5および
配線(77a等)を省略しシリコン基板1のみのセンサ
平面図を、図2に示す。また、図1では図を見やすくす
るために、絶縁膜5を省略している。
FIG. 1 is an overall schematic plan view of the angular velocity sensor according to the first embodiment. FIG. 3 shows A in FIG.
It is sectional drawing in the -A line. As shown in FIG. 3, the insulating film 5 and the wiring (77a and the like) are arranged on the silicon substrate (silicon chip) 1, but the insulating film 5 and the wiring (77a and the like) are omitted and only the silicon substrate 1 is provided. 2 is shown in FIG. In FIG. 1, the insulating film 5 is omitted to make the drawing easier to see.

【0018】四角形状をなすシリコン基板1の中央部に
おいては、図3に示すように、その裏面(下面)には凹
部2が形成されている。凹部2の底面にて薄肉部3が形
成され、その周囲にシリコン基板1の四つの辺にて厚肉
の四角枠部4が形成されている。また、シリコン基板1
の主表面(上面)には絶縁膜5が形成されている。
As shown in FIG. 3, a concave portion 2 is formed on the rear surface (lower surface) of the central portion of the silicon substrate 1 having a rectangular shape. A thin portion 3 is formed on the bottom surface of the concave portion 2, and a thick rectangular frame portion 4 is formed around the thin portion 3 on four sides of the silicon substrate 1. In addition, the silicon substrate 1
An insulating film 5 is formed on the main surface (upper surface).

【0019】ここで、本例での座標系を規定しておく。
図1,2の平面図において長方形のシリコン基板1にお
いて長辺に平行な軸をX軸とし、短辺に平行な軸をY軸
とし、これらX−Y座標面に直交する軸をZ軸とする。
そして、X軸が振動子の振動軸(励振方向)となり、Z
軸が検出する角速度の軸となり、Y軸がコリオリ力の検
出方向となる。
Here, the coordinate system in this embodiment is defined.
In the rectangular silicon substrate 1 in the plan views of FIGS. 1 and 2, the axis parallel to the long side is defined as the X axis, the axis parallel to the short side is defined as the Y axis, and the axis orthogonal to the XY coordinate plane is defined as the Z axis. I do.
Then, the X axis becomes the vibration axis (excitation direction) of the vibrator, and Z
The axis is the axis of the angular velocity to be detected, and the Y axis is the direction of detection of the Coriolis force.

【0020】図2に示すように、シリコン基板1の薄肉
部3には貫通孔6,7,8,9,10,11が形成され
ている。この貫通孔6〜11はシリコン基板1の一部を
表面からエッチングして貫通させることにより形成した
ものである。この貫通孔6〜11により、1次振動子1
2,13と2次振動子14が区画形成されている。振動
子12,13,14に関し、より詳しくは、U字状の1
次梁15,16、1次振動子本体(重り部)17,1
8、1次振動子用可動電極19,20,21,22,2
3,24,25,26、1次振動子用固定電極27,2
8,29,30,31,32,33,34、U字状の2
次梁35,36、2次振動子本体(Gセンサ重り)37
が区画形成されている。可動電極19〜26および固定
電極27〜34は櫛歯状をなしている。
As shown in FIG. 2, through-holes 6, 7, 8, 9, 10, 11 are formed in the thin portion 3 of the silicon substrate 1. The through holes 6 to 11 are formed by etching a part of the silicon substrate 1 from the surface to penetrate. The primary vibrator 1 is formed by the through holes 6 to 11.
2, 13 and the secondary vibrator 14 are sectioned. More specifically, regarding the oscillators 12, 13, and 14, the U-shaped 1
Next beams 15, 16, Primary vibrator body (weight portion) 17, 1
8, Primary oscillator movable electrodes 19, 20, 21, 22, 2
3, 24, 25, 26, fixed electrode 27, 2 for primary vibrator
8, 29, 30, 31, 32, 33, 34, U-shaped 2
Secondary beams 35 and 36, Secondary vibrator body (G sensor weight) 37
Are formed. The movable electrodes 19 to 26 and the fixed electrodes 27 to 34 have a comb shape.

【0021】四角枠部4が振動子の固定部となり、この
四角枠部4に対し1次梁15,16にて1次振動子本体
17,18が連結されている。これにより、1次振動子
本体17,18は、駆動力を付与することによりX方向
に振動する。また、1次振動子本体17,18に対し2
次梁35,36にて2次振動子本体37が連結され、2
次振動子本体37は1次振動子本体17,18からの振
動伝達にて1次振動子本体17,18と同じX方向に振
動する。つまり、2次振動子本体37はU字状の2次梁
35,36にて連結されているので、X方向にのみ変位
(振動)しやすく、YおよびZ方向には変位しにくくな
っている。
The square frame portion 4 serves as a fixed portion of the vibrator, and primary vibrator main bodies 17 and 18 are connected to the square frame portion 4 by primary beams 15 and 16. Thus, the primary vibrator bodies 17 and 18 vibrate in the X direction by applying a driving force. In addition, 2
The secondary vibrator body 37 is connected by the secondary beams 35 and 36,
The primary vibrator main body 37 vibrates in the same X direction as the primary vibrator main bodies 17 and 18 by transmitting vibrations from the primary vibrator main bodies 17 and 18. That is, since the secondary vibrator main body 37 is connected by the U-shaped secondary beams 35 and 36, the secondary vibrator main body 37 is easily displaced (vibrated) only in the X direction and is hardly displaced in the Y and Z directions. .

【0022】1次振動子12,13の固定電極27〜3
4と四角枠部(固定部)4は、トレンチ溝38,39,
40,41,42,43,44,45によって絶縁され
ており、その内部には絶縁物(例えば、SiO2 等)が
埋め込まれている。また、図1に示すように、固定電極
27〜34は絶縁膜5上の金属配線(例えば、Al、T
i等)46,47,48,49,50,51,52,5
3によって、四角枠部(固定部)4での絶縁膜5上に配
置された電極端子46a,47a,48a,49a,5
0a,51a,52a,53aとそれぞれ電気的に接触
している。また、固定電極27〜34と金属配線46〜
53はコンタクトホール54,55,56,57,5
8,59,60,61によって電気的に接触している。
つまり、図3に示すように、絶縁膜5の一部に穴62を
開け、金属配線(50,51等)で埋めることにより、
絶縁膜5の上下を電気的に接触させている。
Fixed electrodes 27 to 3 of primary vibrators 12 and 13
4 and the square frame part (fixing part) 4 are trench grooves 38, 39,
It is insulated by 40, 41, 42, 43, 44, and 45, and an insulator (for example, SiO 2 or the like) is embedded therein. Further, as shown in FIG. 1, the fixed electrodes 27 to 34 are formed of metal wirings (for example, Al, T
i, etc.) 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 5
3, the electrode terminals 46a, 47a, 48a, 49a, 5a arranged on the insulating film 5 in the square frame portion (fixed portion) 4.
0a, 51a, 52a and 53a, respectively. The fixed electrodes 27 to 34 and the metal wires 46 to
53 is a contact hole 54, 55, 56, 57, 5
8, 59, 60, 61 are in electrical contact.
That is, as shown in FIG. 3, a hole 62 is formed in a part of the insulating film 5 and filled with metal wiring (50, 51, etc.),
The upper and lower portions of the insulating film 5 are electrically contacted.

【0023】一方、2次振動子本体37には、加速度セ
ンサエレメント67が設置され、2次振動子本体37が
振動しているときにおいて角速度の印加に伴うコリオリ
力を検出することができるようになっている。詳しく
は、図2に示すように、2次振動子本体37において、
貫通孔63,64,65,66が形成され、この貫通孔
63〜66により加速度センサエレメント67が区画形
成されている。詳しくは、Gセンサ用梁68,69、G
センサ用可動電極70,71、Gセンサ用固定電極7
2,73が区画形成されている。可動電極70,71お
よび固定電極72,73は櫛歯構造を成している。そし
て、梁68,69にて連結された可動電極70,71が
基板1の表面に平行な方向(Y方向)において固定電極
72,73と所定の間隔をおいて対向し、静電容量の変
化によって角速度を検出するようになっている。
On the other hand, an acceleration sensor element 67 is provided on the secondary vibrator main body 37 so that the Coriolis force accompanying the application of angular velocity can be detected when the secondary vibrator main body 37 is vibrating. Has become. Specifically, as shown in FIG.
Through holes 63, 64, 65, and 66 are formed, and the acceleration sensor element 67 is defined by the through holes 63 to 66. Specifically, beams 68 and 69 for G sensor, G
Sensor movable electrodes 70 and 71, G sensor fixed electrode 7
2, 73 are sectioned. The movable electrodes 70 and 71 and the fixed electrodes 72 and 73 have a comb structure. Then, the movable electrodes 70, 71 connected by the beams 68, 69 face the fixed electrodes 72, 73 at a predetermined interval in a direction (Y direction) parallel to the surface of the substrate 1, and change in capacitance. Detects the angular velocity.

【0024】2次振動子14の固定電極72,73はそ
れぞれトレンチ溝74,75によって電気的に絶縁され
ており、その内部には絶縁物(例えば、SiO2 等)が
埋め込まれている。また、この固定電極72,73は、
図1に示すように、金属配線76,77により2次梁3
5,36、1次振動子本体17,18、1次梁15,1
6の上を通り、四角枠部(固定部)4での絶縁膜5上に
配置された電極端子76a,77aとそれぞれ電気的に
接触している。但し、図1では中間の金属配線は省略さ
れている。また、固定電極72,73と金属配線76,
77はそれぞれコンタクトホール78,79によって電
気的に接触している。
The fixed electrodes 72 and 73 of the secondary vibrator 14 are electrically insulated by trench grooves 74 and 75, respectively, and an insulator (for example, SiO 2 or the like) is embedded therein. The fixed electrodes 72 and 73 are
As shown in FIG. 1, the secondary beams 3 are
5, 36, primary vibrator bodies 17, 18, primary beams 15, 1
6 and electrically contact with the electrode terminals 76a, 77a arranged on the insulating film 5 in the square frame portion (fixed portion) 4. However, in FIG. 1, an intermediate metal wiring is omitted. Further, the fixed electrodes 72 and 73 and the metal wiring 76,
77 is electrically connected by contact holes 78 and 79, respectively.

【0025】図2に示すように、2次振動子14とそれ
に対向する四角枠部(固定部分)4には突起80,81
が設けられ、その間の静電容量をモニタして2次振動子
本体37の振幅を検出することができるようになってい
る。つまり、振動モニタ用の固定電極81が可動電極8
0とY軸において僅かに離間して対向配置している。固
定電極81は、トレンチ溝82によって電気的に絶縁さ
れており、その内部には絶縁物(例えば、SiO2 等)
が埋め込まれている。また、この固定電極81は、図1
に示すように、金属配線83により、四角枠部(固定
部)4での絶縁膜5上に配置された電極端子83aと電
気的に接触している。なお、固定電極81と金属配線8
3はコンタクトホール84によって電気的に接触してい
る。
As shown in FIG. 2, projections 80 and 81 are formed on the secondary vibrator 14 and the rectangular frame (fixed portion) 4 opposed thereto.
The amplitude of the secondary vibrator main body 37 can be detected by monitoring the capacitance between them. That is, the fixed electrode 81 for monitoring the vibration is
They are arranged slightly apart from each other in the 0-axis and the Y-axis. The fixed electrode 81 is electrically insulated by a trench groove 82 and has an insulator (for example, SiO 2 or the like) inside thereof.
Is embedded. This fixed electrode 81 is the same as that shown in FIG.
As shown in FIG. 7, the metal wiring 83 makes electrical contact with the electrode terminals 83a disposed on the insulating film 5 in the square frame portion (fixed portion) 4. The fixed electrode 81 and the metal wiring 8
3 is in electrical contact with the contact hole 84.

【0026】1次振動子の可動電極19〜26および2
次振動子の可動電極70,71はトレンチ溝38〜4
5,74,75,82によって他の電極と絶縁されてお
り、電極端子85とコンタクトホール86によって接触
している。
The movable electrodes 19 to 26 and 2 of the primary vibrator
The movable electrodes 70 and 71 of the next vibrator have trench grooves 38-4.
It is insulated from other electrodes by 5, 74, 75, and 82, and is in contact with the electrode terminal 85 by the contact hole 86.

【0027】次に、このように構成した角速度センサの
動作を、図1を用いて説明する。駆動用の櫛歯構造の可
動電極19〜26をGNDに接続し(接地し)、一方の
固定電極27,29,31,33にオフセットのついた
正弦波的な電圧を印加し、反対側の固定電極28,3
0,32,34には同じオフセットのついた逆位相の正
弦波的な電圧を印加する。これにより、1次振動子1
2,13はX軸方向に正弦波的な振動を起こす。このと
き、2個の1次振動子12,13は同位相で振動する。
Next, the operation of the angular velocity sensor thus configured will be described with reference to FIG. The movable electrodes 19 to 26 of the comb structure for driving are connected to GND (grounded), and a sinusoidal voltage with an offset is applied to one of the fixed electrodes 27, 29, 31, 33, and the other is fixed. Fixed electrodes 28, 3
0, 32 and 34 are applied with opposite phase sinusoidal voltages with the same offset. Thereby, the primary vibrator 1
2, 13 generate a sinusoidal vibration in the X-axis direction. At this time, the two primary vibrators 12 and 13 vibrate in the same phase.

【0028】ここで、1次振動子12,13、2次振動
子14が作る振動系はそれらが同位相で振動する固有振
動モードおよび逆位相で振動する固有振動モードを持
つ。駆動の正弦波の周波数をこのどちらかの固有振動数
に近づける。その結果、この系は共振し、大きな振幅を
得ることができる。なお、固有振動数(共振周波数)は
振動子の重さと梁のバネ定数によって決まる。
Here, the vibration system formed by the primary vibrators 12, 13 and the secondary vibrator 14 has a natural vibration mode in which they vibrate in the same phase and a natural vibration mode in which they vibrate in the opposite phase. The frequency of the driving sine wave is made closer to one of these natural frequencies. As a result, the system resonates and a large amplitude can be obtained. The natural frequency (resonance frequency) is determined by the weight of the vibrator and the spring constant of the beam.

【0029】また、図1では、1次振動子12,13を
2次振動子14の両側に配置することにより、大きくて
安定な駆動を実現している。このように2次振動子本体
37の両側に1次振動子本体17,18を配置した構成
に代わる他の構成例としては、図6のように、1次振動
子12を1個使用してセンサを構成することも可能であ
り、この場合はチップサイズを小さくできるというメリ
ットがある。
In FIG. 1, large and stable driving is realized by arranging the primary oscillators 12 and 13 on both sides of the secondary oscillator 14. As another configuration example in which the primary vibrator main bodies 17 and 18 are arranged on both sides of the secondary vibrator main body 37 as described above, one primary vibrator 12 is used as shown in FIG. It is also possible to configure a sensor, and in this case, there is an advantage that the chip size can be reduced.

【0030】さらに、本例では、振動モニタによる自励
発振を用いて駆動周波数を固有振動数に正確に一致させ
ている。つまり、駆動振動モニタ可動電極80と駆動振
動モニタ固定電極81の間の静電容量の時間変化を測定
し、振幅が最大になるように駆動周波数を調整する。固
有振動数は温度によって異なるが、駆動振動モニタ用の
電極80,81による自励発振を用いれば、常に固有振
動数で駆動することができる。また、駆動振動モニタ用
の電極80,81によれば、振幅も測定できるので、常
に同一振幅で駆動することが可能で、温度特性のよい角
速度センサを構成することが可能である。
Further, in this embodiment, the drive frequency is made to exactly match the natural frequency by using self-excited oscillation by the vibration monitor. That is, the change of the capacitance between the drive vibration monitor movable electrode 80 and the drive vibration monitor fixed electrode 81 with time is measured, and the drive frequency is adjusted so that the amplitude becomes maximum. The natural frequency varies depending on the temperature. However, if the self-excited oscillation by the driving vibration monitoring electrodes 80 and 81 is used, the driving can always be performed at the natural frequency. Further, according to the driving vibration monitoring electrodes 80 and 81, since the amplitude can be measured, the driving can be always performed with the same amplitude, and an angular velocity sensor having good temperature characteristics can be configured.

【0031】ところで、共振時の振幅は、エアダンピン
グの影響を大きく受ける。エアダンピング(従って、そ
れによる減衰係数)が大きいほど、共振時の振幅は小さ
くなることが知られている。1次振動子12,13は通
常の静電駆動の振動子と同様に櫛歯構造19〜26,2
7〜34をとっているために、エアダンピングの影響を
受けやすいが、2次振動子14はエアダンピングの影響
を比較的受けにくい。そのため、2次振動子14は、通
常の櫛歯構造による静電駆動よりも同じ電圧で大きな振
幅が得られることになる。コリオリ力の大きさは駆動振
幅に比例するので、高出力化の点で有利である。また、
従来よりも低い電圧または小さな櫛歯構造で従来と同程
度の駆動振幅を得ることができるので、省電力化または
低コスト化が期待できる。
Incidentally, the amplitude at the time of resonance is greatly affected by air damping. It is known that the greater the air damping (and hence the damping coefficient), the smaller the amplitude at resonance. The primary vibrators 12 and 13 have comb-tooth structures 19 to 26 and 2 like ordinary vibrators driven by electrostatic force.
7 to 34, the secondary oscillator 14 is relatively susceptible to air damping, but the secondary vibrator 14 is relatively insensitive to air damping. Therefore, the secondary vibrator 14 can obtain a larger amplitude with the same voltage than that of the electrostatic drive using the normal comb structure. Since the magnitude of the Coriolis force is proportional to the driving amplitude, it is advantageous in increasing the output. Also,
Since the same drive amplitude as that of the related art can be obtained with a lower voltage or a smaller comb tooth structure than the related art, power saving or cost reduction can be expected.

【0032】このように本例では駆動手段として、櫛歯
構造による静電駆動を用いているが、駆動方法は櫛歯構
造による静電駆動に限定されるものではなく、減衰係数
の大きい全ての駆動方法に応用することが可能である。
As described above, in this embodiment, the electrostatic drive using the comb tooth structure is used as the driving means, but the driving method is not limited to the electrostatic drive using the comb tooth structure. It can be applied to a driving method.

【0033】一方、2次振動子14がX軸方向に正弦波
的な振動をしている状態で、このセンサにZ軸まわりの
角速度が加わると、加速度センサエレメントの重り部
(2次振動子本体)37はY軸方向に正弦波的に変位す
るコリオリ力を受ける。その結果、検出電極70・72
間の静電容量および検出電極71・73間の静電容量が
正弦波的に変化する。その容量の変化を、例えば同期検
波回路を用いて測定する。これにより、角速度の大きさ
を測定することができる。具体的には、コリオリ力fc
によって電極70・72間の静電容量がCo+ΔC(初
期容量Co、コリオリ力による変化分ΔC)となったと
すると、電極71・73間の静電容量はCo−ΔCとな
る(ここで、コリオリ力によるギャップ変化が初期のギ
ャップよりも十分に小さいことを仮定している)。
On the other hand, when an angular velocity about the Z axis is applied to this sensor while the secondary vibrator 14 is vibrating in a sine wave in the X-axis direction, the weight of the acceleration sensor element (the secondary vibrator) The main body 37 receives a Coriolis force displaced sinusoidally in the Y-axis direction. As a result, the detection electrodes 70 and 72
The capacitance between the detection electrodes 71 and 73 changes sinusoidally. The change in the capacitance is measured using, for example, a synchronous detection circuit. Thereby, the magnitude of the angular velocity can be measured. Specifically, the Coriolis force fc
If the capacitance between the electrodes 70 and 72 becomes Co + ΔC (initial capacitance Co, the change ΔC due to the Coriolis force), the capacitance between the electrodes 71 and 73 becomes Co−ΔC (here, the Coriolis force). Is assumed to be much smaller than the initial gap).

【0034】ここで、 ΔC∝fc∝Ω・・・(2) となり、ΔCはヨーΩに比例するので電極70・72間
の静電容量と電極71・73間の静電容量を差動で検出
することにより、ヨーΩを検出することができる。
Here, ΔC∝fc∝Ω (2) Since ΔC is proportional to yaw Ω, the capacitance between the electrodes 70 and 72 and the capacitance between the electrodes 71 and 73 are differentially calculated. By detecting, yaw Ω can be detected.

【0035】他の構成例としては、図7や図8のよう
に、2次振動子14,14’を2個接続し、それらを梁
87,88により連結して、逆位相で振動させるように
してもよい。この2つの2次振動子14,14’に形成
した加速度センサエレメント67の出力の差をとること
により、外乱加速度をフィルタリング除去することが可
能である。この場合、加速度センサエレメント67の出
力の和をとることにより、加速度を測定することも可能
であり、信号処理により加速度、角速度を同時に測定す
るセンサを構成することもできる。このように、2次振
動子本体37を2個以上、梁87,88により連結する
こともできる。
As another configuration example, as shown in FIGS. 7 and 8, two secondary vibrators 14 and 14 'are connected, and they are connected by beams 87 and 88 to vibrate in opposite phases. It may be. By taking the difference between the outputs of the acceleration sensor elements 67 formed on the two secondary vibrators 14, 14 ', disturbance acceleration can be filtered out. In this case, the acceleration can be measured by calculating the sum of the outputs of the acceleration sensor elements 67, and a sensor that simultaneously measures the acceleration and the angular velocity by signal processing can be configured. In this manner, two or more secondary vibrator bodies 37 can be connected by the beams 87 and 88.

【0036】また、これまで述べてきた梁15,16,
35,36,87は、1回または複数回、折り曲げた形
状としているので、振動子本体の自由度を確保するとい
う観点から好ましいものとなっている。
The beams 15, 16,
Since 35, 36, and 87 are bent once or a plurality of times, they are preferable from the viewpoint of securing the degree of freedom of the vibrator body.

【0037】次に、本実施形態の角速度センサの製造プ
ロセスを、図4,5を用いて説明する。図4,5は図1
のA−A線に対応する断面図である。
Next, a manufacturing process of the angular velocity sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5 show FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to line AA of FIG.

【0038】まず、図4(a)に示すように、半導体基
板1として、面方位(100)のシリコンウエハを用意
する。そして、熱酸化により、シリコン基板1の表面に
シリコン酸化膜(SiO2 )90を成膜する。さらに、
このシリコン酸化膜90の所定の領域を掘り、開口部9
1を形成し、さらに、それをマスクとして異方性エッチ
ングにより所定領域のシリコン基板1にトレンチ溝92
を掘る。なお、シリコン基板1の表面にシリコン酸化膜
90を成膜せず、直接マスクにより同様の位置にトレン
チ溝92を掘ってもよい。このトレンチ溝92が図2で
のトレンチ溝38〜45,74,75,82となる。
First, as shown in FIG. 4A, a silicon wafer having a plane orientation (100) is prepared as the semiconductor substrate 1. Then, a silicon oxide film (SiO 2 ) 90 is formed on the surface of the silicon substrate 1 by thermal oxidation. further,
A predetermined region of the silicon oxide film 90 is dug and an opening 9 is formed.
Is formed, and a trench 92 is formed in a predetermined region of the silicon substrate 1 by anisotropic etching using the mask as a mask.
Dig. Instead of forming the silicon oxide film 90 on the surface of the silicon substrate 1, the trench groove 92 may be dug at a similar position using a direct mask. This trench groove 92 becomes the trench grooves 38 to 45, 74, 75, and 82 in FIG.

【0039】さらに、成膜したシリコン酸化膜90を除
去した後に、図4(b)に示すように、新たにシリコン
基板1の表面にシリコン酸化膜(絶縁膜)5を成膜し、
トレンチ溝92を酸化膜5で埋める。なお、表面の凹凸
が問題になる場合は、酸化膜5を必要とする膜厚以上に
形成しておいて、表面を研磨する。
After the formed silicon oxide film 90 is removed, a silicon oxide film (insulating film) 5 is newly formed on the surface of the silicon substrate 1 as shown in FIG.
The trench 92 is filled with the oxide film 5. If surface irregularities become a problem, the oxide film 5 is formed to have a thickness greater than the required thickness, and the surface is polished.

【0040】その後、図4(c)に示すように、シリコ
ン酸化膜5の所定領域(不要領域)93を除去するとと
もに、トレンチ溝62を形成する。引き続き、図5
(a)に示すように、スパッタや電子ビーム蒸着等によ
りシリコン基板1の表面にAl,Ti等の金属配線を成
膜しパターニングする。これにより酸化膜5の上に所望
の金属配線94が配置されるとともに、トレンチ溝62
が埋められてシリコン基板1とのコンタクトがとられ
る。
Thereafter, as shown in FIG. 4C, a predetermined region (unnecessary region) 93 of the silicon oxide film 5 is removed and a trench 62 is formed. Continuing with FIG.
As shown in FIG. 1A, a metal wiring such as Al or Ti is formed on the surface of the silicon substrate 1 by sputtering or electron beam evaporation and patterned. As a result, desired metal wiring 94 is arranged on oxide film 5 and trench groove 62 is formed.
Is buried to make contact with the silicon substrate 1.

【0041】さらに、図5(b)に示すように、シリコ
ン基板1の裏面全面にSiO2 等の絶縁膜95を成膜し
パターニングした後、基板1に対し裏面から異方性エッ
チングにより裏面の所定の領域96を掘り、トレンチ溝
92に達する凹部2を形成する。その結果、この凹部2
の底面に薄肉部3が形成される。なお、この際、シリコ
ン基板1の表面はダメージを避けるためにワックスや樹
脂等で保護することが肝要である。
Further, as shown in FIG. 5B, after an insulating film 95 such as SiO 2 is formed on the entire back surface of the silicon substrate 1 and patterned, the back surface of the substrate 1 is anisotropically etched from the back surface. A predetermined region 96 is dug to form the concave portion 2 reaching the trench groove 92. As a result, this recess 2
A thin portion 3 is formed on the bottom surface of. At this time, it is important to protect the surface of the silicon substrate 1 with wax, resin, or the like in order to avoid damage.

【0042】その後、表面を保護したものを除去した
後、図3に示すように、シリコン基板1の薄肉部3に対
し表面より異方性エッチングを行い所定の位置に貫通孔
6〜11(図2参照)を形成する。その結果、1次およ
び2次振動子(振動子本体17,18,37等)が区画
形成される。このようにして、本センサが完成する。
Then, after removing the protection of the surface, as shown in FIG. 3, the thin portion 3 of the silicon substrate 1 is subjected to anisotropic etching from the surface, and through holes 6 to 11 (FIG. 2). As a result, primary and secondary vibrators (vibrator main bodies 17, 18, 37, etc.) are defined. Thus, the present sensor is completed.

【0043】その結果、シリコン基板1に形成した貫通
孔により1次および2次振動子を区画する場合に、好ま
しいものとなる。また、シリコン基板1を用いた半導体
プロセスで形成することによって小型化、軽量化、高出
力化ならびに低コスト化を図ることができる。
As a result, this is preferable when the primary and secondary vibrators are separated by the through holes formed in the silicon substrate 1. Further, by forming the semiconductor substrate using a semiconductor process using the silicon substrate 1, it is possible to reduce the size, weight, output, and cost.

【0044】なお、半導体基板としてシリコン基板1を
用いたが、半導体基板としてSOI基板(Silicon on
Insulater)を用いてもよい。この場合には、SOI基
板を貫通する孔は埋込絶縁膜とその上の薄膜シリコン層
を貫通させることになる。
Although the silicon substrate 1 was used as the semiconductor substrate, the SOI substrate (Silicon on Silicon) was used as the semiconductor substrate.
Insulater) may be used. In this case, the hole penetrating the SOI substrate penetrates the buried insulating film and the thin silicon layer thereon.

【0045】このように本実施形態は、下記の特徴を有
する。 (イ)1次振動子本体17,18に対し2次振動子本体
37を2次梁35,36にて連結し、1次振動子本体1
7,18からの振動伝達にて1次振動子本体17,18
と同じX方向に振動させるとともに、加速度センサエレ
メント67により、2次振動子本体37が振動している
ときにおいて角速度の印加に伴うコリオリ力を検出する
ようにした。よって、共振時の振幅は、エアダンピング
の影響を大きく受け、エアダンピング(エアダンピング
による減衰係数)が大きいほど、共振時の振幅は小さく
なるが、2次振動子はエアダンピングの影響を比較的受
けにくく、エアダンピングの影響を抑え、櫛歯構造によ
る大気中での静電駆動でかつ大振幅駆動ができる。 (ロ)1次および2次振動子本体17,18,37が作
る振動系において、少なくとも一つ存在する固有振動モ
ードの固有振動数に駆動周波数を近づければ、この系の
共振倍率は増加し、大きな振幅を得ることができる。 (第2の実施の形態)次に、第2の実施の形態を、第1
の実施の形態との相違点を中心に説明する。
As described above, this embodiment has the following features. (A) The secondary vibrator main body 37 is connected to the primary vibrator main bodies 17 and 18 by the secondary beams 35 and 36, and the primary vibrator main body 1 is connected.
Primary vibrator main bodies 17 and 18 by vibration transmission from
In addition to the vibration in the X direction, the acceleration sensor element 67 detects the Coriolis force accompanying the application of the angular velocity when the secondary vibrator main body 37 is vibrating. Therefore, the amplitude at resonance is greatly affected by air damping, and the larger the air damping (a damping coefficient due to air damping), the smaller the amplitude at resonance. However, the secondary vibrator is relatively less affected by air damping. It is hardly affected by air damping, and can be driven electrostatically and in a large amplitude in the atmosphere by a comb structure. (B) In the vibration system formed by the primary and secondary vibrator bodies 17, 18, and 37, if the drive frequency approaches the natural frequency of at least one natural vibration mode, the resonance magnification of this system increases. , A large amplitude can be obtained. (Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described with reference to the first embodiment.
The following description focuses on the differences from this embodiment.

【0046】図9は、第2の実施の形態における角速度
センサの模式的平面図を示す。図11は図9のB−B線
での断面図である。図11に示すように、シリコン基板
100の上には絶縁膜101を介して配線102および
ポリシリコン層103が配置されるが、この絶縁膜10
1、配線102およびポリシリコン層103を省略しシ
リコン基板100のみのセンサ平面図を、図10に示
す。また、図9では図を見やすくするために、図11の
絶縁膜(窒化膜)101を省略している。
FIG. 9 is a schematic plan view of the angular velocity sensor according to the second embodiment. FIG. 11 is a sectional view taken along line BB of FIG. As shown in FIG. 11, a wiring 102 and a polysilicon layer 103 are arranged on a silicon substrate 100 with an insulating film 101 interposed therebetween.
FIG. 10 shows a sensor plan view of the silicon substrate 100 only, omitting the wiring 1, the wiring 102 and the polysilicon layer 103. In FIG. 9, the insulating film (nitride film) 101 in FIG. 11 is omitted for easy viewing.

【0047】本例においては、シリコン基板100の表
面にて形成されるX−Y座標面(2軸直交座標面)にお
けるX軸を振動子の駆動振動方向(励振方向)とし、Y
軸を、検出する角速度の軸とし、Z軸をコリオリ力の検
出方向としている。
In this embodiment, the X-axis on the XY coordinate plane (two-axis orthogonal coordinate plane) formed on the surface of the silicon substrate 100 is set as the driving vibration direction (excitation direction) of the vibrator, and Y
The axis is the axis of the angular velocity to be detected, and the Z axis is the direction of detection of the Coriolis force.

【0048】また、本例の加速度センサエレメント67
は、可動電極105を有する。この電極105は、基板
100の表面に垂直なZ方向において2次振動子本体3
7に対向し、かつ所定の間隔をおいて変位可能に配置さ
れている。そして、本例の加速度センサエレメントは、
この可動電極105を用いた静電容量の変化によって角
速度を検出するようになっている。
The acceleration sensor element 67 of this embodiment
Has a movable electrode 105. The electrode 105 is connected to the secondary vibrator main body 3 in the Z direction perpendicular to the surface of the substrate 100.
7 and is displaceably disposed at a predetermined interval. And the acceleration sensor element of this example is
The angular velocity is detected based on a change in capacitance using the movable electrode 105.

【0049】以下、詳しく説明していく。図11に示す
ように、シリコン基板100の裏面には凹部2が形成さ
れ、その底面にて薄肉部3が形成されている。そして、
薄肉部3において、基板100の一部を表面からエッチ
ングすることにより貫通孔104が形成され、図10に
示すように、1次振動子12,13および2次振動子1
4を区画形成している。詳しくは、1次梁15,16、
1次振動子本体17,18、1次振動子用可動電極19
〜26、1次振動子用固定電極27〜34、2次振動子
本体37を形成している。また、図9,11に示すよう
に、2次振動子本体37の上には、ポリシリコン層10
3よりなるGセンサ重り105およびGセンサ梁10
6,107が形成されている。つまり、Gセンサ重り1
05およびGセンサ梁106,107が絶縁膜101の
上方に所定の間隔をおいて支持されている。このGセン
サ重り105およびGセンサ梁106,107は、犠牲
層エッチングにより形成したものである。なお、Gセン
サ梁106,107はアンカー部An(図9,11に示
す)にて絶縁膜101に固定されている。
The details will be described below. As shown in FIG. 11, a concave portion 2 is formed on the back surface of the silicon substrate 100, and a thin portion 3 is formed on the bottom surface. And
In the thin portion 3, a part of the substrate 100 is etched from the surface to form a through hole 104, and as shown in FIG. 10, the primary oscillators 12, 13 and the secondary oscillator 1
4 are formed. Specifically, primary beams 15, 16,
Primary vibrator main body 17, 18, Primary vibrator movable electrode 19
26, a primary vibrator fixed electrode 27 to 34, and a secondary vibrator main body 37. Also, as shown in FIGS. 9 and 11, a polysilicon layer 10
G sensor weight 105 and G sensor beam 10
6,107 are formed. That is, G sensor weight 1
05 and the G sensor beams 106 and 107 are supported above the insulating film 101 at predetermined intervals. The G sensor weight 105 and the G sensor beams 106 and 107 are formed by sacrificial layer etching. The G sensor beams 106 and 107 are fixed to the insulating film 101 at anchor portions An (shown in FIGS. 9 and 11).

【0050】そして、2次振動子本体37とGセンサ重
り105によりコンデンサが構成され、2次振動子本体
37が加速度センサエレメントの下部電極として機能す
る。また、Gセンサ重り105には多数のエッチング孔
129が形成され、犠牲層エッチングの際にエッチング
液が孔129を通して進入していく。
A capacitor is constituted by the secondary vibrator main body 37 and the G sensor weight 105, and the secondary vibrator main body 37 functions as a lower electrode of the acceleration sensor element. Further, a large number of etching holes 129 are formed in the G sensor weight 105, and an etching solution enters through the holes 129 when the sacrificial layer is etched.

【0051】図10に示すように、1次振動子12,1
3の固定電極27〜34と四角枠部(固定部分)4はト
レンチ溝(窒化膜)38〜45によって絶縁されてお
り、図9に示すように、固定電極27〜34は窒化膜1
01上の金属配線46〜53(例えば、Al,Ti等)
によって、四角枠部(固定部分)4での窒化膜101上
に配置された電極端子46a〜53aと電気的に接触し
ている。固定電極27〜34と金属配線46〜53はコ
ンタクトホール54〜61によって電気的に接触してい
る。つまり、絶縁膜101の一部に穴を開け、金属で埋
めることにより、絶縁膜101の上下を電気的に接触さ
せている。2次振動子14の上のGセンサ重り105
は、図10に示すように、トレンチ溝108,109に
よって電気的に絶縁されており、図9の金属配線110
により2次梁36、1次振動子本体18、1次梁16の
上部を通り、四角枠部(固定部)4での窒化膜101上
に配置された電極端子110aと電気的に接触している
(但し、図9では中間の金属配線は省略されている)。
また、Gセンサ重り105と金属配線110はコンタク
トホール111によって電気的に接触している。
As shown in FIG. 10, the primary vibrators 12, 1
The fixed electrodes 27 to 34 and the rectangular frame portion (fixed portion) 4 are insulated by trench grooves (nitride films) 38 to 45, and as shown in FIG.
01 to metal wirings 46 to 53 (for example, Al, Ti, etc.)
Thus, the electrode terminals 46 a to 53 a disposed on the nitride film 101 in the square frame portion (fixed portion) 4 are electrically in contact with each other. The fixed electrodes 27 to 34 and the metal wirings 46 to 53 are in electrical contact with each other through contact holes 54 to 61. That is, a hole is made in a part of the insulating film 101 and filled with metal, thereby electrically contacting the upper and lower parts of the insulating film 101. G sensor weight 105 on secondary vibrator 14
Are electrically insulated by trench grooves 108 and 109 as shown in FIG.
As a result, it passes through the upper part of the secondary beam 36, the primary vibrator body 18, and the primary beam 16, and makes electrical contact with the electrode terminal 110 a disposed on the nitride film 101 in the square frame part (fixed part) 4. (However, an intermediate metal wiring is omitted in FIG. 9).
The G sensor weight 105 and the metal wiring 110 are in electrical contact with each other through a contact hole 111.

【0052】図10に示すように、振動モニタの固定電
極81はトレンチ溝82によって電気的に絶縁されてお
り、図9に示すように、金属配線83により、四角枠部
(固定部)4での窒化膜101上に配置された電極端子
83aと電気的に接触している。振動モニタの固定電極
81と金属配線83はコンタクトホール84によって電
気的に接触している。
As shown in FIG. 10, the fixed electrode 81 of the vibration monitor is electrically insulated by the trench groove 82. As shown in FIG. Is electrically in contact with the electrode terminal 83a disposed on the nitride film 101 of FIG. The fixed electrode 81 of the vibration monitor and the metal wiring 83 are in electrical contact with each other through a contact hole 84.

【0053】図10に示すように、1次振動子の可動電
極19〜26、2次振動子本体37および振動モニタの
可動電極80は、トレンチ溝38〜45,82,10
8,109によって他の電極と絶縁されており、図9に
示すように、金属配線113により、四角枠部(固定
部)4での窒化膜101上に配置された電極端子113
aと電気的に接触している(但し、図9では中間の金属
配線は省略されている)。なお、1次振動子の可動電極
19〜26、2次振動子本体37および振動モニタの可
動電極80は金属配線113とコンタクトホール114
によって電気的に接触している。
As shown in FIG. 10, the movable electrodes 19 to 26 of the primary vibrator, the secondary vibrator main body 37 and the movable electrode 80 of the vibration monitor are formed by trench grooves 38 to 45, 82, 10
The electrode terminals 113 are insulated from other electrodes by the metal wirings 8 and 109, and are arranged on the nitride film 101 in the square frame (fixed part) 4 by the metal wiring 113 as shown in FIG.
a (in FIG. 9, an intermediate metal wiring is omitted). The movable electrodes 19 to 26 of the primary vibrator, the secondary vibrator main body 37 and the movable electrode 80 of the vibration monitor are connected to the metal wiring 113 and the contact hole 114.
Are in electrical contact with each other.

【0054】次に、第2の実施形態の角速度センサの動
作について説明する。駆動方法に関しては第1の実施形
態と全く同じであるので説明は省略する。2次振動子本
体37がX軸方向に正弦波的な振動をしている状態で、
このセンサにY軸まわりの角速度が加わると、Gセンサ
エレメントの重り(可動電極)105はZ軸方向に正弦
波的に変位するコリオリ力を受け、Z軸方向に正弦波的
に変位する。その結果、Gセンサ重り(可動電極)10
5と2次振動子本体37の作る静電容量が正弦波的に変
化するので、その変化を例えば同期検波回路を用いて測
定することにより、角速度の大きさを測定することがで
きる。なお、静電容量方式の他にも、電磁検出、圧電検
出等の方法が可能である。
Next, the operation of the angular velocity sensor according to the second embodiment will be described. The driving method is exactly the same as that of the first embodiment, and the description is omitted. In a state where the secondary vibrator main body 37 is vibrating sinusoidally in the X-axis direction,
When an angular velocity about the Y axis is applied to this sensor, the weight (movable electrode) 105 of the G sensor element receives a Coriolis force that displaces sinusoidally in the Z axis direction and displaces sinusoidally in the Z axis direction. As a result, the G sensor weight (movable electrode) 10
Since the capacitance formed by the fifth and second vibrator bodies 37 changes sinusoidally, the magnitude of the angular velocity can be measured by measuring the change using, for example, a synchronous detection circuit. In addition to the capacitance method, other methods such as electromagnetic detection and piezoelectric detection are possible.

【0055】なお、第1の実施形態と同様に本実施形態
においても、図6を用いて説明したように1次振動子1
2を1個でこのセンサを構成することも可能である。ま
た、図7,8を用いて説明したように、2次振動子を2
個接続し、それらを逆位相で振動させることも可能であ
る。さらに、第1の実施形態と同様に、2つの2次振動
子の加速度センサエレメントの出力の差をとることによ
り、外乱加速度をフィルタリング除去すること、および
出力の和をとることにより、加速度を測定することが可
能である。
In this embodiment, as in the first embodiment, the primary vibrator 1 is used as described with reference to FIG.
It is also possible to constitute this sensor with one piece of 2. Further, as described with reference to FIGS.
It is also possible to connect them and oscillate them in opposite phases. Furthermore, similarly to the first embodiment, the acceleration is measured by taking the difference between the outputs of the acceleration sensor elements of the two secondary vibrators, thereby filtering out the disturbance acceleration, and taking the sum of the outputs. It is possible to

【0056】次に、製造方法を、図12,13,14を
用いて説明する。図12,13,14は図9のB−B線
に対応する断面図である。まず、図12(a)に示すよ
うに、半導体基板として、面方位(100)のシリコン
ウエハ100を用意し、異方性エッチングにより所定領
域に第1のトレンチ溝120を掘る。このトレンチ溝1
20が図10でのトレンチ溝38〜45,82,10
8,109となる。
Next, the manufacturing method will be described with reference to FIGS. 12, 13, and 14 are sectional views corresponding to line BB in FIG. First, as shown in FIG. 12A, a silicon wafer 100 having a plane orientation (100) is prepared as a semiconductor substrate, and a first trench 120 is dug in a predetermined region by anisotropic etching. This trench 1
Reference numeral 20 denotes trench grooves 38 to 45, 82, and 10 in FIG.
8,109.

【0057】そして、図12(b)に示すように、シリ
コン基板100の表面に、第1の絶縁膜としてのシリコ
ン窒化膜101を堆積(成膜)してトレンチ溝120を
窒化膜101で埋める。なお、表面の凹凸が問題になる
場合は、窒化膜101を必要とする膜厚以上に形成して
おいて、表面を研磨する。
Then, as shown in FIG. 12B, a silicon nitride film 101 as a first insulating film is deposited (formed) on the surface of the silicon substrate 100 to fill the trench 120 with the nitride film 101. . In the case where unevenness on the surface is a problem, the surface is polished by forming the nitride film 101 to have a thickness larger than a required thickness.

【0058】さらに、図12(c)に示すように、シリ
コン基板100の表面に、第2の絶縁膜としてのシリコ
ン酸化膜121を成膜する。このシリコン酸化膜121
が後の工程において犠牲層として使用される。
Further, as shown in FIG. 12C, a silicon oxide film 121 as a second insulating film is formed on the surface of the silicon substrate 100. This silicon oxide film 121
Is used as a sacrificial layer in a later step.

【0059】引き続き、図12(d)に示すように、酸
化膜121および窒化膜101の所定領域に基板100
に達する第2のトレンチ溝122を掘る。詳しくは、酸
化膜121の所定の位置を除去し、次にそれをマスクと
して窒化膜101の所定の位置を除去してトレンチ溝1
22を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 12D, the substrate 100 is placed in predetermined regions of the oxide film 121 and the nitride film 101.
Dig the second trench groove 122 reaching. More specifically, a predetermined position of the oxide film 121 is removed, and then a predetermined position of the nitride film 101 is
22 is formed.

【0060】そして、図13(a)に示すように、シリ
コン酸化膜121の表面に、半導体層としてのポリシリ
コン層123を堆積(成膜)してトレンチ溝122をポ
リシリコン層123で埋める。このトレンチ溝122に
埋められたポリシリコン層123が図9,10での可動
電極105のアンカー部Anとなる。その後、図13
(b)に示すように、ポリシリコン層123の不要領域
(所定の位置)124をエッチングにより除去する。
Then, as shown in FIG. 13A, a polysilicon layer 123 as a semiconductor layer is deposited (formed) on the surface of the silicon oxide film 121 to fill the trench groove 122 with the polysilicon layer 123. The polysilicon layer 123 buried in the trench 122 serves as an anchor portion An of the movable electrode 105 in FIGS. Then, FIG.
As shown in (b), an unnecessary region (predetermined position) 124 of the polysilicon layer 123 is removed by etching.

【0061】引き続き、図13(c)に示すように、シ
リコン酸化膜121の不要領域(所定の位置)125を
エッチングにより除去する。そして、図13(d)に示
すように、窒化膜101の所定の位置をエッチングによ
り除去してシリコン基板100に達する第3のトレンチ
溝126を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 13C, an unnecessary region (predetermined position) 125 of the silicon oxide film 121 is removed by etching. Then, as shown in FIG. 13D, a predetermined position of the nitride film 101 is removed by etching to form a third trench 126 reaching the silicon substrate 100.

【0062】さらに、図14(a)に示すように、シリ
コン窒化膜101の上に、スパッタや電子ビーム蒸着等
によりAl,Ti等の金属配線127を形成してトレン
チ溝126を埋める。その後、図14(b)に示すよう
に、シリコン基板100の裏面全面に窒化膜128を成
膜するとともにパターニングする。そして、シリコン基
板100の裏面からの異方性エッチングにより裏面の所
定の位置を掘り、トレンチ溝120に達する凹部2を形
成する。その結果、凹部2の底面に薄肉部3が形成され
る。なお、この際、表面はダメージを避けるためにワッ
クスや樹脂等で保護する。
Further, as shown in FIG. 14A, a metal wiring 127 of Al, Ti, or the like is formed on the silicon nitride film 101 by sputtering, electron beam evaporation, or the like to fill the trench 126. Thereafter, as shown in FIG. 14B, a nitride film 128 is formed on the entire back surface of the silicon substrate 100 and is patterned. Then, a predetermined position on the back surface is dug by anisotropic etching from the back surface of the silicon substrate 100 to form a recess 2 reaching the trench groove 120. As a result, a thin portion 3 is formed on the bottom surface of the concave portion 2. At this time, the surface is protected with wax, resin, or the like to avoid damage.

【0063】その後、表面を保護したものを除去後、図
14(c)に示すように、シリコン基板100の薄肉部
3に対し表面から異方性エッチングにより所定の位置に
貫通孔104を形成する。これにより、1次および2次
振動子12,13,14(振動子本体17,18,37
等)が区画形成される。さらに、図14(d)に示すよ
うに、ポリシリコン層123の所定の位置を除去してシ
リコン酸化膜121に達する第4のトレンチ溝(エッチ
ング孔)129を形成する。そして、エッチングにより
ポリシリコン層123の下のシリコン酸化膜121を除
去して(犠牲層エッチングを行い)、図11に示すよう
に、上部電極となるポリシリコン層123を可動にす
る。このようにして、本センサが完成する。
Then, after removing the protection of the surface, as shown in FIG. 14C, a through hole 104 is formed at a predetermined position in the thin portion 3 of the silicon substrate 100 by anisotropic etching from the surface. . Thereby, the primary and secondary oscillators 12, 13, 14 (the oscillator main bodies 17, 18, 37)
Etc.) are defined. Further, as shown in FIG. 14D, a predetermined position of the polysilicon layer 123 is removed, and a fourth trench groove (etching hole) 129 reaching the silicon oxide film 121 is formed. Then, the silicon oxide film 121 below the polysilicon layer 123 is removed by etching (sacrifice layer etching is performed), and as shown in FIG. 11, the polysilicon layer 123 serving as an upper electrode is made movable. Thus, the present sensor is completed.

【0064】その結果、シリコン基板100に形成した
貫通孔により1次および2次振動子12,13,14を
区画し、かつ、2次振動子本体37と可動電極105と
で対向電極を構成する場合に、好ましいものとなる。ま
た、シリコン基板100を用いた半導体プロセスで形成
することによって小型化、軽量化、高出力化ならびに低
コスト化を図ることができる。
As a result, the primary and secondary vibrators 12, 13, and 14 are defined by the through holes formed in the silicon substrate 100, and the secondary vibrator main body 37 and the movable electrode 105 constitute a counter electrode. In that case, it is preferable. In addition, by being formed by a semiconductor process using the silicon substrate 100, miniaturization, weight reduction, high output, and low cost can be achieved.

【0065】なお、半導体基板としてシリコン基板10
0を用いたが、SOI基板を用いてもよい。 (第3の実施の形態)次に、第3の実施の形態を、第1
の実施の形態との相違点を中心に説明する。
The silicon substrate 10 is used as a semiconductor substrate.
Although 0 is used, an SOI substrate may be used. (Third Embodiment) Next, a third embodiment will be described with reference to the first embodiment.
The following description focuses on the differences from this embodiment.

【0066】図15は、第3の実施の形態における角速
度センサの模式的平面図を示す。図16は図15のC−
C線での断面図である。本例では、図16に示すよう
に、SOI基板140、つまり、シリコン基板141の
上に絶縁膜(酸化膜)142を介してシリコン層143
を配置したSOI基板140を用いている。
FIG. 15 is a schematic plan view of the angular velocity sensor according to the third embodiment. FIG. 16 shows C- in FIG.
It is sectional drawing in the C line. In this example, as shown in FIG. 16, a silicon layer 143 is formed on an SOI substrate 140, that is, a silicon substrate 141 via an insulating film (oxide film) 142.
Is used.

【0067】検出する角速度の軸はSOI基板140の
表面に垂直な方向(Z軸)である。また、駆動手段とし
ては、第1および第2の実施形態と同様に櫛歯構造によ
る静電駆動を用いている。
The axis of the angular velocity to be detected is a direction (Z axis) perpendicular to the surface of the SOI substrate 140. Further, as the driving means, an electrostatic drive with a comb-tooth structure is used as in the first and second embodiments.

【0068】本実施形態においては、第1および第2の
実施形態における加速度センサエレメント67の代わり
に、変位検出手段としての静電容量変化検出用電極15
6,157を用いており、電極156,157は四角枠
部(固定部)4に設置される。この電極156,157
を用いて、2次振動子本体160,161が振動してい
るときにおいて角速度の印加に伴うコリオリ力による振
動方向に直交するY方向での2次振動子本体160,1
61の変位を検出するようにしている。詳しくは、変静
電容量変化検出用電極156,157は、基板140の
表面に平行なX方向において2次振動子本体160に所
定の間隔をおいて対向して配置され、2次振動子本体1
60とでコンデンサの対向電極板を形成する。
In this embodiment, instead of the acceleration sensor element 67 in the first and second embodiments, the capacitance change detection electrode 15 as displacement detection means is used.
6, 157 are used, and the electrodes 156, 157 are installed in the square frame portion (fixed portion) 4. These electrodes 156, 157
When the secondary vibrator bodies 160, 161 are vibrating, the secondary vibrator main bodies 160, 1 in the Y direction orthogonal to the vibration direction due to the Coriolis force accompanying the application of the angular velocity are used.
61 is detected. More specifically, the variable capacitance change detection electrodes 156 and 157 are arranged opposite to the secondary vibrator main body 160 at a predetermined interval in the X direction parallel to the surface of the substrate 140, and are disposed in the secondary vibrator main body. 1
With 60, the counter electrode plate of the capacitor is formed.

【0069】以下、詳しく説明していく。図16におい
て、SOI基板140の裏面には凹部144が形成さ
れ、その外周部には厚肉の四角枠部4が形成されてい
る。凹部144の底面部には、シリコン層143よりな
る薄肉部が配置されている。シリコン層143には貫通
孔145が形成され、図15に示すように、1次振動子
12,13および2次振動子14が区画されている。詳
しくは、貫通孔145の形成および酸化膜142上での
シリコン層143の不要領域を除去することにより、1
次梁15,16、1次振動子本体17,18、1次振動
子用可動電極19〜26、1次振動子用固定電極27〜
34、2次梁35,36,146,147、2次振動子
本体(検出用可動電極)160,161、検出用固定電
極156,157が、おのおの分離した状態で配置され
ている。
The details will be described below. In FIG. 16, a concave portion 144 is formed on the back surface of the SOI substrate 140, and a thick rectangular frame portion 4 is formed on an outer peripheral portion thereof. A thin portion made of the silicon layer 143 is arranged on the bottom surface of the concave portion 144. In the silicon layer 143, a through hole 145 is formed, and the primary oscillators 12, 13 and the secondary oscillator 14 are partitioned as shown in FIG. More specifically, by forming through holes 145 and removing unnecessary regions of silicon layer 143 on oxide film 142, 1
Next beams 15, 16, Primary vibrator main bodies 17, 18, Primary vibrator movable electrodes 19-26, Primary vibrator fixed electrodes 27-
34, secondary beams 35, 36, 146, 147, secondary vibrator main bodies (movable electrodes for detection) 160, 161, and fixed electrodes 156, 157 for detection are arranged in a separated state, respectively.

【0070】四角枠部4に1次梁15,16を介して1
次振動子本体17,18が連結されている。また、1次
振動子本体17,18に対し2次梁35,36および2
次梁146,147を通して2次振動子本体160,1
61が連結されている。ここで、2次梁35,36はU
字状をなし、X方向に変位可能な梁である。また、2次
梁146,147はX方向に直線的に延びており、Y方
向にのみ変位可能な梁である。よって、2次振動子本体
160,161は2次梁35,36によりX方向に振動
することができるとともに2次梁146,147により
Y方向に変位することができるようになっている。
The primary frame 15 and the primary beam 15
The next vibrator main bodies 17 and 18 are connected. Further, the secondary beams 35, 36 and 2
Secondary vibrator body 160, 1 through the secondary beams 146, 147
61 are connected. Here, the secondary beams 35 and 36 are U
The beam is shaped like a letter and can be displaced in the X direction. The secondary beams 146 and 147 extend linearly in the X direction and are displaceable only in the Y direction. Therefore, the secondary vibrator bodies 160 and 161 can be vibrated in the X direction by the secondary beams 35 and 36 and can be displaced in the Y direction by the secondary beams 146 and 147.

【0071】また、1次振動子12,13の固定電極2
7〜34は図16の酸化膜142によって他の電極と絶
縁されている。これらは金属の電極端子148〜155
によって外部と電気的に接続される。
The fixed electrodes 2 of the primary vibrators 12 and 13
7 to 34 are insulated from other electrodes by the oxide film 142 of FIG. These are metal electrode terminals 148 to 155
Is electrically connected to the outside.

【0072】検出用固定電極156,157は図16の
酸化膜142によって他の電極と絶縁されている。検出
用固定電極156,157は、金属の電極端子158,
159によって外部と電気的に接続される。
The fixed electrodes 156 and 157 for detection are insulated from other electrodes by the oxide film 142 of FIG. The fixed electrodes for detection 156, 157 are metal electrode terminals 158,
159 electrically connect with the outside.

【0073】駆動用可動電極19〜26、2次振動子本
体(検出用可動電極)160,161は図16の酸化膜
142によって他の電極と絶縁されている。駆動用可動
電極19〜26、2次振動子本体(検出用可動電極)1
60,161は全て同電位で、金属の電極端子162ま
たは163によって外部と電気的に接続される。
The movable electrodes 19 to 26 for driving and the secondary vibrator bodies (movable electrodes for detection) 160 and 161 are insulated from other electrodes by the oxide film 142 in FIG. Drive movable electrodes 19 to 26, secondary vibrator main body (detection movable electrode) 1
60 and 161 are all at the same potential and are electrically connected to the outside by metal electrode terminals 162 or 163.

【0074】このように、1次振動子本体17,18
は、四角枠部(固定部)4に対し1次梁15,16にて
連結され、駆動力を付与することにより振動でき、ま
た、2次振動子本体160,161は、1次振動子本体
17,18に対し2次梁35,36,146,147に
て1次振動子本体17,18の振動方向および振動方向
に直交するY方向に変位可能に連結され、1次振動子本
体17,18からの振動伝達にて1次振動子本体17,
18と同じX方向に振動することができるようになって
いる。
As described above, the primary vibrator bodies 17, 18
Are connected to the square frame portion (fixed portion) 4 by primary beams 15 and 16 and can be vibrated by applying a driving force. The secondary vibrator main bodies 160 and 161 are connected to the primary vibrator main body. Secondary beams 35, 36, 146, and 147 are displaceably connected to the primary vibrator main body 17, 18 in the Y direction orthogonal to the vibration direction. With the vibration transmitted from 18, the primary vibrator body 17,
It is possible to vibrate in the same X direction as 18.

【0075】また、本例においては、2次振動子本体1
60,161の両側に1次振動子本体17,18を配置
している。さらに、少なくとも1本の梁15,16,3
5,36は1回または複数回、折り曲げられている(図
15では1回だけ折り曲げられている)。
In this embodiment, the secondary vibrator body 1
Primary vibrator main bodies 17 and 18 are arranged on both sides of 60 and 161. Furthermore, at least one beam 15, 16, 3
5 and 36 are bent once or a plurality of times (in FIG. 15, they are bent only once).

【0076】また、1次および2次振動子本体17,1
8,160,161が作る振動系において、少なくとも
一つ存在する固有振動モードの固有振動数に駆動振動数
を近づければ、この系の共振倍率は増加し、大きな振幅
を得ることができる。
The primary and secondary vibrator bodies 17, 1
In the vibration system formed by 8, 160, and 161, if the driving frequency approaches the natural frequency of at least one natural vibration mode, the resonance magnification of this system increases, and a large amplitude can be obtained.

【0077】次に、第3の実施形態の角速度センサの動
作について説明する。駆動方法に関しては第1の実施形
態と全く同じであるので説明は省略する。そして、2次
振動子本体160,161がX軸方向に正弦波的な振動
をしている状態で、このセンサにZ軸まわりの角速度が
加わると、2次振動子本体160,161はY軸方向に
正弦波的に変位するコリオリ力を受け、Y軸方向に正弦
波的に変位する。その結果、検出用電極156・160
間の静電容量および検出用電極159・161間の静電
容量が正弦波的に変化するので、その変化を例えば同期
検波回路を用いて測定することにより、角速度の大きさ
を測定することができる。この時、第1の実施形態と同
様に検出用電極156・160間の静電容量および検出
用電極159・161間の静電容量を差動で検出する。
Next, the operation of the angular velocity sensor according to the third embodiment will be described. The driving method is exactly the same as that of the first embodiment, and the description is omitted. When an angular velocity about the Z axis is applied to this sensor while the secondary vibrator bodies 160 and 161 vibrate in a sinusoidal manner in the X-axis direction, the secondary vibrator bodies 160 and 161 become Y-axis. It receives a Coriolis force displaced sinusoidally in the direction, and displaces sinusoidally in the Y-axis direction. As a result, the detection electrodes 156 and 160
Since the capacitance between the detection electrodes 159 and 161 changes sinusoidally, it is possible to measure the magnitude of the angular velocity by measuring the change using, for example, a synchronous detection circuit. it can. At this time, the capacitance between the detection electrodes 156 and 160 and the capacitance between the detection electrodes 159 and 161 are differentially detected as in the first embodiment.

【0078】なお、静電容量方式の他にも、電磁検出、
圧電検出等の方法を用いることも可能であり、この場
合、2次振動子本体の変位検出素子を基板ではなく基板
を収納するケースに設置することも可能である。さら
に、第1の実施形態と同様に、図6のように、1次振動
子を1個でこのセンサを構成することも可能である。ま
た、図7,8のように、2次振動子を2個接続し、それ
らを逆位相で振動させることも可能である。さらに、第
1の実施形態と同様に、2次振動子本体を2個以上、梁
により連結し、2つの2次振動子の検出部の出力の差を
とることにより、外乱加速度をフィルタリング除去する
こと、および出力の和をとることにより、加速度を測定
することが可能である。
Incidentally, in addition to the electrostatic capacitance method, electromagnetic detection,
It is also possible to use a method such as piezoelectric detection, and in this case, it is also possible to dispose the displacement detecting element of the secondary vibrator main body not in the substrate but in a case that houses the substrate. Further, similarly to the first embodiment, as shown in FIG. 6, it is possible to configure this sensor with one primary vibrator. Further, as shown in FIGS. 7 and 8, it is also possible to connect two secondary vibrators and vibrate them in opposite phases. Further, as in the first embodiment, two or more secondary vibrator bodies are connected by beams, and the difference between the outputs of the detection units of the two secondary vibrators is obtained, thereby filtering out disturbance acceleration. By taking the sum of the output and the output, it is possible to measure the acceleration.

【0079】次に、第3の実施形態の製造プロセスを、
図17,18を用いて説明する。図17,18は図15
のC−C線に対応する断面図である。まず、図17
(a)に示すように、半導体基板として、面方位(10
0)のSOIウエハ(SOI基板)140を用意する。
つまり、第1の半導体層としてのシリコン基板141の
上に絶縁膜としてのシリコン酸化膜142を介して第2
の半導体層としてのシリコン層143を形成したSOI
基板140を用意する。そして、図17(b)に示すよ
うに、スパッタや電子ビーム蒸着等によりSOI基板1
40におけるシリコン層143の表面の所定の位置にA
l,Ti等の金属配線165を形成する。
Next, the manufacturing process of the third embodiment will be described.
This will be described with reference to FIGS. 17 and 18 show FIG.
It is sectional drawing corresponding to CC line of FIG. First, FIG.
As shown in (a), the semiconductor substrate has a plane orientation (10
0) An SOI wafer (SOI substrate) 140 is prepared.
In other words, the second semiconductor layer 141 is formed on the silicon substrate 141 as the first semiconductor layer via the silicon oxide film 142 as the insulating film.
SOI in which a silicon layer 143 as a semiconductor layer is formed
A substrate 140 is prepared. Then, as shown in FIG. 17B, the SOI substrate 1 is formed by sputtering, electron beam evaporation, or the like.
A at a predetermined position on the surface of the silicon layer 143 at 40
A metal wiring 165 of l, Ti or the like is formed.

【0080】そして、図17(c)に示すように、裏面
全面に窒化膜166を成膜し、所定の位置が残るよう
に、エッチングを行う。さらに、図18(a)に示すよ
うに、表面のシリコン層143の不要領域167をエッ
チング除去する。
Then, as shown in FIG. 17C, a nitride film 166 is formed on the entire back surface, and etching is performed so that a predetermined position remains. Further, as shown in FIG. 18A, the unnecessary region 167 of the silicon layer 143 on the surface is removed by etching.

【0081】その後、図18(b)に示すように、シリ
コン基板141に対し異方性エッチングにより裏面の所
定の位置を掘り、凹部144を形成する。その結果、凹
部144の底面に薄肉部168が形成される。なお、こ
の際、表面はダメージを避けるためにワックスや樹脂等
で保護する。
Thereafter, as shown in FIG. 18B, a predetermined position on the back surface of the silicon substrate 141 is dug by anisotropic etching to form a concave portion 144. As a result, a thin portion 168 is formed on the bottom surface of the recess 144. At this time, the surface is protected with wax, resin, or the like to avoid damage.

【0082】そして、SOI基板140の薄肉部168
に対し図16に示すように貫通孔145を形成、つま
り、酸化膜142の所定の位置をエッチング除去するこ
とにより、1次および2次振動子12,13,14(振
動子本体17,18,160,161等)を区画形成す
る。このようにして、本センサが完成する。
The thin portion 168 of the SOI substrate 140
On the other hand, as shown in FIG. 16, a through hole 145 is formed, that is, a predetermined position of the oxide film 142 is removed by etching, so that the primary and secondary vibrators 12, 13, 14 (vibrator main bodies 17, 18, 160, 161). Thus, the present sensor is completed.

【0083】その結果、SOI基板140に形成した貫
通孔により1次および2次振動子本体等を区画する場合
に、好ましいものとなる。また、SOI基板140を用
いた半導体プロセスで形成することによって小型化、軽
量化、高出力化ならびに低コスト化を図ることができ
る。
As a result, it is preferable that the primary and secondary vibrators are separated by the through holes formed in the SOI substrate 140. In addition, by being formed by a semiconductor process using the SOI substrate 140, size reduction, weight reduction, high output, and low cost can be achieved.

【0084】第3の実施形態については、他に第1の実
施形態と同様の製造プロセスによっても作製可能であ
る。このように本実施形態は、下記の特徴を有する。 (イ)第1および第2の実施の形態と同様に、共振時の
振幅は、エアダンピングの影響を大きく受け、エアダン
ピング(エアダンピングによる減衰係数)が大きいほ
ど、共振時の振幅は小さくなるが、2次振動子はエアダ
ンピングの影響を比較的受けにくく、エアダンピングの
影響を抑え、櫛歯構造による大気中での静電駆動でかつ
大振幅駆動が可能となる。 (第4の実施の形態)次に、第4の実施の形態を、第3
の実施の形態との相違点を中心に説明する。
The third embodiment can also be manufactured by a manufacturing process similar to that of the first embodiment. As described above, this embodiment has the following features. (A) As in the first and second embodiments, the amplitude at resonance is greatly affected by air damping, and the larger the air damping (a damping coefficient due to air damping), the smaller the amplitude at resonance. However, the secondary vibrator is relatively insensitive to the influence of air damping, the influence of air damping is suppressed, and the comb-shaped structure enables electrostatic driving in the atmosphere and large-amplitude driving. (Fourth Embodiment) Next, the fourth embodiment will be described in the third embodiment.
The following description focuses on the differences from this embodiment.

【0085】図19は、第4の実施形態のセンサの平面
図である。駆動方法に関しては、第3の実施形態と全く
同じである。第3の実施形態に対して、検出部分が主に
異なっている。検出する角速度の軸はZ軸である。ま
た、第3の実施形態と同様な方法で、電極を必要に応じ
て電気的に分離している。
FIG. 19 is a plan view of the sensor according to the fourth embodiment. The driving method is exactly the same as in the third embodiment. The detection part is mainly different from the third embodiment. The axis of the detected angular velocity is the Z axis. Further, the electrodes are electrically separated as necessary in the same manner as in the third embodiment.

【0086】2次振動子本体160,161からは変位
検出用の電極173〜176が、Y軸方向に直線的に延
びる振動伝達用梁171,172にて連結されている。
また、この変位検出用電極173〜176の根元部18
3,184は、固定部分4に対し、X軸方向(振動方
向)に直線的に延びる梁181,182にて連結されて
いる。
Displacement detecting electrodes 173 to 176 are connected from the secondary vibrator bodies 160 and 161 by vibration transmitting beams 171 and 172 extending linearly in the Y-axis direction.
Further, the root portion 18 of each of the displacement detecting electrodes 173 to 176.
3 and 184 are connected to the fixed portion 4 by beams 181 and 182 that extend linearly in the X-axis direction (the vibration direction).

【0087】以下、詳しく説明する。2次振動子の櫛歯
電極173に対向して櫛歯の固定電極177が、同様
に、櫛歯電極174に対向して櫛歯の固定電極178
が、櫛歯電極175に対向して櫛歯の固定電極179
が、櫛歯電極176に対向して櫛歯の固定電極180
が、それぞれ配置されている。
The details will be described below. A comb-shaped fixed electrode 177 faces the comb-shaped electrode 173 of the secondary vibrator, and similarly, a comb-shaped fixed electrode 178 faces the comb-shaped electrode 174.
Are opposed to the comb-tooth electrode 175,
Are opposed to the comb-teeth electrode 176,
Are arranged respectively.

【0088】そして、2次振動子本体160,161が
X軸方向に正弦波的な振動をしている状態で、このセン
サにZ軸まわりの角速度が加わると、2次振動子本体1
60,161はY軸方向に正弦波的に変位するコリオリ
力を受け、Y軸方向に正弦波的に変位する。このとき、
梁171,172の存在により検出用可動電極173〜
176も同様にY軸方向に正弦波的に変位する。その結
果、検出用電極173・177間の静電容量、検出用電
極174・178間の静電容量、検出用電極175・1
79間の静電容量および検出用電極176・180間の
静電容量が正弦波的に変化するので、その変化を例えば
同期検波回路を用いて測定することにより、角速度の大
きさを測定することができる。
When an angular velocity about the Z axis is applied to this sensor while the secondary vibrator main bodies 160 and 161 vibrate sinusoidally in the X axis direction, the secondary vibrator main body 1
60 and 161 receive a Coriolis force displaced sinusoidally in the Y-axis direction, and displaced sinusoidally in the Y-axis direction. At this time,
Due to the presence of the beams 171 and 172, the movable electrode for detection 173 to
Similarly, 176 is displaced sinusoidally in the Y-axis direction. As a result, the capacitance between the detection electrodes 173 and 177, the capacitance between the detection electrodes 174 and 178, the detection electrode 175.1
Since the capacitance between 79 and the capacitance between detection electrodes 176 and 180 change sinusoidally, the change is measured using, for example, a synchronous detection circuit to measure the magnitude of the angular velocity. Can be.

【0089】この時、第1の実施形態と同様に検出用電
極173・177間の静電容量と検出用電極174・1
78間の静電容量を差動で検出する。同様に、検出用電
極175・179間の静電容量と検出用電極176・1
80間の静電容量を差動で検出する。なお、静電容量方
式の他にも、電磁検出、圧電検出等の方法が可能であ
る。
At this time, as in the first embodiment, the capacitance between the detecting electrodes 173 and 177 and the detecting electrodes 174-1
The capacitance between 78 is detected differentially. Similarly, the capacitance between the detection electrodes 175 and 179 and the detection electrode 176.1
The capacitance between the 80 is differentially detected. In addition to the capacitance method, other methods such as electromagnetic detection and piezoelectric detection are possible.

【0090】一方、検出用可動電極173〜176は2
次振動子本体160,161が振動しても梁181,1
82の剛性によりX軸方向には変位しない。このことに
より、コリオリ力のない状態で検出用電極の静電容量が
全く変化しないので、ノイズを抑えることが可能であ
る。
On the other hand, the detection movable electrodes 173 to 176 are
Even if the secondary vibrator bodies 160 and 161 vibrate, the beams 181 and 1
Due to the rigidity of 82, no displacement occurs in the X-axis direction. As a result, the capacitance of the detection electrode does not change at all without the Coriolis force, so that noise can be suppressed.

【0091】なお、第3の実施形態の構造において単に
検出用電極を櫛歯構造にすることも可能である。しか
し、この場合は検出用電極自身がエアダンピングの影響
を受けやすいため、本発明のメリットである大振幅の駆
動が得にくくなる。したがって、このような方法よりも
本実施形態の方がより大きな信号を取ることができ有利
である。
In the structure of the third embodiment, it is also possible to simply make the detection electrode have a comb-teeth structure. However, in this case, since the detection electrode itself is easily affected by air damping, it is difficult to obtain a large amplitude drive which is an advantage of the present invention. Therefore, the present embodiment is advantageous in that a larger signal can be obtained than such a method.

【0092】また、本実施形態においても、図6のよう
に、第1の実施形態と同様に、1次振動子を1個でこの
センサを構成することも可能である。また、図7,8の
ように、2次振動子を2個接続し、それらを逆位相で振
動させることも可能である。あるいは、第1の実施形態
と同様に、2つの2次振動子の検出部の出力の差をとる
ことにより、外乱加速度をフィルタリング除去するこ
と、および出力の和をとることにより、加速度を測定す
ることが可能である。
Also in this embodiment, as shown in FIG. 6, it is possible to configure this sensor with one primary vibrator as in the first embodiment. Further, as shown in FIGS. 7 and 8, it is also possible to connect two secondary vibrators and vibrate them in opposite phases. Alternatively, as in the first embodiment, the acceleration is measured by filtering out the disturbance acceleration by taking the difference between the outputs of the detection units of the two secondary vibrators, and by taking the sum of the outputs. It is possible.

【0093】第4の実施形態については、第1および第
3の実施形態と同様の製造プロセスにより適当に電極を
分離して作製することが可能である。以上のように、X
−Y座標面におけるX軸方向に2次振動子本体160,
161が振動するが、変位検出用電極173〜176の
根元部183,184が、駆動方向に延びる梁181,
182にて固定部分4に連結されているので、2次振動
子本体160,161の駆動振動が変位検出用電極17
3〜176に伝わるのが抑制される。その結果、2次振
動子本体160,161の変位成分のみを検出して角速
度を高精度に検出することができる。 (第5の実施の形態)次に、第5の実施の形態を、第3
の実施の形態との相違点を中心に説明する。
In the fourth embodiment, the electrodes can be appropriately separated and manufactured by the same manufacturing process as in the first and third embodiments. As described above, X
-The secondary oscillator main body 160 in the X-axis direction on the Y-coordinate plane;
161 vibrates, but the root portions 183 and 184 of the displacement detection electrodes 173 to 176 are moved by beams 181 and 181 extending in the driving direction.
Since it is connected to the fixed part 4 at 182, the driving vibration of the secondary vibrator main bodies 160 and 161
Transmission to 3 to 176 is suppressed. As a result, the angular velocity can be detected with high accuracy by detecting only the displacement components of the secondary vibrator bodies 160 and 161. (Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment will be described with reference to a third embodiment.
The following description focuses on the differences from this embodiment.

【0094】図20は、第5の実施形態のセンサの平面
図である。図22は図20のD−D線での断面図であ
る。図23は図20のE−E線での断面図である。本例
では、図22に示すように、SOI基板190、つま
り、シリコン基板191の上に絶縁膜192を介してシ
リコン層193を配置したSOI基板190を用いてい
る。シリコン基板191のみの平面図を図21に示す。
FIG. 20 is a plan view of the sensor according to the fifth embodiment. FIG. 22 is a sectional view taken along line DD in FIG. FIG. 23 is a sectional view taken along line EE in FIG. In this example, as shown in FIG. 22, an SOI substrate 190, that is, an SOI substrate 190 in which a silicon layer 193 is disposed on a silicon substrate 191 via an insulating film 192 is used. FIG. 21 shows a plan view of only the silicon substrate 191.

【0095】検出する角速度の軸は、基板190の表面
に平行で、かつ、駆動振動方向に直交するY軸方向であ
る。また、変位検出手段が第3の実施形態とは異なり静
電容量変化検出用電極197を用いており、この電極1
97は、図23に示すように基板190の表面に垂直な
Z軸方向において2次振動子本体202に所定の間隔を
おいて対向して配置されている。
The axis of the angular velocity to be detected is the Y-axis direction which is parallel to the surface of the substrate 190 and orthogonal to the driving vibration direction. Unlike the third embodiment, the displacement detecting means uses an electrode 197 for detecting a change in capacitance.
As shown in FIG. 23, 97 is disposed opposite to the secondary vibrator main body 202 at a predetermined interval in the Z-axis direction perpendicular to the surface of the substrate 190.

【0096】以下、詳しく説明していく。図22,23
に示すように、SOI基板190の上には絶縁膜(シリ
コン窒化膜)194が形成されている。また、図21,
23に示すように、シリコン基板191の一部を表面か
らエッチングすることにより凹部195が形成され、シ
リコン基板191の4つの辺にて構成される四角枠部1
96と下部電極197が区画されている。つまり、図2
1に示すように、四角枠部196の内方に下部電極19
7が架設された構成となっている。また、図23に示す
ように、凹部195の底部におけるシリコン層193に
は貫通孔198が形成され、この貫通孔198により、
図20に示すように、1次振動子12,13および2次
振動子199が形成されている。詳しくは、1次梁1
5,16、1次振動子本体17,18、1次振動子用可
動電極19〜26、1次振動子用固定電極27〜34、
2次梁35,36、2次振動子本体202が区画形成さ
れている。
Hereinafter, the details will be described. Figures 22 and 23
As shown in FIG. 19, an insulating film (silicon nitride film) 194 is formed on the SOI substrate 190. FIG.
As shown in FIG. 23, a concave portion 195 is formed by etching a part of the silicon substrate 191 from the surface, and the square frame portion 1 composed of four sides of the silicon substrate 191 is formed.
96 and a lower electrode 197 are defined. That is, FIG.
As shown in FIG. 1, the lower electrode 19 is provided inside the rectangular frame portion 196.
7 is constructed. Further, as shown in FIG. 23, a through hole 198 is formed in the silicon layer 193 at the bottom of the concave portion 195, and the through hole 198
As shown in FIG. 20, primary vibrators 12, 13 and secondary vibrator 199 are formed. For details, Primary beam 1
5, 16, primary vibrator main bodies 17, 18, primary vibrator movable electrodes 19 to 26, primary vibrator fixed electrodes 27 to 34,
The secondary beams 35 and 36 and the secondary vibrator main body 202 are sectioned.

【0097】1次振動子本体17,18に対し2次梁3
5,36を通して2次振動子本体202が連結されてい
る。ここで、2次梁35,36はU字状をなし、かつ、
肉厚が薄くなっており、2次振動子本体202はXおよ
びZ方向に変位(振動)することができるようになって
いる。
The secondary beams 3 are attached to the primary vibrator bodies 17 and 18.
The secondary vibrator main body 202 is connected through 5, 36. Here, the secondary beams 35 and 36 are U-shaped, and
The thickness is thin, and the secondary vibrator main body 202 can be displaced (vibrated) in the X and Z directions.

【0098】また、図22に示すように、SOI基板1
90の絶縁膜192に対する犠牲層エッチングの工程に
より、振動子12,12,199が分離され、下部電極
197も2次振動子本体202と分離している。
Further, as shown in FIG.
The vibrators 12, 12, 199 are separated by the sacrificial layer etching process on the insulating film 192 of 90, and the lower electrode 197 is also separated from the secondary vibrator main body 202.

【0099】なお、2次振動子本体202には多数のエ
ッチング孔202aが形成され、犠牲層エッチングの際
にエッチング液がエッチング孔202aを通して進入し
ていく。
[0099] A large number of etching holes 202a are formed in the secondary vibrator main body 202, and an etching solution enters through the etching holes 202a when the sacrificial layer is etched.

【0100】図20に示すように、1次振動子12,1
3の固定電極27〜34と四角枠部(固定部)196は
トレンチ溝(例えば、窒化膜等)38〜45によって絶
縁されており、固定電極27〜34は窒化膜194上の
金属配線46〜53(例えば、Al,Ti等)によっ
て、四角枠部(固定部)196での窒化膜194上に配
置された電極端子46a〜53aと電気的に接触してい
る。固定電極27〜34と金属配線46〜53はコンタ
クトホール54〜61によって適当に電気的に接触して
いる。つまり、コンタクトホール54〜61は、絶縁膜
194の一部に穴を開け、金属で埋めたものであり、絶
縁膜194の上下を電気的に接触させる役割を果たす。
As shown in FIG. 20, the primary vibrators 12, 1
The fixed electrodes 27 to 34 and the square frame portion (fixing portion) 196 are insulated by trench grooves (for example, nitride films) 38 to 45, and the fixed electrodes 27 to 34 are formed by metal wirings 46 to 34 on the nitride film 194. 53 (for example, Al, Ti, etc.) makes electrical contact with the electrode terminals 46 a to 53 a disposed on the nitride film 194 in the square frame portion (fixed portion) 196. The fixed electrodes 27 to 34 and the metal wirings 46 to 53 are appropriately electrically contacted by contact holes 54 to 61. In other words, the contact holes 54 to 61 are formed by making holes in a part of the insulating film 194 and filling them with metal, and serve to electrically contact the upper and lower parts of the insulating film 194.

【0101】1次振動子の可動電極19〜26および2
次振動子本体202はトレンチ溝38〜45によって他
の電極と絶縁されており、電極端子200とコンタクト
ホール201によって接触している。
Movable electrodes 19 to 26 and 2 of primary vibrator
The secondary vibrator body 202 is insulated from other electrodes by the trenches 38 to 45, and is in contact with the electrode terminal 200 by the contact hole 201.

【0102】また、2次振動子本体202とそれに対向
する固定部分196に突起80,81をそれぞれ設け、
その間の静電容量をモニタして2次振動子本体202の
振幅を検出するようにしている。
Also, projections 80 and 81 are provided on the secondary vibrator main body 202 and the fixed portion 196 opposed thereto, respectively.
The capacitance during this period is monitored to detect the amplitude of the secondary vibrator body 202.

【0103】次に、第5の実施形態の角速度センサの動
作について説明する。駆動方法に関しては第1の実施形
態と全く同じであるので説明は省略する。2次振動子本
体202がX軸方向に正弦波的な振動をしている状態
で、このセンサにY軸まわりの角速度が加わると、2次
振動子本体202はZ軸方向に正弦波的に変位するコリ
オリ力を受け、Z軸方向に正弦波的に変位する。その結
果、2次振動子本体202と下部電極197の作る静電
容量が正弦波的に変化するので、その変化を例えば同期
検波回路を用いて測定することにより、角速度の大きさ
を測定することができる。なお、静電容量の他にも、電
磁検出、圧電検出等の方法が可能である。
Next, the operation of the angular velocity sensor according to the fifth embodiment will be described. The driving method is exactly the same as that of the first embodiment, and the description is omitted. When an angular velocity about the Y-axis is applied to this sensor while the secondary vibrator main body 202 is vibrating sinusoidally in the X-axis direction, the secondary vibrator main body 202 is sinusoidally generated in the Z-axis direction. Receiving the displacing Coriolis force, it displaces sinusoidally in the Z-axis direction. As a result, the capacitance formed by the secondary vibrator body 202 and the lower electrode 197 changes sinusoidally, and the magnitude of the angular velocity is measured by measuring the change using, for example, a synchronous detection circuit. Can be. In addition to the capacitance, other methods such as electromagnetic detection and piezoelectric detection are possible.

【0104】応用例としては、第1の実施形態と同様
に、図6のように、1次振動子を1個でこのセンサを構
成することも可能である。また、図7,8のように、2
次振動子を2個接続し、それらを逆位相で振動させるこ
とも可能である。第1の実施形態と同様に、2つの2次
振動子の検出部の出力の差をとることにより、外乱加速
度をフィルタリング除去すること、および出力の和をと
ることにより、加速度を測定することが可能である。
As an application example, similarly to the first embodiment, it is possible to configure this sensor with one primary vibrator as shown in FIG. Also, as shown in FIGS.
It is also possible to connect two secondary vibrators and vibrate them in opposite phases. Similarly to the first embodiment, it is possible to filter out disturbance acceleration by taking the difference between the outputs of the detection units of the two secondary vibrators, and to measure the acceleration by taking the sum of the outputs. It is possible.

【0105】次に、第5の実施形態の製造プロセスを、
図24,25を用いて説明する。図24,25は図20
のD−D線に対応する断面図である。まず、図24
(a)に示すように、半導体基板として、面方位(10
0)のSOIウエハを用意する。つまり、第1の半導体
層としてのシリコン基板191の上に第1の絶縁膜とし
てのシリコン酸化膜192を介して第2の半導体層とし
てのシリコン層193を形成したSOI基板190を用
意する。そして、SOI基板190におけるシリコン層
193に対し、異方性エッチングにより第1のトレンチ
溝210を形成する。この時、シリコン酸化膜192が
露出したところでエッチングを終了する。このトレンチ
溝210が図20のトレンチ溝38〜45となる。
Next, the manufacturing process of the fifth embodiment will be described.
This will be described with reference to FIGS. 24 and 25 show FIG.
FIG. 4 is a sectional view corresponding to line DD of FIG. First, FIG.
As shown in (a), the semiconductor substrate has a plane orientation (10
An SOI wafer of 0) is prepared. That is, an SOI substrate 190 in which a silicon layer 193 as a second semiconductor layer is formed over a silicon substrate 191 as a first semiconductor layer via a silicon oxide film 192 as a first insulating film. Then, a first trench 210 is formed in the silicon layer 193 of the SOI substrate 190 by anisotropic etching. At this time, the etching is terminated when the silicon oxide film 192 is exposed. This trench groove 210 becomes the trench grooves 38 to 45 in FIG.

【0106】そして、図24(b)に示すように、SO
I基板190のシリコン層193の表面に、第2の絶縁
膜としてのシリコン窒化膜194を堆積(成膜)してト
レンチ溝210を窒化膜194で埋める。なお、表面の
凹凸が問題になる場合は、窒化膜194を必要とする膜
厚以上に形成しておいて、表面を研磨する。
Then, as shown in FIG.
A silicon nitride film 194 as a second insulating film is deposited (formed) on the surface of the silicon layer 193 of the I-substrate 190 to fill the trench 210 with the nitride film 194. If unevenness on the surface becomes a problem, the nitride film 194 is formed to have a thickness larger than the required thickness, and the surface is polished.

【0107】さらに、図25(a)に示すように、窒化
膜194の所定の位置を除去してシリコン層193に達
するトレンチ溝211を形成する。そして、図25
(b)に示すように、スパッタや電子ビーム蒸着等によ
り窒化膜194上にAl,Ti等の金属配線212を形
成してトレンチ溝211を埋める。
Further, as shown in FIG. 25A, a predetermined position of the nitride film 194 is removed to form a trench groove 211 reaching the silicon layer 193. And FIG.
As shown in (b), a metal wiring 212 of Al, Ti or the like is formed on the nitride film 194 by sputtering, electron beam evaporation, or the like to fill the trench groove 211.

【0108】引き続き、図26(c)に示すように、S
OI基板190の裏面全面に窒化膜213を成膜および
パターニングし、裏面からの異方性エッチングにより所
定の位置を掘り、シリコン酸化膜192に達する凹部1
95を形成する。その結果、凹部195の底面に薄肉部
215が形成される。この時、シリコン酸化膜192が
露出したところでエッチングを終了する。なお、この
際、表面はダメージを避けるためにワックスや樹脂等で
保護する。
Subsequently, as shown in FIG.
A nitride film 213 is formed and patterned on the entire back surface of the OI substrate 190, a predetermined position is dug by anisotropic etching from the back surface, and the concave portion 1 reaching the silicon oxide film 192 is formed.
95 are formed. As a result, a thin portion 215 is formed on the bottom surface of the concave portion 195. At this time, the etching is terminated when the silicon oxide film 192 is exposed. At this time, the surface is protected with wax, resin, or the like to avoid damage.

【0109】そして、表面を保護したものを除去後、図
25(d)に示すように、SOI基板190の薄肉部2
15に対し表面より異方性エッチングにより窒化膜19
4の所定の位置を除去するとともに、シリコン層193
の所定の位置を除去して貫通孔214を形成する。その
結果、1次および2次振動子(振動子本体17,18,
202等)が区画形成される。
Then, after removing the one whose surface is protected, as shown in FIG.
The nitride film 19 is anisotropically etched from the surface of
4 is removed, and the silicon layer 193 is removed.
Is removed to form a through hole 214. As a result, the primary and secondary vibrators (vibrator bodies 17, 18,
202 etc.) are formed.

【0110】最後に、図22に示すように、SOI基板
190におけるシリコン酸化膜192の所定位置(一
部)を除去するすることにより(犠牲層エッチングを行
い)、1次および2次振動子(振動子本体17,18,
202等)をシリコン基板191から分離する。これに
より、本センサが完成する。
Finally, as shown in FIG. 22, by removing a predetermined position (part) of the silicon oxide film 192 in the SOI substrate 190 (by performing sacrificial layer etching), the primary and secondary vibrators ( Vibrator bodies 17, 18,
202) is separated from the silicon substrate 191. Thereby, the present sensor is completed.

【0111】その結果、SOI基板190に形成した貫
通孔により1次および2次振動子本体を区画し、かつ、
固定電極197と2次振動子本体202で対向電極を構
成する場合に、好ましいものとなる。また、SOI基板
190を用いた半導体プロセスで形成することによって
小型化、軽量化、高出力化ならびに低コスト化を図るこ
とができる。
As a result, the primary and secondary vibrators are divided by the through holes formed in the SOI substrate 190, and
This is preferable when the counter electrode is constituted by the fixed electrode 197 and the secondary vibrator main body 202. In addition, by being formed by a semiconductor process using the SOI substrate 190, reduction in size, weight, output, and cost can be achieved.

【0112】なお、これまでの説明においては図2に示
すように固定部に対し梁15(16)により1次振動子
本体17(18)を連結し、1次振動子本体17(1
8)に対し梁35(36)により2次振動子本体37を
連結したが、図26に示すように、固定部4に対し1次
梁15’(16’)を介して1次振動子本体17’(1
8’)を連結し、さらに1次振動子本体17’(1
8’)に対し1次梁15’’(16’’)を介して1次
振動子本体17’’(18’’)を連結し、この1次振
動子本体17’’(18’’)に対し梁35(36)に
より2次振動子本体37を連結してもよい。
In the above description, as shown in FIG. 2, the primary vibrator main body 17 (18) is connected to the fixed portion by the beam 15 (16), and the primary vibrator main body 17 (1) is connected.
The secondary vibrator main body 37 is connected to 8) by the beam 35 (36), but as shown in FIG. 26, the primary vibrator main body is connected to the fixed portion 4 via the primary beam 15 '(16'). 17 '(1
8 ′), and the primary vibrator body 17 ′ (1
8 '), a primary vibrator main body 17 "(18") is connected to the primary vibrator main body 17 "(18") via a primary beam 15 "(16"). Alternatively, the secondary vibrator main body 37 may be connected by the beam 35 (36).

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施実施における角速度センサの模式的
平面図。
FIG. 1 is a schematic plan view of an angular velocity sensor according to a first embodiment.

【図2】図1の要部の平面図。FIG. 2 is a plan view of a main part of FIG. 1;

【図3】図1のA−A断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1;

【図4】製造プロセスを説明するための断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図5】製造プロセスを説明するための断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図6】第1の実施形態の応用例を示す模式的平面図。FIG. 6 is a schematic plan view showing an application example of the first embodiment.

【図7】第1の実施形態の応用例を示す模式的平面図。FIG. 7 is a schematic plan view showing an application example of the first embodiment.

【図8】第1の実施形態の応用例を示す模式的平面図。FIG. 8 is a schematic plan view showing an application example of the first embodiment.

【図9】第2の実施実施における角速度センサの模式的
平面図。
FIG. 9 is a schematic plan view of an angular velocity sensor according to a second embodiment.

【図10】図9の要部の平面図。FIG. 10 is a plan view of a main part of FIG. 9;

【図11】図10のB−B断面図。FIG. 11 is a sectional view taken along line BB of FIG. 10;

【図12】製造プロセスを説明するための断面図。FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図13】製造プロセスを説明するための断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図14】製造プロセスを説明するための断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図15】第3の実施実施における角速度センサの模式
的平面図。
FIG. 15 is a schematic plan view of an angular velocity sensor according to a third embodiment.

【図16】図15のC−C断面図。FIG. 16 is a sectional view taken along line CC of FIG. 15;

【図17】製造プロセスを説明するための断面図。FIG. 17 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図18】製造プロセスを説明するための断面図。FIG. 18 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図19】第4の実施実施における角速度センサの模式
的平面図。
FIG. 19 is a schematic plan view of an angular velocity sensor according to a fourth embodiment.

【図20】第5の実施実施における角速度センサの模式
的平面図。
FIG. 20 is a schematic plan view of an angular velocity sensor according to a fifth embodiment.

【図21】図20の要部の平面図。FIG. 21 is a plan view of a main part of FIG. 20;

【図22】図20のD−D断面図。FIG. 22 is a sectional view taken along line DD of FIG. 20;

【図23】図20のE−E断面図。FIG. 23 is a sectional view taken along line EE of FIG. 20;

【図24】製造プロセスを説明するための断面図。FIG. 24 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図25】製造プロセスを説明するための断面図。FIG. 25 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図26】別例の角速度センサの模式的平面図。FIG. 26 is a schematic plan view of another example of the angular velocity sensor.

【図27】従来技術を示す模式図。FIG. 27 is a schematic view showing a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板、2…凹部、3…薄肉部、4…四角枠
部、5…絶縁膜、6〜11…貫通孔、12,13…1次
振動子、14…2次振動子、16…1次梁、17,18
…1次振動子本体、19〜26…1次振動子用可動電
極、27〜34…1次振動子用固定電極、35,36…
2次梁、37…2次振動子本体、63〜66…貫通孔、
67…加速度センサエレメント、68,69…Gセンサ
用梁、70,71…Gセンサ用可動電極、72,73…
Gセンサ用固定電極、80…可動電極、81…固定電
極、87,88…梁、92…トレンチ溝、93…不要領
域、94…金属配線、100…シリコン基板、101…
シリコン窒化膜、104…貫通孔、105…Gセンサ重
り、120…トレンチ溝、121…第2の絶縁膜、12
2…トレンチ溝、123…ポリシリコン層、124,1
25…不要領域、126…トレンチ溝、127…金属配
線、129…溝、140…SOI基板、141…シリコ
ン基板、142…絶縁膜、143…シリコン層、144
…凹部、145…貫通孔、146,147…2次梁、1
56,157…検出用固定電極、160,161…検出
用固定電極、165…金属配線、167…トレンチ溝、
171,172…梁、173〜176…検出用可動電
極、181,182…梁、190…SOI基板、191
…シリコン基板、192…絶縁膜、193…シリコン
層、194…第2の絶縁膜、195…凹部、196…四
角枠部、197…下部電極、198…貫通孔、202…
2次振動子本体、210…第1のトレンチ溝、211…
第2のトレンチ溝、212…金属配線、215…薄肉
部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... recessed part, 3 ... Thin part, 4 ... Square frame part, 5 ... Insulating film, 6-11 ... Through-hole, 12, 13 ... Primary oscillator, 14 ... Secondary oscillator, 16 ... Primary beams, 17, 18
... Primary vibrator body, 19 to 26... Primary vibrator movable electrode, 27 to 34... Primary vibrator fixed electrode, 35, 36.
Secondary beam, 37 ... secondary vibrator main body, 63-66 ... through hole,
67: acceleration sensor element, 68, 69: beam for G sensor, 70, 71: movable electrode for G sensor, 72, 73 ...
G sensor fixed electrode, 80 ... movable electrode, 81 ... fixed electrode, 87, 88 ... beam, 92 ... trench groove, 93 ... unnecessary area, 94 ... metal wiring, 100 ... silicon substrate, 101 ...
Silicon nitride film, 104 through hole, 105 G sensor weight, 120 trench groove, 121 second insulating film, 12
2 ... trench groove, 123 ... polysilicon layer, 124, 1
25: unnecessary region, 126: trench groove, 127: metal wiring, 129: groove, 140: SOI substrate, 141: silicon substrate, 142: insulating film, 143: silicon layer, 144
... Recesses, 145 through holes, 146, 147 secondary beams, 1
56, 157: fixed electrode for detection, 160, 161: fixed electrode for detection, 165: metal wiring, 167: trench groove,
171, 172: beam, 173 to 176: movable electrode for detection, 181, 182: beam, 190: SOI substrate, 191
... Silicon substrate, 192 ... Insulating film, 193 ... Silicon layer, 194 ... Second insulating film, 195 ... Concave part, 196 ... Square frame part, 197 ... Lower electrode, 198 ... Through hole, 202 ...
Secondary vibrator main body, 210... First trench groove, 211.
Second trench groove, 212: metal wiring, 215: thin portion.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大矢 信之 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 2F105 BB20 CC04 CD03 CD05 CD13 4M112 AA02 BA07 CA24 CA26 CA36 DA02 EA02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Nobuyuki Oya 1-1-1 Showa-cho, Kariya-shi, Aichi F-term in DENSO Corporation (Reference) 2F105 BB20 CC04 CD03 CD05 CD13 4M112 AA02 BA07 CA24 CA26 CA36 DA02 EA02

Claims (33)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固定部(4)に対し1次梁(15,1
6)にて連結され、駆動力を付与することにより振動す
る1次振動子本体(17,18)と、 前記1次振動子本体(17,18)に対し2次梁(3
5,36)にて連結され、前記1次振動子本体(17,
18)からの振動伝達にて当該1次振動子本体(17,
18)と同じ方向に振動する2次振動子本体(37)
と、 前記2次振動子本体(37)に設置され、2次振動子本
体(37)が振動しているときにおいて角速度の印加に
伴うコリオリ力を検出する加速度センサエレメント(6
7)と、を備えたことを特徴とする角速度センサ。
1. A primary beam (15, 1) for a fixed part (4).
A primary vibrator body (17, 18) connected at 6) and vibrating by applying a driving force; and a secondary beam (3) with respect to the primary vibrator main body (17, 18).
5, 36), and the primary vibrator body (17,
18), the primary oscillator main body (17,
Secondary vibrator body (37) vibrating in the same direction as (18)
An acceleration sensor element (6) installed on the secondary vibrator main body (37) and detecting Coriolis force accompanying the application of angular velocity when the secondary vibrator main body (37) is vibrating;
7) An angular velocity sensor comprising:
【請求項2】 駆動手段として、櫛歯構造による静電駆
動を用いたことを特徴とする請求項1に記載の角速度セ
ンサ。
2. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the driving means uses an electrostatic drive having a comb structure.
【請求項3】 検出する角速度の軸が基板(1)の表面
に垂直な方向である請求項1に記載の角速度センサ。
3. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the axis of the detected angular velocity is a direction perpendicular to the surface of the substrate (1).
【請求項4】 前記加速度センサエレメント(67)
は、梁(68,69)にて連結された可動電極(70,
71)が基板(1)の表面に平行な方向において固定電
極(72,73)と所定の間隔をおいて対向し、静電容
量の変化によって角速度を検出するものである請求項3
に記載の角速度センサ。
4. The acceleration sensor element (67).
Are movable electrodes (70, 70) connected by beams (68, 69).
And a fixed electrode facing the fixed electrode in a direction parallel to the surface of the substrate and detecting an angular velocity by a change in capacitance.
2. The angular velocity sensor according to 1.
【請求項5】 検出する角速度の軸が、基板(100)
の表面に平行で、かつ、駆動方向に直交する方向である
請求項1に記載の角速度センサ。
5. The method according to claim 1, wherein the axis of the angular velocity to be detected is the substrate (100).
2. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the direction is parallel to the surface of the lens and perpendicular to the driving direction.
【請求項6】 前記加速度センサエレメント(67)
は、基板(100)の表面に垂直な方向において2次振
動子本体(37)に対向し、かつ所定の間隔をおいて可
動電極(105)が変位可能に配置され、静電容量の変
化によって角速度を検出するものである請求項5に記載
の角速度センサ。
6. The acceleration sensor element (67).
The movable electrode (105) is disposed so as to be displaceable at predetermined intervals at a position facing the secondary vibrator body (37) in a direction perpendicular to the surface of the substrate (100). The angular velocity sensor according to claim 5, wherein the angular velocity sensor detects an angular velocity.
【請求項7】 2次振動子本体(37)の両側に1次振
動子本体(17,18)を配置したことを特徴とする請
求項1に記載の角速度センサ。
7. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the primary vibrator bodies (17, 18) are arranged on both sides of the secondary vibrator main body (37).
【請求項8】 2次振動子本体(37)を2個以上、梁
(87,88)により連結したことを特徴とする請求項
1に記載の角速度センサ。
8. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein two or more secondary vibrator bodies (37) are connected by beams (87, 88).
【請求項9】 少なくとも1本の梁(15,16,3
5,36,87)が1回または複数回、折り曲げられて
いることを特徴とする請求項1または8に記載の角速度
センサ。
9. At least one beam (15, 16, 3)
9. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein (5, 36, 87) is bent one or more times.
【請求項10】 2次振動子本体(37)とそれに対向
する固定部分(4)に突起(80,81)をそれぞれ設
け、その間の静電容量をモニタして2次振動子本体(3
7)の振幅を検出するようにしたことを特徴とする請求
項1に記載の角速度センサ。
10. A projection (80, 81) is provided on each of the secondary vibrator main body (37) and the fixed portion (4) opposed thereto, and the capacitance between them is monitored to monitor the secondary vibrator main body (3).
The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the amplitude of (7) is detected.
【請求項11】 前記1次および2次振動子本体(1
7,18,37)で作る振動系を、当該振動系の共振倍
率の大きい振動数にて駆動するようにしたことを特徴と
する請求項1に記載の角速度センサ。
11. The primary and secondary oscillator bodies (1)
2. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the vibration system formed in (7, 18, 37) is driven at a frequency having a large resonance magnification of the vibration system.
【請求項12】 固定部(4,196)に対し1次梁
(15,16)にて連結され、駆動力を付与することに
より振動する1次振動子本体(17,18)と、 前記1次振動子本体(17,18)に対し2次梁(3
5,36,146,147)にて前記1次振動子本体
(17,18)の振動方向および当該振動方向に直交す
る方向に変位可能に連結され、前記1次振動子本体(1
7,18)からの振動伝達にて当該1次振動子本体(1
7,18)と同じ方向に振動する2次振動子本体(16
0,161,202)と、 前記2次振動子本体(160,161,202)が振動
しているときにおいて角速度の印加に伴うコリオリ力に
よる振動方向に直交する方向での前記2次振動子本体
(160,161,202)の変位を検出するための変
位検出手段(156,157,197)と、を備えたこ
とを特徴とする角速度センサ。
12. A primary vibrator body (17, 18) which is connected to a fixed portion (4, 196) by primary beams (15, 16) and vibrates by applying a driving force; The secondary beam (3
5, 36, 146, 147) are connected so as to be displaceable in the vibration direction of the primary vibrator main body (17, 18) and in a direction orthogonal to the vibration direction.
7, 18), the primary vibrator main body (1
7, 18) vibrating in the same direction as the secondary vibrator body (16).
0, 161, 202) and the secondary vibrator main body in a direction orthogonal to the direction of vibration due to Coriolis force caused by the application of angular velocity when the secondary vibrator main body (160, 161, 202) is vibrating An angular velocity sensor comprising: displacement detection means (156, 157, 197) for detecting the displacement of (160, 161, 202).
【請求項13】 駆動手段として、櫛歯構造による静電
駆動を用いたことを特徴とする請求項12に記載の角速
度センサ。
13. The angular velocity sensor according to claim 12, wherein an electrostatic drive having a comb structure is used as the driving means.
【請求項14】 検出する角速度の軸が基板(140)
の表面に垂直な方向である請求項12に記載の角速度セ
ンサ。
The axis of the angular velocity to be detected is the substrate (140).
The angular velocity sensor according to claim 12, wherein the direction is perpendicular to the surface of the sensor.
【請求項15】 前記変位検出手段(156,157)
は、基板(140)の表面に平行な方向において2次振
動子本体(160,161)に所定の間隔をおいて対向
して配置された静電容量変化検出用電極である請求項1
4に記載の角速度センサ。
15. The displacement detecting means (156, 157).
The capacitance change detection electrode is disposed opposite to the secondary vibrator main body (160, 161) at a predetermined interval in a direction parallel to the surface of the substrate (140).
5. The angular velocity sensor according to 4.
【請求項16】 変位検出用の電極(173〜176)
が2次振動子本体(160,161)から振動伝達用梁
(171,172)にて連結されるとともに、この変位
検出用電極(173〜176)の根元部(183,18
4)を、固定部分(4)に対し、駆動方向に延びる梁
(181,182)にて連結したことを特徴とする請求
項15に記載の角速度センサ。
16. Electrodes for detecting displacement (173 to 176)
Are connected from the secondary vibrator main body (160, 161) by vibration transmitting beams (171, 172), and the root portions (183, 18) of the displacement detecting electrodes (173 to 176) are connected.
The angular velocity sensor according to claim 15, wherein 4) is connected to the fixed portion (4) by beams (181, 182) extending in the driving direction.
【請求項17】 検出する角速度の軸が、基板(19
0)の表面に平行で、かつ、駆動方向に直交する方向で
ある請求項12に記載の角速度センサ。
The axis of the angular velocity to be detected is set to the substrate (19).
The angular velocity sensor according to claim 12, wherein the direction is parallel to the surface of (0) and perpendicular to the driving direction.
【請求項18】 前記変位検出手段(197)は、基板
(190)の表面に垂直な方向において2次振動子本体
(202)に所定の間隔をおいて対向して配置された静
電容量変化検出用電極である請求項17に記載の角速度
センサ。
18. The capacitance change means (197), which is disposed opposite to a secondary vibrator body (202) at a predetermined interval in a direction perpendicular to the surface of the substrate (190). The angular velocity sensor according to claim 17, which is a detection electrode.
【請求項19】 2次振動子本体(160,161,2
02)の両側に1次振動子本体(17,18)を配置し
たことを特徴とする請求項12に記載の角速度センサ。
19. The secondary vibrator main body (160, 161, 16)
The angular velocity sensor according to claim 12, wherein the primary vibrator main bodies (17, 18) are arranged on both sides of the angular velocity sensor (02).
【請求項20】 2次振動子本体を2個以上、梁により
連結したことを特徴とする請求項12に記載の角速度セ
ンサ。
20. The angular velocity sensor according to claim 12, wherein two or more secondary vibrator bodies are connected by a beam.
【請求項21】 少なくとも1本の梁(15,16,3
5,36)が1回または複数回、折り曲げられているこ
とを特徴とする請求項12,16,20のいずれか1項
に記載の角速度センサ。
21. At least one beam (15, 16, 3)
21. The angular velocity sensor according to claim 12, wherein (5, 36) is bent one or more times.
【請求項22】 2次振動子本体(202)とそれに対
向する固定部分(196)に突起(80,81)をそれ
ぞれ設け、その間の静電容量をモニタして2次振動子本
体(202)の振幅を検出するようにしたことを特徴と
する請求項12に記載の角速度センサ。
22. A projection (80, 81) is provided on each of the secondary vibrator main body (202) and the fixed portion (196) facing the secondary vibrator main body, and the capacitance between them is monitored to monitor the secondary vibrator main body (202). The angular velocity sensor according to claim 12, wherein an amplitude of the angular velocity is detected.
【請求項23】 前記1次および2次振動子本体(1
7,18,160,161,202)で作る振動系を、
当該振動系の共振倍率の大きい振動数にて駆動するよう
にしたことを特徴とする請求項12に記載の角速度セン
サ。
23. The primary and secondary oscillator bodies (1)
7, 18, 160, 161, 202)
The angular velocity sensor according to claim 12, wherein the vibration system is driven at a frequency having a large resonance magnification.
【請求項24】 半導体基板(1)の表面における所定
領域に第1のトレンチ溝(92)を形成するとともに、
半導体基板(1)の表面に絶縁膜(5)を堆積して前記
第1のトレンチ溝(92)を絶縁膜(5)で埋める工程
と、 前記絶縁膜(5)の不要領域(93)を除去するととも
に第2のトレンチ溝(62)を形成し、さらに、前記絶
縁膜(5)上に第2のトレンチ溝(62)を埋める金属
配線(94)を形成する工程と、 前記半導体基板(1)の裏面からの異方性エッチングに
より前記第1のトレンチ溝(92)に達する凹部(2)
を形成し、凹部(2)の底面に薄肉部(3)を形成する
工程と、 前記半導体基板(1)の薄肉部(3)に貫通孔(6〜1
1)を形成し、半導体基板(1)の表面に平行な方向に
振動する1次振動子本体(17,18)と、この1次振
動子本体(17,18)に連結され当該1次振動子本体
(17,18)と同じ方向に振動する2次振動子本体
(37)を区画形成する工程と、を有する角速度センサ
の製造方法。
24. A semiconductor device comprising: a first trench formed in a predetermined region on a surface of a semiconductor substrate;
Depositing an insulating film (5) on the surface of the semiconductor substrate (1) and filling the first trench groove (92) with the insulating film (5); and removing unnecessary regions (93) of the insulating film (5). Removing, forming a second trench groove (62), and further forming a metal wiring (94) filling the second trench groove (62) on the insulating film (5); The concave portion (2) reaching the first trench groove (92) by anisotropic etching from the back surface of 1).
Forming a thin portion (3) on the bottom surface of the concave portion (2); and forming a through hole (6-1) in the thin portion (3) of the semiconductor substrate (1).
1), a primary vibrator body (17, 18) vibrating in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate (1), and the primary vibrator connected to the primary vibrator body (17, 18). Forming a secondary vibrator body (37) that vibrates in the same direction as the vibrator bodies (17, 18).
【請求項25】 前記半導体基板としてシリコン基板
(1)を用いたことを特徴とする請求項24に記載の角
速度センサの製造方法。
25. The method according to claim 24, wherein a silicon substrate is used as the semiconductor substrate.
【請求項26】 前記半導体基板としてSOI基板を用
いたことを特徴とする請求項24に記載の角速度センサ
の製造方法。
26. The method according to claim 24, wherein an SOI substrate is used as the semiconductor substrate.
【請求項27】 半導体基板(100)の表面における
所定領域に第1のトレンチ溝(120)を形成するとと
もに、半導体基板(100)の表面に第1の絶縁膜(1
01)を堆積して前記第1のトレンチ溝(120)を第
1の絶縁膜(101)で埋める工程と、 前記第1の絶縁膜(101)の表面に第2の絶縁膜(1
21)を形成するとともに、第1および第2の絶縁膜
(101,121)の所定の位置に半導体基板(10
0)に達する第2のトレンチ溝(122)を掘る工程
と、 前記第2の絶縁膜(121)の表面に半導体膜(12
3)を堆積して前記第2のトレンチ溝(122)を半導
体膜(123)で埋める工程と、 前記半導体膜(123)の不要領域(124)を除去す
るとともに、前記第2の絶縁膜(121)の不要領域
(125)を除去し、さらに、第1の絶縁膜(101)
の所定の位置に前記半導体基板に達する第3のトレンチ
溝(126)を形成する工程と、 前記第1の絶縁膜(101)上に第3のトレンチ溝(1
26)を埋める金属配線(127)を形成する工程と、 前記半導体基板(100)の裏面からの異方性エッチン
グにより前記第1のトレンチ溝(120)に達する凹部
(2)を形成し、凹部(2)の底面に薄肉部(3)を形
成する工程と、 前記半導体基板(100)の薄肉部(3)に貫通孔(1
04)を形成し、半導体基板(100)の表面に平行な
方向に振動する1次振動子本体(17,18)と、この
1次振動子本体(17,18)に連結され当該1次振動
子本体(17,18)と同じ方向に振動する2次振動子
本体(37)を区画形成する工程と、 前記半導体膜(123)の所定の位置に前記第2の絶縁
膜(121)に達する第4のトレンチ溝(129)を形
成する工程と、 前記半導体膜(123)の下の前記第2の絶縁膜(12
1)をエッチング除去して、上部電極となる前記半導体
膜(123)を可動にする工程と、を有する角速度セン
サの製造方法。
27. A first trench (120) is formed in a predetermined region on a surface of a semiconductor substrate (100), and a first insulating film (1) is formed on a surface of the semiconductor substrate (100).
01) and filling the first trench groove (120) with a first insulating film (101); and forming a second insulating film (1) on the surface of the first insulating film (101).
21) and a semiconductor substrate (10) at a predetermined position on the first and second insulating films (101, 121).
0), a step of digging a second trench (122) reaching the second insulating film (122), and forming a semiconductor film (12) on the surface of the second insulating film (121).
3) depositing and filling the second trench groove (122) with a semiconductor film (123); removing unnecessary regions (124) of the semiconductor film (123); The unnecessary region (125) of 121) is removed, and the first insulating film (101) is further removed.
Forming a third trench groove (126) reaching the semiconductor substrate at a predetermined position; and forming a third trench groove (1) on the first insulating film (101).
26) a step of forming a metal wiring (127) filling the recess, and a recess (2) reaching the first trench groove (120) by anisotropic etching from the back surface of the semiconductor substrate (100). Forming a thin portion (3) on the bottom surface of (2); and forming a through hole (1) in the thin portion (3) of the semiconductor substrate (100).
04), and a primary vibrator body (17, 18) vibrating in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate (100), and the primary vibrator connected to the primary vibrator body (17, 18). Forming a secondary vibrator main body (37) vibrating in the same direction as the vibrator main bodies (17, 18); and reaching the second insulating film (121) at a predetermined position of the semiconductor film (123). Forming a fourth trench (129); and forming the second insulating film (12) under the semiconductor film (123).
(1) etching and removing the semiconductor film (123) to be an upper electrode to make it movable.
【請求項28】 前記半導体基板としてシリコン基板
(100)を用いたことを特徴とする請求項27に記載
の角速度センサの製造方法。
28. The method according to claim 27, wherein a silicon substrate is used as the semiconductor substrate.
【請求項29】 前記半導体基板としてSOI基板を用
いたことを特徴とする請求項27に記載の角速度センサ
の製造方法。
29. The method according to claim 27, wherein an SOI substrate is used as the semiconductor substrate.
【請求項30】 第1の半導体層(141)の上に絶縁
膜(142)を介して第2の半導体層(143)を形成
した半導体基板(140)における第2の半導体層(1
43)の表面に金属配線(165)を形成する工程と、 前記第2の半導体層(143)の不要領域(167)を
エッチング除去する工程と、 前記半導体基板(140)の裏面から第1の半導体層
(141)の異方性エッチングにより凹部(144)を
形成し、凹部(144)の底面に薄肉部(168)を形
成する工程と、 前記半導体基板(140)の薄肉部(168)に貫通孔
(145)を形成し、半導体基板(140)の表面に平
行な方向に振動する1次振動子本体(17,18)と、
この1次振動子本体(17,18)に連結され当該1次
振動子本体(17,18)と同じ方向に振動する2次振
動子本体(160,161)を区画形成する工程と、を
有する角速度センサの製造方法。
30. A second semiconductor layer (1) in a semiconductor substrate (140) in which a second semiconductor layer (143) is formed on a first semiconductor layer (141) via an insulating film (142).
Forming a metal wiring (165) on the surface of the semiconductor substrate (43); etching and removing an unnecessary area (167) of the second semiconductor layer (143); Forming a concave portion (144) by anisotropic etching of the semiconductor layer (141) and forming a thin portion (168) on the bottom surface of the concave portion (144); and forming a thin portion (168) on the semiconductor substrate (140). A primary vibrator body (17, 18) having a through hole (145) and vibrating in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate (140);
Forming a secondary vibrator main body (160, 161) connected to the primary vibrator main body (17, 18) and vibrating in the same direction as the primary vibrator main body (17, 18). Manufacturing method of angular velocity sensor.
【請求項31】 前記半導体基板としてSOI基板(1
40)を用いたことを特徴とする請求項30に記載の角
速度センサの製造方法。
31. An SOI substrate (1) as the semiconductor substrate.
The method according to claim 30, wherein (40) is used.
【請求項32】 第1の半導体層(191)の上に第1
の絶縁膜(192)を介して第2の半導体層(193)
を形成した半導体基板(190)における第2の半導体
層(193)の所定領域に第1のトレンチ溝(210)
を形成する工程と、 第2の半導体層(193)の表面に第2の絶縁膜(19
4)を堆積して前記第1のトレンチ溝(210)を第2
の絶縁膜(194)で埋める工程と、 前記第2の絶縁膜(194)の所定の位置に前記第2の
半導体層(193)に達する第2のトレンチ溝(21
1)を形成するとともに、前記第2の絶縁膜(194)
上に前記第2のトレンチ溝(211)を埋める金属配線
(212)を形成する工程と、 前記第1の半導体層(191)の裏面からの異方性エッ
チングにより前記第1の絶縁膜(192)に達する凹部
(195)を形成し、凹部(195)の底面に薄肉部
(215)を形成する工程と、 前記半導体基板(190)の薄肉部(215)における
前記第2の絶縁膜(194)および第2の半導体層(1
93)に貫通孔(214)を形成し、半導体基板(19
0)の表面に平行な方向に振動する1次振動子本体(1
7,18)と、この1次振動子本体(17,18)に連
結され当該1次振動子本体(17,18)と同じ方向に
振動する2次振動子本体(202)を区画形成する工程
と、 前記半導体基板(190)における前記第1の絶縁膜
(192)の一部を除去することにより、前記1次およ
び2次振動子本体(17,18,202)を第1の半導
体層(191)から分離する工程と、を有する角速度セ
ンサの製造方法。
32. A first semiconductor layer (191) is formed on the first semiconductor layer (191).
The second semiconductor layer (193) via the insulating film (192)
A first trench (210) is formed in a predetermined region of the second semiconductor layer (193) in the semiconductor substrate (190) having the trench formed thereon.
Forming a second insulating film (19) on the surface of the second semiconductor layer (193).
4) depositing said first trench groove (210) in the second
A second trench groove (21) reaching the second semiconductor layer (193) at a predetermined position of the second insulating film (194).
1) and forming the second insulating film (194)
Forming a metal wiring (212) filling the second trench groove (211) thereon; and anisotropically etching the first insulating film (192) from the back surface of the first semiconductor layer (191). Forming a thin portion (215) on the bottom surface of the concave portion (195); and forming the second insulating film (194) in the thin portion (215) of the semiconductor substrate (190). ) And the second semiconductor layer (1).
A through hole (214) is formed in the semiconductor substrate (19).
0) vibrating in the direction parallel to the surface of the primary vibrator body (1)
7, 18) and a step of partitioning and forming a secondary vibrator main body (202) connected to the primary vibrator main body (17, 18) and vibrating in the same direction as the primary vibrator main body (17, 18). And removing a part of the first insulating film (192) from the semiconductor substrate (190) to form the primary and secondary oscillator bodies (17, 18, 202) into a first semiconductor layer ( 191).
【請求項33】 前記半導体基板としてSOI基板(1
90)を用いたことを特徴とする請求項32に記載の角
速度センサの製造方法。
33. An SOI substrate (1) as the semiconductor substrate.
The method for manufacturing an angular velocity sensor according to claim 32, wherein (90) is used.
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