JP2004354108A - 角速度センサおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】質量体３および外フレーム４および内フレーム５は、第１のＳｉ層３０ａ／第１のＳｉＯ２層３０ｂ／第２のＳｉ層３０ｃ／第２のＳｉＯ２層３０ｄ／第３のＳｉ層３０ｅの５層構造を有する１枚の多層構造基板３０をマイクロマシン加工することにより形成されている。トーションバー３１および重り部３２および外フレーム４および内フレーム５は、第１のＳｉ層３０ａ／第１のＳｉＯ２層３０ｂ／第２のＳｉ層３０ｃ／第２のＳｉＯ２層３０ｄ／第３のＳｉ層３０ｅの５層構造を有し、メンブレンばね３３は、厚さ寸法が第２のＳｉ層３０ｃの厚さに設定されており第２のＳｉ層３０ｃの一部からなる。
【選択図】 図１
【解決手段】質量体３および外フレーム４および内フレーム５は、第１のＳｉ層３０ａ／第１のＳｉＯ２層３０ｂ／第２のＳｉ層３０ｃ／第２のＳｉＯ２層３０ｄ／第３のＳｉ層３０ｅの５層構造を有する１枚の多層構造基板３０をマイクロマシン加工することにより形成されている。トーションバー３１および重り部３２および外フレーム４および内フレーム５は、第１のＳｉ層３０ａ／第１のＳｉＯ２層３０ｂ／第２のＳｉ層３０ｃ／第２のＳｉＯ２層３０ｄ／第３のＳｉ層３０ｅの５層構造を有し、メンブレンばね３３は、厚さ寸法が第２のＳｉ層３０ｃの厚さに設定されており第２のＳｉ層３０ｃの一部からなる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車、航空機、家電製品などに用いられる角速度センサおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、この種の角速度センサとして、図１２および図１３に示すように、円筒状に形成された重り部３２’を備え、重り部３２’における軸方向の一面に一対の電極１２ａ’および一対の電極１２ｂ’が対向し、軸方向の他面に４つの電極１３が対向する構成のものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。重り部３２’の内周面には、重り部３２’の軸方向において可撓となる薄肉の円板状のメンブレンばね３３’が一体に設けられ、メンブレンばね３３’の中心には重り部３２’の中心軸上に配置されたトーションバー３１’が一体に結合されている。言い換えれば、メンブレンばね３３’は、トーションバー３１’が直交しトーションバー３１’と重り部３２’とを連結している。ここにおいて、重り部３２’とメンブレンばね３３’とトーションバー３１’とからなる質量体３’は１枚のシリコン基板を厚み方向の両面からエッチングすることによって形成されている。
【０００３】
重り部３２’は、上記一面から突出する略扇形の複数個の極歯３６’が周方向において略等間隔で設けられている。重り部３２’の上記一面に対向している各電極１２ａ’，１２ｂ’は、極歯３６’に略一致する形状である略扇形の複数本の歯部１７ａ’と、歯部１７ａ’の外周端を各電極１２ａ’，１２ｂ’ごとにまとめて接続する背部１７ｂとを備え、全体形状としては扇形状に形成されている。
【０００４】
一対の電極１２ａ’は駆動用電極であって、トーションバー３１’がねじれていない状態において、重り部３２’の極歯３６’と電極１２ａ’の歯部１７ａ’とが周方向において規定した角度だけずれるように配置されている。したがって、重り部３２’と電極１２ａ’との間に交流電圧を印加することによって、重り部３２’の極歯３６’と電極１２ａ’の歯部１７ａ’との吸引力が変化し、吸引力が大きくなればトーションバー３１’のばね力に抗して重り部３２’が回転しようとし、吸引力が小さくなればトーションバー３１’のばね力によって重り部３２’に復帰力が作用する。つまり、上述のように交流電圧を印加することによって、重り部３２’にトーションバー３１’の回りで回転する参照振動を与えることができる。なお、残りの一対の電極１２ｂ’は参照振動の振幅を検出するための検出用電極である。
【０００５】
また、重り部３２’の上記他面に対向する４つの電極１３は円を４の１に分割した扇形状に形成されている。各電極１３は検出用電極であって、重り部３２’の周方向において電極１２ａ’，１２ｂ’と略同じ位置にそれぞれ配置され、各電極１２ａ’，１２ｂ’と各電極１３’とが対向している。いま、電極１３’を配置した平面に平行であってメンブレンバネ３３’の中心（トーションバー３１’の長手方向の中心）を通る平面をｘｙ平面とし、ｘｙ平面に直交する方向をｚ軸方向とすれば、参照振動はｚ軸の回りに与えられており、角速度がｙ軸回りに印加されたとする。このとき、参照振動に同期したコリオリ力による検出振動がｘ軸回りに生じるから、検出振動によって生じる重り部３２’と電極１３’との間のギャップの変化を静電容量の差動変化として検出すれば、重り部３２’に作用した角速度を求めることができる。
【０００６】
【非特許文献１】
井奥淳、外６名，「シリコン円筒振動型ジャイロ」，電気学会 センサマイクロマシン準部門，マイクロマシン・センサシステム研究会，２０００年１１月２７日，ＰＨＳ−０２−１６
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来構成の角速度センサでは、シリコン基板を厚み方向の両面からエッチングすることによって質量体３’を形成しているので、シリコン基板の両面それぞれからのエッチング深さによってメンブレンばね３３’の厚みが決まるから、メンブレンばね３３’の厚み制御が難しくて、検出感度のばらつきが大きいという不具合があった。その結果、製造歩留まりが低く、低コスト化が難しいという不具合もあった。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサおよびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、厚み方向に離間して配置された一対の支持基板と、一対の支持基板の間に介在するトーションバー、トーションバーを囲む円筒状に形成され両支持基板の間で両支持基板から離間して配置された重り部、トーションバーが直交しトーションバーと重り部とを連結した薄肉の円板状のメンブレンばねを有する質量体と、一対の支持基板の間に介在し質量体を囲む枠状のフレームと、各支持基板における重り部との対向面それぞれに設けられた電極とを備え、質量体は、第１のＳｉ層／第１のＳｉＯ２層／第２のＳｉ層／第２のＳｉＯ２層／第３のＳｉ層の５層構造を有する多層構造基板を用いて形成され、重り部は、第１のＳｉ層／第１のＳｉＯ２層／第２のＳｉ層／第２のＳｉＯ２層／第３のＳｉ層の５層構造を有し、メンブレンばねは、厚さ寸法が第２のＳｉ層の厚さに設定され第２のＳｉ層の一部からなることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、製造時においてメンブレンばねを形成するために多層構造基板を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、第１のＳｉＯ２層および第２のＳｉＯ２層をそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができる。
【００１１】
請求項２の発明は、厚み方向に離間して配置された一対の支持基板と、一対の支持基板の間に介在するトーションバー、トーションバーを囲む円筒状に形成され両支持基板の間で両支持基板から離間して配置された重り部、トーションバーが直交しトーションバーと重り部とを連結した円板状のメンブレンばねを有する質量体と、一対の支持基板の間に介在し質量体を囲む枠状のフレームと、各支持基板における重り部との対向面それぞれに設けられた電極とを備え、質量体は、第１のＳｉ層／ＳｉＯ２層／第２のＳｉ層の３層構造を有し第１のＳｉ層が第２のＳｉ層よりも厚い多層構造基板を用いて形成され、重り部は、第１のＳｉ層／ＳｉＯ２層／第２のＳｉ層の３層構造を有し、メンブレンばねは、第１のＳｉ層よりも薄く厚み方向の一面が第１のＳｉ層とＳｉＯ２層との界面を含む平面により規定された多結晶シリコン層からなることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、製造時においてメンブレンばねを形成するために多層構造基板を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、ＳｉＯ２層および厚み方向の一面が第１のＳｉ層とＳｉＯ２層との界面を含む平面により規定された多結晶シリコン層をそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、多結晶シリコン層の一部からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができる。
【００１３】
請求項３の発明は、厚み方向に離間して配置された一対の支持基板と、一対の支持基板の間に介在するトーションバー、トーションバーを囲む円筒状に形成され両支持基板の間で両支持基板から離間して配置された重り部、トーションバーが直交しトーションバーと重り部とを連結した円板状のメンブレンばねを有する質量体と、一対の支持基板の間に介在し質量体を囲む枠状のフレームと、各支持基板における重り部との対向面それぞれに設けられた電極とを備え、質量体は、第１のＳｉ層／ＳｉＯ２層／第２のＳｉ層の３層構造を有し第１のＳｉ層が第２のＳｉ層よりも厚い多層構造基板を用いて形成され、重り部は、第１のＳｉ層／ＳｉＯ２層／第２のＳｉ層の３層構造を有し、メンブレンばねは、第１のＳｉ層の厚み方向におけるＳｉＯ２層側の面から所定深さまで不純物を拡散して形成された高濃度不純物拡散層からなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、製造時においてメンブレンばねを形成するために多層構造基板を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、ＳｉＯ２層および第１のＳｉ層の厚み方向におけるＳｉＯ２層側の面から所定深さまで不純物を拡散して形成された高濃度不純物拡散層をそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、高濃度不純物拡散層からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１記載の角速度センサの製造方法であって、第１のＳｉ層／第１のＳｉＯ２層／第２のＳｉ層／第２のＳｉＯ２層／第３のＳｉ層の５層構造を有する多層構造基板における第１のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように第１のＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第１のＳｉ層を第１のＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、次に、第３のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように第２のＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第３のＳｉ層を第２のＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、その後、第１のＳｉＯ２層および第２のＳｉＯ２層それぞれについて露出した部分を第２のＳｉ層に達するまでエッチングすることで第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねを形成し、続いて、前記電極を形成した一方の支持基板と多層構造基板とを接合してから、第２のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とが分離されるように第２のＳｉ層をエッチングし、その後、前記電極を形成した他方の支持基板を接合することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、第１のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように第１のＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第１のＳｉ層を第１のＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、次に、第３のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように第２のＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第３のＳｉ層を第２のＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、その後、第１のＳｉＯ２層および第２のＳｉＯ２層それぞれについて露出した部分を第２のＳｉ層に達するまでエッチングすることで第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねを形成しているので、第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサを提供することができる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１記載の角速度センサの製造方法であって、裏面側のシリコン基板と表面側のシリコン層との間に埋込酸化膜が介在し多層構造基板のもととなる２枚のＳＯＩ基板それぞれについて、フレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように埋込酸化膜をエッチングストッパとしてシリコン基板をＳＯＩ基板の裏面側から埋込酸化膜に達するまでエッチングし、次に、各ＳＯＩ基板それぞれについて、埋込酸化膜の露出した部分をシリコン層に達するまでエッチングし、その後、２枚のＳＯＩ基板のシリコン層同士を重ねて２枚のＳＯＩ基板を接合することにより、一方のＳＯＩ基板のシリコン基板を第１のＳｉ層、一方のＳＯＩ基板の埋込酸化膜を第１のＳｉＯ２層、一方のＳＯＩ基板のシリコン層と他方のＳＯＩ基板のシリコン層とを合わせて第２のＳｉ層、他方のＳＯＩ基板の埋込酸化膜を第２のＳｉＯ２層、他方のＳＯＩ基板のシリコン基板を第３のＳｉ層とした多層構造基板を形成する同時に第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねを形成し、続いて、前記電極を形成した一方の支持基板と多層構造基板とを接合してから、第２のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とが分離されるように第２のＳｉ層をエッチングし、その後、前記電極を形成した他方の支持基板を接合することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、フレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように埋込酸化膜をエッチングストッパとしてシリコン基板をＳＯＩ基板の裏面側から埋込酸化膜に達するまでエッチングし、次に、各ＳＯＩ基板それぞれについて、埋込酸化膜の露出した部分をシリコン層に達するまでエッチングし、その後、２枚のＳＯＩ基板のシリコン層同士を重ねて２枚のＳＯＩ基板を接合することにより、一方のＳＯＩ基板のシリコン基板を第１のＳｉ層、一方のＳＯＩ基板の埋込酸化膜を第１のＳｉＯ２層、一方のＳＯＩ基板のシリコン層と他方のＳＯＩ基板のシリコン層とを合わせて第２のＳｉ層、他方のＳＯＩ基板の埋込酸化膜を第２のＳｉＯ２層、他方のＳＯＩ基板のシリコン基板を第３のＳｉ層とした多層構造基板を形成する同時に第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねを形成しているので、第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサを提供することができる。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項２記載の角速度センサの製造方法であって、第１のＳｉ層／ＳｉＯ２層／第２のＳｉ層の３層構造を有し第１のＳｉ層が第２のＳｉ層よりも厚い多層構造基板における第１のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるようにＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第１のＳｉ層をＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、次に、ＳｉＯ２層の露出表面上に膜厚をメンブレンばねの厚さ寸法に設定した多結晶シリコン層を形成し、その後、第２のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるようにＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第２のＳｉ層をＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、さらにその後、ＳｉＯ２層の露出した部分を多結晶シリコン層に達するまでエッチングすることで多結晶シリコン層の一部からなるメンブレンばねを形成し、続いて、前記電極を形成した一方の支持基板と多層構造基板とを接合してから、多結晶シリコン層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とが分離されるように多結晶シリコン層をエッチングし、その後、前記電極を形成した他方の支持基板を接合することを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、第１のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるようにＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第１のＳｉ層をＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、次に、ＳｉＯ２層の露出表面上に膜厚をメンブレンばねの厚さ寸法に設定した多結晶シリコン層を形成し、その後、第２のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるようにＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第２のＳｉ層をＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、さらにその後、ＳｉＯ２層の露出した部分を多結晶シリコン層に達するまでエッチングすることで多結晶シリコン層の一部からなるメンブレンばねを形成しているので、メンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサを提供することができる。また、多層構造基板ごとに多結晶シリコン層の膜厚（つまり、メンブレンばねの膜厚）を調整可能なので、多結晶シリコン層の形成前に多層構造基板の厚さを測定しておけば、多層構造基板の厚みより決まる重り部の質量のばらつきによる感度のばらつきをメンブレンばねの厚みより調整可能となるから、対加速度性能のばらつきおよび角速度に対する検出感度のばらつきを低減した角速度センサを提供することが可能となる。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項３記載の角速度センサの製造方法であって、第１のＳｉ層／ＳｉＯ２層／第２のＳｉ層の３層構造を有し第１のＳｉ層が第２のＳｉ層よりも厚い多層構造基板における第２のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるようにＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第２のＳｉ層をＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、次に、ＳｉＯ２層のうち露出した部分をエッチングし、その後、第１のＳｉ層の厚み方向におけるＳｉＯ２層側であって露出した全ての面から所定深さまで不純物を拡散して高濃度不純物拡散層を形成し、その後、第１のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように高濃度不純物拡散層をエッチングストッパ層として第１のＳｉ層を高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングすることで高濃度不純物拡散層の一部からなるメンブレンばねを形成し、続いて、前記電極を形成した一方の支持基板と多層構造基板とを接合してから、高濃度不純物拡散層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とが分離されるように高濃度不純物拡散層をエッチングし、その後、前記電極を形成した他方の支持基板を接合することを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、第２のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるようにＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第２のＳｉ層をＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、次に、ＳｉＯ２層のうち露出した部分をエッチングし、その後、第１のＳｉ層の厚み方向におけるＳｉＯ２層側であって露出した全ての面から所定深さまで不純物を拡散して高濃度不純物拡散層を形成し、その後、第１のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように高濃度不純物拡散層をエッチングストッパ層として第１のＳｉ層を高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングすることで高濃度不純物拡散層の一部からなるメンブレンばねを形成しているので、メンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサを提供することができる。また、多層構造基板ごとに高濃度不純物拡散層の拡散深さ（つまり、メンブレンばねの膜厚）を調整可能なので、高濃度不純物拡散層の形成前に多層構造基板の厚さを測定しておけば、多層構造基板の厚みより決まる重り部の質量のばらつきによる感度のばらつきをメンブレンばねの厚みより調整可能となるから、対加速度性能のばらつきおよび角速度に対する検出感度のばらつきを低減した角速度センサを提供することが可能となる。
【００２３】
請求項８の発明は、請求項７の発明において、前記第１のＳｉ層を前記高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングする際には、湿式の異方性エッチングにて前記第１のＳｉ層をエッチングすることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、前記第１のＳｉ層を前記高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングする際に湿式の等方性エッチングにて前記第１のＳｉ層をエッチングする場合に比べて前記第１のＳｉ層に形成される開口部のサイズを小さくすることができ、より小型の角速度センサを提供可能となる。
【００２５】
請求項９の発明は、請求項７の発明において、前記第１のＳｉ層を前記高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングする際には、乾式の異方性エッチングにて前記第１のＳｉ層を途中までエッチングしてから残りを湿式のエッチングにて前記高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングすることを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、前記第１のＳｉ層を前記高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングする際に前記第１のＳｉ層に形成される開口部のサイズを請求項８の発明に比べて小さくすることができ、さらに小型の角速度センサを提供可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態の角速度センサは、図１に示すように、厚み方向に離間して配置された一対の支持基板１，２と、一対の支持基板１，２の間に配置される質量体３と、一対の支持基板１，２の間に介在し質量体３を囲む枠状のフレーム（以下、外フレームと称す）４と、外フレーム４と質量体３との間に配置される枠状のフレーム（以下、内フレームと称す）５とを備えている。
【００２８】
質量体３は、一対の支持基板１，２の間に介在するトーションバー３１と、トーションバー３１を囲む円筒状に形成され両支持基板１，２の間で両支持基板１，２から離間して配置された重り部３２と、トーションバー３１が直交しトーションバー３１と重り部３２とを連結した薄肉の円板状のメンブレンばね３３とを備えている。要するに、重り部３２の内周面には、重り部３２の軸方向において可撓となる薄肉の円板状のメンブレンばね３３が一体に設けられ、メンブレンばね３３の中心には重り部３２の中心軸上に配置されたトーションバー３１が一体に結合されている。ここに、重り部３２の中心軸方向の寸法とトーションバー３１の長さ寸法とは同じ寸法に設定してある。なお、トーションバー３１は、長手方向に直交する断面が円形の棒状に形成されている。また、メンブレンばね３２は、重り部３２の中心軸方向において可撓となるように薄肉の円板状に形成されているので、重り部３２がトーションバー３１の回りに回転すると復帰力を作用させる。
【００２９】
内フレーム５は、外周形状が矩形状に形成され且つ内周形状が円形状に形成されており、外フレーム４は、矩形環状に形成されている。したがって、内フレーム５と質量体３との間には円環状のスリット６が形成され、外フレーム４と内フレーム５との間には矩形環状のスリット７が形成されている。
【００３０】
両支持基板１，２はそれぞれ矩形板状のガラス基板により構成されている。ここにおいて、両支持基板１，２は、外周形状が外フレーム４の外周形状に一致する形状に形成されており、外フレーム４とともに質量体３および内フレーム５を囲む空間を形成している。なお、支持基板１と支持基板２との間に形成される空間は密封されている。
【００３１】
両支持基板１，２において重り部３２との対向面にはそれぞれ重り部３２の移動範囲を確保するための凹所１ａ，２ａが形成されている。
【００３２】
重り部３２において支持基板１に対向する一面には、図２（ｂ）に示すように４つのスリット３５が重り部３２の周方向において略９０間隔で形成され、支持基板２に対向する一面にも４つのスリット（図示せず）が重り部の周方向において略９０度間隔で形成されており、重り部３２が周方向において４つの可動電極３２ａに分割されている。なお、各可動電極３２ａの平面形状は扇形状に形成されている。
【００３３】
一方の支持基板１の凹所１ａの内底面には、図２（ａ）に示すような一対の電極１２ａと一対の電極１２ｂとが形成されている。つまり、支持基板１における重り部３２との対向面には、４つの電極１２ａ，１２ａ，１２ｂ，１２ｂが配置されている。各電極１２ａ，１２ｂは、可動電極３２ａに略一致する形状である扇形状に形成されている。各電極１２ａ，１２ｂは金属薄膜（例えば、アルミニウム薄膜）により形成されており、一対の電極１２ａは、支持基板１に貫設された接続孔１ｃの内周面に沿って形成された導電性膜（例えば、アルミニウム膜）からなる外部接続電極１４ａに、金属配線（例えば、アルミニウム配線）１５ａを介して電気的に接続され、一対の電極１２ｂは、支持基板１に貫設された接続孔（図示せず）の内周面に沿って形成された導電性膜（例えば、アルミニウム膜）からなる外部接続電極１４ｂに、金属配線（例えば、アルミニウム配線）１５ｂを介して電気的に接続されている。各接続孔１ｃは、質量体３と対向する面から反対側の面に向かって開口面積が大きくなる形状に形成されており、質量体３と対向する側の開口面が外部接続電極１４ａ，１４ｂの一部により閉塞されている。また、支持基板１における質量体３との対向面には、支持基板１の厚み方向に貫設された接続孔１ｂの内周面に沿って形成された導電性膜からなる外部接続電極１４ｃとトーションバー３１とを電気的に接続する金属配線（例えば、アルミニウム配線）１５ｃが形成されており、支持基板１とトーションバー３１の長手方向の一面との間に金属配線１５ｃの一部が介在している。
【００３４】
一対の電極１２ａは駆動用電極であって、トーションバー３１がねじれていない状態において、重り部３２の可動電極３２ａと電極１２ａとが周方向において規定した角度だけずれるように配置されている。したがって、外部接続用電極１４ｃと外部接続用電極１４ａとを利用して重り部３２と電極１２ａとの間に交流電圧を印加することによって、重り部３２の可動電極３２ａと電極１２ａとの吸引力が変化し、吸引力が大きくなればトーションバー３１のばね力に抗して重り部３２が回転しようとし、吸引力が小さくなればトーションバー３１のばね力によって重り部３２に復帰力が作用する。つまり、上述のように交流電圧を印加することによって、重り部３２にトーションバー３１の回りで回転する参照振動を与えることができる。なお、残りの一対の電極１２ｂは参照振動の振幅を検出するための検出用電極である。
【００３５】
一方、支持基板２の凹所２ａの内底面には、図２（ｃ）に示すような一対の電極１３ａと一対の電極１３ｂとが形成されている。つまり、支持基板２における重り部３２との対向面には、４つの電極１３ａ，１３ａ，１３ｂ，１３ｂが配置されている。各電極１３ａ，１３ｂは、可動電極３２ａに略一致する形状である扇形状に形成されている。各電極１３ａ，１３ｂは金属薄膜（例えば、アルミニウム薄膜）により形成されており、一対の電極１３ａは、支持基板２に貫設された接続孔２ｃの内周面に沿って形成された導電性膜（例えば、アルミニウム膜）からなる外部接続電極１８ａに、金属配線（例えば、アルミニウム配線）１９ａを介して電気的に接続され、一対の電極１３ｂは、支持基板２に貫設された接続孔（図示せず）の内周面に沿って形成された導電性膜（例えば、アルミニウム膜）からなる外部接続電極１８ｂに、金属配線（例えば、アルミニウム配線）１９ｂを介して電気的に接続されている。各接続孔２ｃは、質量体３と対向する面から反対側の面に向かって開口面積が大きくなる形状に形成されており、質量体３と対向する側の開口面が外部接続電極１８ａ，１８ｂの一部により閉塞されている。また、支持基板２における質量体３との対向面には、支持基板２の厚み方向に貫設された接続孔２ｂの内周面に沿って形成された導電性膜からなる外部接続電極１８ｃとトーションバー３１とを電気的に接続する金属配線（例えば、アルミニウム配線）１９ｃが形成されており、支持基板２とトーションバー３１の長手方向の他面との間に金属配線１９ｃの一部が介在している。
【００３６】
各電極１３ａ，１３ｂは検出用電極であって、重り部３２の周方向において電極１２ａ，１２ｂと略同じ位置にそれぞれ配置され、各電極１２ａ，１２ｂと各電極１３ａ，１３ｂとが対向している。いま、電極１３を配置した平面に平行であってメンブレンばね３３の中心（トーションバー３１の長手方向の中心）を通る平面をｘｙ平面とし、ｘｙ平面に直交する方向をｚ軸方向とすれば、参照振動はｚ軸の回りに与えられている。このとき、角速度がｙ軸回りに印加されたとすると、参照振動に同期したコリオリ力による検出振動がｘ軸回りに生じるから、検出振動によって生じる重り部３２の可動電極部３２ａと電極１３ａ（あるいは電極１３ｂ）との間のギャップの変化を、外部接続用電極１８ｃと外部接続用電極１８ａとを利用して静電容量の差動変化として検出すれば、重り部３２に作用した角速度を求めることができる。
【００３７】
ところで、質量体３および外フレーム４および内フレーム５は、第１のＳｉ層３０ａ／第１のＳｉＯ２層３０ｂ／第２のＳｉ層３０ｃ／第２のＳｉＯ２層３０ｄ／第３のＳｉ層３０ｅの５層構造を有する１枚の多層構造基板３０（図３（ａ）参照）をマイクロマシン加工することにより形成されている（つまり、多層構造基板３０を用いて形成されている）。ここにおいて、多層構造基板３０は、厚み方向の両側に位置する第１のＳｉ層３０ａと第３のＳｉ層３０ｅとを同じ厚さ寸法に設定し、さらに、第１のＳｉＯ２層３０ｂと第２のＳｉＯ２層３０ｄとを同じ厚さ寸法に設定してある。したがって、第２のＳｉ層３０ｃは多層構造基板３０の厚み方向における中央部に位置している。なお、多層構造基板３０における各Ｓｉ層３０ａ，３０ｃ，３０ｅの導電形はｎ形としてあり、第１のＳｉ層３０ａの表面は（１００）面としてある。
【００３８】
本実施形態の角速度センサでは、トーションバー３１および重り部３２および外フレーム４および内フレーム５は、第１のＳｉ層３０ａ／第１のＳｉＯ２層３０ｂ／第２のＳｉ層３０ｃ／第２のＳｉＯ２層３０ｄ／第３のＳｉ層３０ｅの５層構造を有し、メンブレンばね３３は、厚さ寸法が第２のＳｉ層３０ｃの厚さに設定されており第２のＳｉ層３０ｃの一部からなる。
【００３９】
しかして、本実施形態の角速度センサでは、製造時においてメンブレンばね３３を形成するために多層構造基板３０を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、第１のＳｉＯ２層３０ｂおよび第２のＳｉＯ２層３０ｄをそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、第２のＳｉ層３０ｃの一部からなるメンブレンばね３３の厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができる。
【００４０】
以下、本実施形態の角速度センサの製造方法について図３を参照しながら説明する。
【００４１】
まず、上述の第１のＳｉ層３０ａ／第１のＳｉＯ２層３０ｂ／第２のＳｉ層３０ｃ／第２のＳｉＯ２層３０ｄ／第３のＳｉ層３０ｅの５層構造を有する多層構造基板３０の厚み方向の両面に例えば熱酸化法によりシリコン酸化膜６１，６２を形成することによって、図３（ａ）に示す構造を得る。
【００４２】
その後、第１のＳｉ層３０ａのうち各フレーム４，５およびトーションバー３１および重り部３２それぞれに対応する部分を残して各スリット６，７，３５およびメンブレンばね３３それぞれに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して多層構造基板３０の厚み方向の一表面（図３（ａ）の上面）側のシリコン酸化膜６１をパターニングしてから、パターニングされたシリコン酸化膜６１をマスクとして第１のＳｉ層３０ａを第１のＳｉＯ２層３０ｂに達する深さまで垂直にエッチングする（異方性エッチングを行う）ことによって、図３（ｂ）に示す構造を得る。なお、第１のＳｉ層３０ａを第１のＳｉＯ２層３０ｂに達する深さまで垂直にエッチングするエッチングする工程では、エッチング装置として、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用い、エッチングガスとして例えばＣＨＦ３ガスを採用すればよく、ＳｉＯ２のエッチングレートがＳｉのエッチングレートの１００分の１程度となるので、第１のＳｉＯ２層３０ｂをエッチングストッパ層として利用するすることができ、多層構造基板３０のエッチング深さ（掘り込み量）の面内均一性を高めることができるとともに、再現性を高めることができる。
【００４３】
同様に、第３のＳｉ層３０ｅのうち各フレーム４，５およびトーションバー３１および重り部３２それぞれに対応する部分を残して各スリット６，７およびメンブレンバネ３３それぞれに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して多層構造基板３０の厚み方向の他表面（図３（ａ）の下面）側のシリコン酸化膜６２をパターニングしてから、パターニングされたシリコン酸化膜６２をマスクとして第３のＳｉ層３０ｅを第２のＳｉＯ２層３０ｄに達する深さまで垂直にエッチングすることによって、図３（ｃ）に示す構造を得る。なお、第３のＳｉ層３０ｅを第２のＳｉＯ２層３０ｄに達する深さまで垂直にエッチングする工程では、エッチング装置として、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用い、エッチングガスとして例えばＣＨＦ３ガスを採用すればよく、ＳｉＯ２のエッチングレートがＳｉのエッチングレートの１００分の１程度となるので、第２のＳｉＯ２層３０ｄをエッチングストッパ層として利用することができ、多層構造基板３０のエッチング深さ（掘り込み量）の面内均一性を高めることができるとともに、再現性を高めることができる。
【００４４】
次に、多層構造基板３０の厚み方向の両面のシリコン酸化膜６１，６２および各ＳｉＯ２層３０ｂ，３０ｄのうち露出した部分をエッチング除去することによって、図３（ｄ）に示す構造を得る。
【００４５】
その後、上述の凹所１ａ、各一対の電極１２ａ，１２ｂ，接続孔１ｂ，１ｃ、各外部接続用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、各金属配線１５ａ，１５ｂ，１５ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板１（図４（ａ）参照）と多層構造基板３０とを多層構造基板３０の上記一表面側で接合することによって、図３（ｅ）に示す構造を得る。なお、支持基板１は、当該支持基板１と多層構造基板３０とを陽極接合することにより多層構造基板３０と固着されているが、陽極接合工程では、支持基板１と多層構造基板３０とを重ね、所定温度（例えば、４００℃）に加熱した状態で、多層構造基板３０を正極側、支持基板１を負極側として、所定の直流電圧（例えば、６００Ｖ）を印加することにより、支持基板１と多層構造基板３０とを接合している。
【００４６】
次に、多層構造基板３０における第２のＳｉ層３０ｃのうちスリット６，７に対応する部分を多層構造基板３０の上記他表面側からエッチング除去することによって、図３（ｆ）に示す構造を得る。
【００４７】
その後、上述の凹所２ａ、各一対の電極１３ａ，１３ｂ，接続孔２ｂ，２ｃ、各外部接続用電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃ、各金属配線１９ａ，１９ｂ，１９ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板２（図４（ｂ）参照）を多層構造基板３０の上記他表面側で接合する（固着する）ことによって、図４（ｃ）に示す構造を得る。なお、支持基板２と多層構造基板３０とは、支持基板１と多層構造基板３０とを接合したのと同様に陽極接合により固着している。
【００４８】
以上説明した製造方法によれば、多層構造基板３０の所定部位をエッチングして多層構造基板３０の一部からなるメンブレンばね３３を形成する際に第１のＳｉＯ２層３０ｂおよび第２のＳｉＯ２層３０ｄそれぞれをエッチングストッパ層として利用することにより、メンブレンばね３３の厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができる。しかも、重り部３２のうち第２のＳｉ層３０ｃの上下に位置する部分の厚みを精度良く揃えることができ、対加速度性能のばらつきを低減した角速度センサを提供することが可能となる。
【００４９】
（実施形態２）
本実施形態の角速度センサの構造は実施形態１と同じであって、製造方法が相違するだけである。
【００５０】
以下、本実施形態の角速度センサの製造方法について図５を参照しながら説明するが、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明する。なお、本実施形態では、図５（ａ）に示すようにシリコン基板７０ａとシリコン層７０ｃとの間に埋込酸化膜であるシリコン酸化膜７０ｂが形成された２枚のＳＯＩ基板７０のシリコン層７０ｃ同士を重ねた形で貼り合わせることによって、実施形態１と同様の５層構造を有する多層構造基板３０を形成しており、説明の便宜上、一方のＳＯＩ基板７０を第１のＳＯＩ基板７０、他方のＳＯＩ基板７０を第２のＳＯＩ基板７０と称する。ここにおいて、本実施形態では、第１のＳＯＩ基板７０のシリコン基板７０ａが第１のＳｉ層３０ａを構成し、第１のＳＯＩ基板７０のシリコン酸化膜７０ｂが第１のＳｉＯ２層３０ｂを構成し、第１のＳＯＩ基板７０のシリコン層７０ｃと第２のＳＯＩ基板７０のシリコン層７０ｃとで第２のＳｉ層３０ｃを構成し、第２のＳＯＩ基板７０のシリコン酸化膜７０ｂが第２のＳｉＯ２層３０ｄを構成し、第２のＳＯＩ基板７０のシリコン基板７０ａが第３のＳｉ層３０ｅを構成している。
【００５１】
本実施形態の製造方法では、まず、各ＳＯＩ基板７０の厚み方向の両面に、例えば熱酸化法によりシリコン酸化膜７１，７２を形成することによって、各ＳＯＩ基板７０それぞれについて図５（ａ）に示す構造を得る。
【００５２】
その後、各ＳＯＩ基板７０におけるシリコン基板７０ａのうち各フレーム４，５，３５およびトーションバー３１および重り部３２それぞれに対応する部分を残して各スリット６，７およびメンブレンばね３３それぞれに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン基板７０ａの表面側のシリコン酸化膜７２をパターニングしてから、パターニングされたシリコン酸化膜７２をマスクとしてシリコン基板７０ａをシリコン酸化膜７０ｂに達する深さまで垂直にエッチングする（異方性エッチングを行う）ことによって、各ＳＯＩ基板７０それぞれについて図５（ｂ）に示す構造を得る。なお、シリコン基板７０ａをシリコン酸化膜７０ｂに達する深さまで垂直にエッチングするエッチングする工程では、エッチング装置として、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用い、エッチングガスとして例えばＣＨＦ３ガスを採用すればよく、ＳｉＯ２のエッチングレートがＳｉのエッチングレートの１００分の１程度となるので、シリコン酸化膜７０ｂをエッチングストッパ層として利用することができ、ＳＯＩ基板７０のエッチング深さ（掘り込み量）の面内均一性を高めることができるとともに、再現性を高めることができる。
【００５３】
次に、各ＳＯＩ基板７０の厚み方向の両面のシリコン酸化膜７１，７２および中間のシリコン酸化膜７０ｂのうち露出した部分をエッチング除去することによって、図５（ｃ）に示す構造を得る。
【００５４】
その後、２枚のＳＯＩ基板７０のシリコン層７０ａ同士を重ねて接合することで多層構造基板３０を形成することによって、図５（ｄ）に示す構造を得る。
【００５５】
続いて、上述の凹所１ａ、各一対の電極１２ａ，１２ｂ，接続孔１ｂ，１ｃ、各外部接続用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、各金属配線１５ａ，１５ｂ，１５ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板１（図４（ａ）参照）と多層構造基板３０とを多層構造基板３０の一表面側で接合することによって、図５（ｅ）に示す構造を得る。なお、支持基板１は、当該支持基板１と多層構造基板３０とを陽極接合することにより多層構造基板３０と固着されているが、陽極接合工程では、支持基板１と多層構造基板３０とを重ね、所定温度（例えば、４００℃）に加熱した状態で、多層構造基板３０を正極側、支持基板１を負極側として、所定の直流電圧（例えば、６００Ｖ）を印加することにより、支持基板１と多層構造基板３０とを接合している。
【００５６】
次に、多層構造基板３０における第２のＳｉ層３０ｃのうちスリット６，７に対応する部分を多層構造基板３０の上記他表面側からエッチング除去することによって、図５（ｆ）に示す構造を得る。
【００５７】
その後、凹所２ａ、各一対の電極１３ａ，１３ｂ，接続孔２ｂ，２ｃ、各外部接続用電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃ、各金属配線１９ａ，１９ｂ，１９ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板２（図４（ｂ）参照）を多層構造基板３０の他表面側で接合する（固着する）ことによって、図５（ｇ）に示す構造を得る。なお、支持基板２と多層構造基板３０とは、支持基板１と多層構造基板３０とを接合したのと同様に陽極接合により固着している。
【００５８】
以上説明した製造方法によれば、多層構造基板３０の一部からなるメンブレンばね３３を形成する際に各ＳＯＩ基板７０の各シリコン酸化膜７０ｂ，７０ｂ（各ＳｉＯ２層３０ｂ，３０ｄ）それぞれをエッチングストッパ層として利用することにより、メンブレンばね３３の厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができる。しかも、重り部３２のうちメンブレンばね３３と同じ３層構造を有する部分の上下に位置する部分の厚みを精度良く揃えることができ、対加速度性能のばらつきを低減した角速度センサを提供することが可能となる。
【００５９】
（実施形態３）
本実施形態の角速度センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図６に示すような断面構造を有しており、質量体３および外フレーム４および内フレーム５が、図７（ａ）に示すようにシリコン基板８０ａとシリコン層８０ｃとの間に埋込酸化膜であるシリコン酸化膜８０ｂが形成された１枚のＳＯＩ基板８０を用いて形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００６０】
本実施形態では、シリコン基板８０ａが第１のＳｉ層を構成し、シリコン酸化膜８０ｂがＳｉＯ２層を構成し、シリコン層８０ｃが第２のＳｉ層を構成し、ＳＯＩ基板８０が多層構造基板を構成している。また、本実施形態では、トーションバー３１および重り部３２および外フレーム４および内フレーム５が、第１のＳｉ層８０ａ／ＳｉＯ２層８０ｂ／第２のＳｉ層８０ｃの３層構造を有し、メンブレンばね３３が、後述の多結晶シリコン層８３の一部により構成されている。なお、各Ｓｉ層８０ａ，８０ｃの導電形はｎ形とし、第２のＳｉ層８０ｃの表面は（１００）面としてある。また、本実施形態では、第１のＳｉ層８０ａの厚さ寸法が第２のＳｉ層８０ｂの厚さ寸法よりも大きくて、第１のＳｉ層８０ａの厚さ寸法からメンブレンばね３３の厚さ寸法を減算した値が、第２のＳｉ層８０ｃの厚さ寸法とＳｉＯ２層８０ｂの厚さ寸法とを加算した値となるように各寸法を設定してある。
【００６１】
しかして、本実施形態の角速度センサでは、製造時においてメンブレンばね３３を形成するために多層構造基板３０を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、ＳｉＯ２層８０ｂおよび厚み方向の一面が第１のＳｉ層８０ａとＳｉＯ２層８０ｂとの界面を含む平面により規定された多結晶シリコン層８３をそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、多結晶シリコン層８３の一部からなるメンブレンばね３３の厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができる。
【００６２】
以下、本実施形態の角速度センサの製造方法について図７を参照しながら説明する。
【００６３】
まず、ＳＯＩ基板８０の厚み方向の両面に、例えば熱酸化法によりシリコン酸化膜８１，８２を形成することによって、図７（ａ）に示す構造を得る。
【００６４】
その後、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン基板８０ａのうち各フレーム４，５およびトーションバー３１および重り部３２それぞれに対応する部分を残して各スリット６，７，３５およびメンブレンばね３３それぞれに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン基板８０ａの表面側のシリコン酸化膜８２をパターニングしてから、パターニングされたシリコン酸化膜８２をマスクとしてシリコン基板８０ａをシリコン酸化膜８０ｂに達する深さまで垂直にエッチングする異方性エッチングを行うことによって、図７（ｂ）に示す構造を得る。なお、この異方性エッチングでは、エッチング装置として、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用い、エッチングガスとして例えばＣＨＦ３ガスを採用すればよく、ＳｉＯ２のエッチングレートがＳｉのエッチングレートの１００分の１程度となるので、シリコン酸化膜８０ｂをエッチングストッパ層として利用でき、ＳＯＩ基板８０のエッチング深さ（掘り込み量）の面内均一性を高めることができるとともに、再現性を高めることができる。
【００６５】
次に、シリコン酸化膜８０ｂの露出表面およびシリコン酸化膜８２上に、例えば減圧ＣＶＤ法により所定膜厚（メンブレンバネ３３の膜厚と同等の膜厚であって、例えば、２０μｍ）の多結晶シリコン層８３を形成してから、多結晶シリコン層８３のうちシリコン酸化膜８０ｂ上に形成されている部分をマスク材でカバーし、その後、多結晶シリコン層８３のうちシリコン酸化膜８２上に形成されている部分をエッチング除去し、続いて、マスク材を除去することによって、図７（ｃ）に示す構造を得る。
【００６６】
その後、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン層８０ｃのうち各フレーム４，５およびトーションバー３１および重り部３２それぞれに対応する部分を残して各スリット６，７およびメンブレンバネ３３それぞれに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン層８０ｃの表面側のシリコン酸化膜８１をパターニングしてから、パターニングされたシリコン酸化膜８１をマスクとしてシリコン層８０ｃを中間のシリコン酸化膜８０ｂに達する深さまで垂直にエッチングする異方性エッチングを行うことによって、図７（ｄ）に示す構造を得る。なお、この異方性エッチングにおいても、エッチング装置として、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用い、エッチングガスとして例えばＣＨＦ３ガスを採用すればよい。
【００６７】
次に、ＳＯＩ基板８０の厚み方向の両面のシリコン酸化膜８１，８２および中間のシリコン酸化膜８０ｂのうち露出した部分をエッチング除去してから、ＳＯＩ基板８０と上述の凹所１ａ、各一対の電極１２ａ，１２ｂ，接続孔１ｂ，１ｃ、各外部接続用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、各金属配線１５ａ，１５ｂ，１５ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板１（図４（ａ）参照）とを接合することによって、図７（ｅ）に示す構造を得る。また、支持基板１とＳＯＩ基板８０とは陽極接合により固着されているが、陽極接合工程では、支持基板１とＳＯＩ基板８０とを重ね、所定温度（例えば、４００℃）に加熱した状態で、ＳＯＩ基板８０を正極側、支持基板１を負極側として、所定の直流電圧（例えば、６００Ｖ）を印加することにより、支持基板１とＳＯＩ基板８０とを接合している。
【００６８】
次に、ＳＯＩ基板８０における中間のシリコン酸化膜８０ｂのうちスリット６，７に対応する部分をＳＯＩ基板８０のシリコン層３０ｃ側からエッチング除去することによって、図７（ｆ）に示す構造を得る。
【００６９】
その後、ＳＯＩ基板８０と上述の凹所２ａ、各一対の電極１３ａ，１３ｂ，接続孔２ｂ，２ｃ、各外部接続用電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃ、各金属配線１９ａ，１９ｂ，１９ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板２（図４（ｂ）参照）を接合することによって、図７（ｇ）に示す構造を得る。なお、支持基板２とＳＯＩ基板８０とは陽極接合により固着されているが、陽極接合工程では、支持基板２とＳＯＩ基板８０とを重ね、所定温度（例えば、４００℃）に加熱した状態で、ＳＯＩ基板８０を正極側、支持基板２を負極側として、所定の直流電圧（例えば、６００Ｖ）を印加することにより、支持基板２とＳＯＩ基板８０とを接合している。
【００７０】
以上説明した製造方法によれば、メンブレンばね３３を形成する際にＳＯＩ基板８０の中間のシリコン酸化膜８０ｂおよびシリコン酸化膜８０ｂにより形成位置が決まる多結晶シリコン層８３をそれぞれをエッチングストッパ層として利用し、しかもシリコン酸化膜８０ｂに積層する多結晶シリコン層８３の一部がメンブレンばね３３を構成することになるから、メンブレンばね３３の厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができるとともに、トーションバー３１の長手方向におけるメンブレンばね３３の位置を高精度に制御することができる。また、製造時には多数のＳＯＩ基板８０のもととなるＳＯＩウェハを扱うことになるが、ＳＯＩウェハごとに多結晶シリコン層８３の膜厚（つまり、メンブレンばね３３の膜厚）を調整可能なので、多結晶シリコン層８３の形成前（堆積前）にＳＯＩウェハの厚さ（つまり、多層構造基板の厚さ）を測定しておけば、ＳＯＩウェハの厚みのばらつき（多層構造基板の厚みのばらつき）による感度のばらつきをメンブレンばね３３の厚みにより調整可能となるから、対加速度性能のばらつきおよび角速度に対する検出感度のばらつきを低減した角速度センサを提供することが可能となる。
【００７１】
（実施形態４）
本実施形態の角速度センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図８に示すような断面構造を有しており、質量体３および外フレーム４および内フレーム５が、図９（ａ）に示すようにシリコン基板８０ａとシリコン層８０ｃとの間に埋込酸化膜であるシリコン酸化膜８０ｂが形成された１枚のＳＯＩ基板８０を用いて形成されている。ここに、シリコン基板８０ａおよびシリコン層８０ｃの導電形はｎ形とし、シリコン層８０ｃの表面を（１００）面としてある。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００７２】
本実施形態では、シリコン基板８０ａが第１のＳｉ層を構成し、シリコン酸化膜８０ｂがＳｉＯ２層を構成し、シリコン層８０ｃが第２のＳｉ層を構成し、ＳＯＩ基板８０が多層構造基板を構成している。また、本実施形態では、トーションバー３１および重り部３２および外フレーム４および内フレーム５が、第１のＳｉ層８０ａ／ＳｉＯ２層８０ｂ／第２のＳｉ層８０ｃの３層構造を有し、メンブレンばね３３が、後述の高濃度不純物拡散層８４の一部により構成されている。なお、各Ｓｉ層８０ａ，８０ｃの導電形はｎ形とし、第２のＳｉ層８０ｃの表面は（１００）面としてある。また、本実施形態では、第１のＳｉ層８０ａの厚さ寸法が第２のＳｉ層８０ｂの厚さ寸法よりも大きくて、第１のＳｉ層８０ａの厚さ寸法からメンブレンばね３３の厚さ寸法を減算した値が、第２のＳｉ層８０ｃの厚さ寸法とＳｉＯ２層８０ｂの厚さ寸法とを加算した値となるように各寸法を設定してある。
【００７３】
しかして、本実施形態の角速度センサでは、製造時においてメンブレンばね３３を形成するために多層構造基板を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、ＳｉＯ２層８０ｂおよび第１のＳｉ層８０ａの厚み方向におけるＳｉＯ２層８０ｂ側の面から所定深さまで不純物を拡散して形成された高濃度不純物拡散層８４をそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、高濃度不純物拡散層８４の一部からなるメンブレンばね３３の厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができる。
【００７４】
以下、本実施形態の角速度センサの製造方法について図９を参照しながら説明する。
【００７５】
まず、ＳＯＩ基板８０の厚み方向の両面に、例えば熱酸化法によりシリコン酸化膜８１，８２を形成することによって、図９（ａ）に示す構造を得る。
【００７６】
その後、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン層８０ｃのうち各フレーム４，５およびトーションバー３１および重り部３２それぞれに対応する部分を残して各スリット６，７，３５およびメンブレンばね３３それぞれに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン層８０ｃの表面側のシリコン酸化膜８１をパターニングし、パターニングされたシリコン酸化膜８１をマスクとしてシリコン層８０ｃを中間のシリコン酸化膜８０ｂに達する深さまで垂直にエッチングする異方性エッチングを行うことによって、図９（ｂ）に示す構造を得る。なお、この異方性エッチングでは、エッチング装置として、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用い、エッチングガスとして例えばＣＨＦ３ガスを採用すればよく、ＳｉＯ２のエッチングレートがＳｉのエッチングレートの１００分の１程度となるので、シリコン酸化膜８０ｂをエッチングストッパ層として利用することができ、ＳＯＩ基板８０のエッチング深さ（掘り込み量）の面内均一性を高めることができるとともに、再現性を高めることができる。
【００７７】
続いて、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン層８０ｃの表面のシリコン酸化膜８１および中間のシリコン酸化膜８０ｂのうち露出した部分を、例えばフッ酸系溶液によりエッチング除去し、その後、シリコン基板８０におけるシリコン層８０ｃの表面側からシリコン層８０ｃ中およびシリコン基板８０ａ中でｐ形不純物となる拡散ソース（例えば、ボロン）を堆積させるプレデポジション工程と、プレデポジション工程により堆積された拡散ソースを拡散させるドライブイン工程とを行うことで高濃度不純物拡散層８４を形成することによって、図９（ｃ）に示す構造を得る。ここで、ｐ形不純物としてボロンを採用する場合、プレデポジション工程で、例えば、ＳＯＩ基板８０を１１００℃に加熱した状態でＢＢＲ３を供給源としてボロンを堆積させればよい。また、高濃度不純物拡散層８４の不純物濃度は１０２０／ｃｍ３程度が望ましいが、１０１９／ｃｍ３以上であればよい。また、高濃度不純物拡散層８４の拡散深さによりメンブレンばね３３の厚さが決まるので、メンブレンばね３３の所望の厚さに応じて高濃度不純物拡散層８４の拡散深さを設定すればよい。なお、本実施形態では、トーションバー３１に対応する部分のうちメンブレンばね３３に対応する部分よりも上の部分が全体にわたって高濃度不純物拡散層８４の他の一部により構成されている。
【００７８】
次に、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン基板８０ａのうち各フレーム４，５およびトーションバー３１および重り部３２それぞれに対応する部分を残して各スリット６，７，３５およびメンブレンばね３３それぞれに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン基板８０ａの表面側のシリコン酸化膜８２をパターニングしてから、パターニングされたシリコン酸化膜８２をマスクとしてシリコン基板８０ａを高濃度不純物拡散層８４に達する深さまでアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨなど）を用いた湿式の異方性エッチングを行うことによって、図９（ｄ）に示す構造を得る。
【００７９】
次に、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン基板８０ａの表面側のシリコン酸化膜８２をエッチング除去し、続いて、ＳＯＩ基板８０と上述の凹所１ａ、各一対の電極１２ａ，１２ｂ，接続孔１ｂ，１ｃ、各外部接続用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、各金属配線１５ａ，１５ｂ，１５ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板１（図４（ａ）参照）とを接合することによって、図９（ｅ）に示す構造を得る。なお、支持基板１とＳＯＩ基板８０とは陽極接合により固着されているが、陽極接合工程では、支持基板１とＳＯＩ基板８０とを重ね、所定温度（例えば、４００℃）に加熱した状態で、ＳＯＩ基板８０を正極側、支持基板１を負極側として、所定の直流電圧（例えば、６００Ｖ）を印加することにより、支持基板１とＳＯＩ基板８０とを接合している。
【００８０】
次に、ＳＯＩ基板８０に形成された高濃度不純物拡散層８４のうちスリット６，７に対応する部分をＳＯＩ基板８０のシリコン基板８０ａ側からエッチング除去することによって、図９（ｆ）に示す構造を得る。
【００８１】
その後、ＳＯＩ基板８０と上述の凹所２ａ、各一対の電極１３ａ，１３ｂ，接続孔２ｂ，２ｃ、各外部接続用電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃ、各金属配線１９ａ，１９ｂ，１９ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板２（図４（ｂ）参照）を接合することによって、図９（ｇ）に示す構造を得る。なお、陽極接合工程では、支持基板２とＳＯＩ基板８０とを重ね、所定温度（例えば、４００℃）に加熱した状態で、ＳＯＩ基板８０を正極側、支持基板２を負極側として、所定の直流電圧（例えば、６００Ｖ）を印加することにより、支持基板２とＳＯＩ基板８０とを接合している。
【００８２】
以上説明した製造方法によれば、メンブレンばね３３を形成する際にＳＯＩ基板８０の中間のシリコン酸化膜８０ｂおよびシリコン酸化膜８０ｂとシリコン基板８０ａとの界面形成位置により一部の形成位置が決まる高不純物濃度拡散層８４をそれぞれをエッチングストッパ層として利用し、しかもシリコン基板８０ａに形成した高濃度不純物拡散層８４の一部がメンブレンばね３３を構成することになるから、メンブレンばね３３の厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができるとともに、トーションバー３１の長手方向におけるメンブレンばね３３の位置を高精度に制御することができる。また、製造時には多数のＳＯＩ基板８０のもととなるＳＯＩウェハを扱うことになるが、ＳＯＩウェハ（つまり、多層構造基板）ごとに高濃度不純物拡散層８４の不純物の拡散深さ（つまり、メンブレンばね３３の膜厚）を調整可能なので、高濃度不純物拡散層８４の形成前にＳＯＩウェハの厚さ（つまり、多層構造基板の厚さ）を測定しておけば、ＳＯＩウェハの厚さのばらつきによる感度のばらつきもメンブレンばね３３の厚みの調整により調整可能となるから、対加速度性能のばらつきおよび角速度に対する検出感度のばらつきを低減した角速度センサを提供することが可能となる。また、メンブレンばね３３と重り部３２、トーションバー３１を一体に形成できるので、耐衝撃性により優れた角速度センサを提供することができる。
【００８３】
（実施形態５）
本実施形態の角速度センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図１０に示すような断面構造を有しており、質量体３および外フレーム４および内フレーム５が、図１１（ａ）に示すようにシリコン基板８０ａとシリコン層８０ｃとの間にシリコン酸化膜８０ｂが形成された１枚のＳＯＩ基板８０を用いて形成されている。ここに、シリコン基板８０ａおよびシリコン層８０ｃの導電形はｎ形とし、シリコン層８０ｃの表面を（１００）面としてある。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００８４】
本実施形態では、シリコン基板８０ａが第１のＳｉ層を構成し、シリコン酸化膜８０ｂがＳｉＯ２層を構成し、シリコン層８０ｃが第２のＳｉ層を構成し、ＳＯＩ基板８０が多層構造基板を構成している。また、本実施形態では、トーションバー３１および重り部３２および外フレーム４および内フレーム５が、第１のＳｉ層８０ａ／ＳｉＯ２層８０ｂ／第２のＳｉ層８０ｃの３層構造を有し、メンブレンばね３３が、後述の高濃度不純物拡散層８４の一部により構成されている。なお、各Ｓｉ層８０ａ，８０ｃの導電形はｎ形とし、第２のＳｉ層８０ｃの表面は（１００）面としてある。また、本実施形態では、第１のＳｉ層８０ａの厚さ寸法が第２のＳｉ層８０ｂの厚さ寸法よりも大きくて、第１のＳｉ層８０ａの厚さ寸法からメンブレンばね３３の厚さ寸法を減算した値が、第２のＳｉ層８０ｃの厚さ寸法とＳｉＯ２層８０ｂの厚さ寸法とを加算した値となるように各寸法を設定してある。
【００８５】
しかして、本実施形態の角速度センサでは、製造時においてメンブレンばね３３を形成するために多層構造基板を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、ＳｉＯ２層８０ｂおよび第１のＳｉ層８０ａの厚み方向におけるＳｉＯ２層８０ｂ側の面から所定深さまで不純物を拡散して形成された高濃度不純物拡散層８４をそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、高濃度不純物拡散層８４の一部からなるメンブレンばね３３の厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができる。
【００８６】
以下、本実施形態の角速度センサの製造方法について図１１を参照しながら説明する。
【００８７】
まず、ＳＯＩ基板８０の厚み方向の両面に、例えば熱酸化法によりシリコン酸化膜８１，８２を形成することによって、図１１（ａ）に示す構造を得る。
【００８８】
その後、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン層８０ｃのうち各フレーム４，５およびトーションバー３１および重り部３２それぞれに対応する部分を残して各スリット６，７，３５およびメンブレンばね３３それぞれに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン層８０ｃの表面側のシリコン酸化膜８１をパターニングしてから、パターニングされたシリコン酸化膜８１をマスクとしてシリコン層８０ｃを中間のシリコン酸化膜８０ｂに達する深さまで垂直にエッチングする異方性エッチングを行うことによって、図１１（ｂ）に示す構造を得る。なお、この異方性エッチングでは、エッチング装置として、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用い、エッチングガスとして例えばＣＨＦ３ガスを採用すればよく、ＳｉＯ２のエッチングレートがＳｉのエッチングレートの１００分の１程度となるので、シリコン酸化膜８０ｂをエッチングストッパ層として利用することができ、ＳＯＩ基板８０のエッチング深さ（掘り込み量）の面内均一性を高めることができるとともに、再現性を高めることができる。
【００８９】
続いて、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン層８０ｃの表面のシリコン酸化膜８１および中間のシリコン酸化膜８０ｂのうち露出した部分を、例えばフッ酸系溶液によりエッチング除去し、その後、シリコン基板８０におけるシリコン層８０ｃの表面側からシリコン層８０ｃ中およびシリコン基板８０ａ中でｐ形不純物となる拡散ソース（例えば、ボロン）を堆積させるプレデポジション工程と、プレデポジション工程により堆積された拡散ソースを拡散させるドライブイン工程とを行うことで高濃度不純物拡散層８４を形成することによって、図１１（ｃ）に示す構造を得る。ここで、ｐ形不純物としてボロンを採用する場合、プレデポジション工程で、例えば、ＳＯＩ基板８０を１１００℃に加熱した状態でＢＢＲ３を供給源としてボロンを堆積させればよい。また、高濃度不純物拡散層８４の不純物濃度は１０２０／ｃｍ３程度が望ましいが、１０１９／ｃｍ３以上であればよい。また、高濃度不純物拡散層８４の拡散深さによりメンブレンばね３３の厚さが決まるので、メンブレンばね３３の所望の厚さに応じて高濃度不純物拡散層８４の拡散深さを設定すればよい。例えば、メンブレンばね３３の厚さが２０μｍに設定されている場合には、高濃度不純物拡散層８４の拡散深さを２０μｍとすればよい。なお、本実施形態では、トーションバー３１に対応する部分のうちメンブレンばね３３に対応する部分よりも上の部分が全体にわたって高濃度不純物拡散層８４の一部により構成されている。
【００９０】
次に、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン基板８０ａのうち各フレーム４，５およびトーションバー３１および重り部３２それぞれに対応する部分を残して各スリット６，７およびメンブレンバネ３３それぞれに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン基板８０ａの表面側のシリコン酸化膜８２をパターニングしてから、パターニングされたシリコン酸化膜８２をマスクとしてシリコン基板８０ａを高濃度不純物拡散層８４に達しない所定深さまで垂直にエッチングする乾式の異方性エッチングを行うことによって、図１１（ｄ）に示す構造を得る。なお、乾式の異方性エッチングでは、エッチング装置として、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用い、エッチングガスとして例えばＣＨＦ３ガスを採用すればシリコン基板８０ａを垂直方向へ高速にエッチングすることができる。また、所定深さは、シリコン基板８０ａにおいて乾式の異方性エッチングにより形成された部分の残りの厚さが所定厚さ（例えば４０μｍ程度）となるように設定すればよい。
【００９１】
その後、シリコン酸化膜８２をマスクとしてシリコン基板８０ａを高濃度不純物拡散層８４に達する深さまでアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨなど）を用いた湿式の異方性エッチングによりエッチングすることによって、図１１（ｅ）に示す構造を得る。なお、上述の所定厚さが４０μｍ、メンブレンばね３３の厚さが２０μｍに設定されている場合には、湿式の異方性エッチングによりエッチングする深さは２０μｍ程度となる。
【００９２】
次に、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン基板８０ａの表面側のシリコン酸化膜８２をエッチング除去し、続いて、ＳＯＩ基板８０と上述の凹所１ａ、各一対の電極１２ａ，１２ｂ，接続孔１ｂ，１ｃ、各外部接続用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、各金属配線１５ａ，１５ｂ，１５ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板１（図４（ａ）参照）とを接合することによって、図１１（ｆ）に示す構造を得る。なお、支持基板１とＳＯＩ基板８０とは陽極接合により固着されているが、陽極接合工程では、支持基板１とＳＯＩ基板８０とを重ね、所定温度（例えば、４００℃）に加熱した状態で、ＳＯＩ基板８０を正極側、支持基板１を負極側として、所定の直流電圧（例えば、６００Ｖ）を印加することにより、支持基板１とＳＯＩ基板８０とを接合している。
【００９３】
次に、ＳＯＩ基板８０に形成された高濃度不純物拡散層８４のうちスリット６，７に対応する部分をＳＯＩ基板８０のシリコン基板８０ａ側からエッチング除去することによって、図１１（ｇ）に示す構造を得る。
【００９４】
その後、ＳＯＩ基板８０と上述の凹所２ａ、各一対の電極１３ａ，１３ｂ，接続孔２ｂ，２ｃ、各外部接続用電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃ、各金属配線１９ａ，１９ｂ，１９ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板２（図４（ｂ）参照）を接合することによって、図１１（ｈ）に示す構造を得る。なお、陽極接合工程では、支持基板２とＳＯＩ基板８０とを重ね、所定温度（例えば、４００℃）に加熱した状態で、ＳＯＩ基板８０を正極側、支持基板２を負極側として、所定の直流電圧（例えば、６００Ｖ）を印加することにより、支持基板２とＳＯＩ基板８０とを接合している。
【００９５】
以上説明した製造方法によれば、実施形態４で説明した製造方法と同様、メンブレンばね３３を形成する際にＳＯＩ基板８０の中間のシリコン酸化膜８０ｂおよびシリコン酸化膜８０ｂとシリコン基板８０ａとの界面形成位置により一部の形成位置が決まる高不純物濃度拡散層８４をそれぞれをエッチングストッパ層として利用し、しかもシリコン基板８０ａに形成した高濃度不純物拡散層８４の一部がメンブレンばね３３を構成することになるから、メンブレンばね３３の厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができるとともに、トーションバー３１の長手方向におけるメンブレンばね３３の位置を高精度に制御することができる。また、製造時には多数のＳＯＩ基板８０のもととなるＳＯＩウェハを扱うことになるが、ＳＯＩウェハ（つまり、多層構造基板）ごとに高濃度不純物拡散層８４の不純物の拡散深さ（つまり、メンブレンばね３３の膜厚）を調整可能なので、高濃度不純物拡散層８４の形成前にＳＯＩウェハの厚さ（つまり、多層構造基板の厚さ）を測定しておけば、ＳＯＩウェハの厚さのばらつきによる感度のばらつきもメンブレンばね３３の厚みの調整により調整可能となるから、対加速度性能のばらつきおよび角速度に対する検出感度のばらつきを低減した角速度センサを提供することが可能となる。また、メンブレンばね３３と重り部３２、トーションバー３１を一体に形成できるので、耐衝撃性により優れた角速度センサを提供することができる。
【００９６】
しかも、本実施形態の製造方法では、シリコン基板８０ａをエッチングする際に垂直エッチングが可能なドライエッチング装置を用いた乾式の異方性エッチングを所定深さまで行ってから、ＫＯＨなどのアルカリ系溶液を用いた湿式の異方性エッチングを行っているので、実施形態４に比べてアルカリ系溶液を用いた湿式の異方性エッチングによるエッチング量を少なくすることができ、結果的にＳＯＩ基板８０の裏面側でのスリット６，７の開口面積を小さくすることができ、実施形態４よりも小型の角速度センサを提供することが可能となる。
【００９７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、製造時においてメンブレンばねを形成するために多層構造基板を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、第１のＳｉＯ２層および第２のＳｉＯ２層をそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができるという効果がある。
【００９８】
請求項２の発明は、製造時においてメンブレンばねを形成するために多層構造基板を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、ＳｉＯ２層および厚み方向の一面が第１のＳｉ層とＳｉＯ２層との界面を含む平面により規定された多結晶シリコン層をそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、多結晶シリコン層の一部からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができるという効果がある。
【００９９】
請求項３の発明は、製造時においてメンブレンばねを形成するために多層構造基板を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、ＳｉＯ２層および第１のＳｉ層の厚み方向におけるＳｉＯ２層側の面から所定深さまで不純物を拡散して形成された高濃度不純物拡散層をそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、高濃度不純物拡散層からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができるという効果がある。
【０１００】
請求項４の発明は、第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサを提供することができるという効果がある。
【０１０１】
請求項５の発明は、第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサを提供することができるという効果がある。
【０１０２】
請求項６の発明は、メンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサを提供することができるという効果がある。
【０１０３】
請求項７の発明は、メンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサを提供することができるという効果がある。
【０１０４】
請求項８の発明は、前記第１のＳｉ層を前記高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングする際に湿式の等方性エッチングにて前記第１のＳｉ層をエッチングする場合に比べて前記第１のＳｉ層に形成される開口部のサイズを小さくすることができ、より小型の角速度センサを提供可能となるという効果がある。
【０１０５】
請求項９の発明は、前記第１のＳｉ層を前記高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングする際に前記第１のＳｉ層に形成される開口部のサイズを請求項８の発明に比べて小さくすることができ、さらに小型の角速度センサを提供可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。
【図２】同上を示し、（ａ）は要部概略平面図、（ｂ）は一方の支持基板を取り外した状態の要部概略平面図、（ｃ）は他方の支持基板の要部概略平面図である。
【図３】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図４】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図５】実施形態２の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図６】実施形態３を示す概略断面図である。
【図７】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図８】実施形態４を示す概略断面図である。
【図９】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１０】実施形態５を示す概略断面図である。
【図１１】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１２】従来例を示す概略構成図である。
【図１３】同上の概略断面図である。
【符号の説明】
１ 支持基板
２ 支持基板
３ 質量体
４ フレーム（外フレーム）
５ フレーム（内フレーム）
６ スリット
７ スリット
３０ 多層構造基板
３０ａ 第１のＳｉ層
３０ｂ 第１のＳｉＯ２層
３０ｃ 第２のＳｉ層
３０ｄ 第２のＳｉＯ２層
３０ｅ 第３のＳｉ層
３１ トーションバー
３２ 重り部
３３ メンブレンばね
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車、航空機、家電製品などに用いられる角速度センサおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、この種の角速度センサとして、図１２および図１３に示すように、円筒状に形成された重り部３２’を備え、重り部３２’における軸方向の一面に一対の電極１２ａ’および一対の電極１２ｂ’が対向し、軸方向の他面に４つの電極１３が対向する構成のものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。重り部３２’の内周面には、重り部３２’の軸方向において可撓となる薄肉の円板状のメンブレンばね３３’が一体に設けられ、メンブレンばね３３’の中心には重り部３２’の中心軸上に配置されたトーションバー３１’が一体に結合されている。言い換えれば、メンブレンばね３３’は、トーションバー３１’が直交しトーションバー３１’と重り部３２’とを連結している。ここにおいて、重り部３２’とメンブレンばね３３’とトーションバー３１’とからなる質量体３’は１枚のシリコン基板を厚み方向の両面からエッチングすることによって形成されている。
【０００３】
重り部３２’は、上記一面から突出する略扇形の複数個の極歯３６’が周方向において略等間隔で設けられている。重り部３２’の上記一面に対向している各電極１２ａ’，１２ｂ’は、極歯３６’に略一致する形状である略扇形の複数本の歯部１７ａ’と、歯部１７ａ’の外周端を各電極１２ａ’，１２ｂ’ごとにまとめて接続する背部１７ｂとを備え、全体形状としては扇形状に形成されている。
【０００４】
一対の電極１２ａ’は駆動用電極であって、トーションバー３１’がねじれていない状態において、重り部３２’の極歯３６’と電極１２ａ’の歯部１７ａ’とが周方向において規定した角度だけずれるように配置されている。したがって、重り部３２’と電極１２ａ’との間に交流電圧を印加することによって、重り部３２’の極歯３６’と電極１２ａ’の歯部１７ａ’との吸引力が変化し、吸引力が大きくなればトーションバー３１’のばね力に抗して重り部３２’が回転しようとし、吸引力が小さくなればトーションバー３１’のばね力によって重り部３２’に復帰力が作用する。つまり、上述のように交流電圧を印加することによって、重り部３２’にトーションバー３１’の回りで回転する参照振動を与えることができる。なお、残りの一対の電極１２ｂ’は参照振動の振幅を検出するための検出用電極である。
【０００５】
また、重り部３２’の上記他面に対向する４つの電極１３は円を４の１に分割した扇形状に形成されている。各電極１３は検出用電極であって、重り部３２’の周方向において電極１２ａ’，１２ｂ’と略同じ位置にそれぞれ配置され、各電極１２ａ’，１２ｂ’と各電極１３’とが対向している。いま、電極１３’を配置した平面に平行であってメンブレンバネ３３’の中心（トーションバー３１’の長手方向の中心）を通る平面をｘｙ平面とし、ｘｙ平面に直交する方向をｚ軸方向とすれば、参照振動はｚ軸の回りに与えられており、角速度がｙ軸回りに印加されたとする。このとき、参照振動に同期したコリオリ力による検出振動がｘ軸回りに生じるから、検出振動によって生じる重り部３２’と電極１３’との間のギャップの変化を静電容量の差動変化として検出すれば、重り部３２’に作用した角速度を求めることができる。
【０００６】
【非特許文献１】
井奥淳、外６名，「シリコン円筒振動型ジャイロ」，電気学会 センサマイクロマシン準部門，マイクロマシン・センサシステム研究会，２０００年１１月２７日，ＰＨＳ−０２−１６
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来構成の角速度センサでは、シリコン基板を厚み方向の両面からエッチングすることによって質量体３’を形成しているので、シリコン基板の両面それぞれからのエッチング深さによってメンブレンばね３３’の厚みが決まるから、メンブレンばね３３’の厚み制御が難しくて、検出感度のばらつきが大きいという不具合があった。その結果、製造歩留まりが低く、低コスト化が難しいという不具合もあった。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサおよびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、厚み方向に離間して配置された一対の支持基板と、一対の支持基板の間に介在するトーションバー、トーションバーを囲む円筒状に形成され両支持基板の間で両支持基板から離間して配置された重り部、トーションバーが直交しトーションバーと重り部とを連結した薄肉の円板状のメンブレンばねを有する質量体と、一対の支持基板の間に介在し質量体を囲む枠状のフレームと、各支持基板における重り部との対向面それぞれに設けられた電極とを備え、質量体は、第１のＳｉ層／第１のＳｉＯ２層／第２のＳｉ層／第２のＳｉＯ２層／第３のＳｉ層の５層構造を有する多層構造基板を用いて形成され、重り部は、第１のＳｉ層／第１のＳｉＯ２層／第２のＳｉ層／第２のＳｉＯ２層／第３のＳｉ層の５層構造を有し、メンブレンばねは、厚さ寸法が第２のＳｉ層の厚さに設定され第２のＳｉ層の一部からなることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、製造時においてメンブレンばねを形成するために多層構造基板を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、第１のＳｉＯ２層および第２のＳｉＯ２層をそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができる。
【００１１】
請求項２の発明は、厚み方向に離間して配置された一対の支持基板と、一対の支持基板の間に介在するトーションバー、トーションバーを囲む円筒状に形成され両支持基板の間で両支持基板から離間して配置された重り部、トーションバーが直交しトーションバーと重り部とを連結した円板状のメンブレンばねを有する質量体と、一対の支持基板の間に介在し質量体を囲む枠状のフレームと、各支持基板における重り部との対向面それぞれに設けられた電極とを備え、質量体は、第１のＳｉ層／ＳｉＯ２層／第２のＳｉ層の３層構造を有し第１のＳｉ層が第２のＳｉ層よりも厚い多層構造基板を用いて形成され、重り部は、第１のＳｉ層／ＳｉＯ２層／第２のＳｉ層の３層構造を有し、メンブレンばねは、第１のＳｉ層よりも薄く厚み方向の一面が第１のＳｉ層とＳｉＯ２層との界面を含む平面により規定された多結晶シリコン層からなることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、製造時においてメンブレンばねを形成するために多層構造基板を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、ＳｉＯ２層および厚み方向の一面が第１のＳｉ層とＳｉＯ２層との界面を含む平面により規定された多結晶シリコン層をそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、多結晶シリコン層の一部からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができる。
【００１３】
請求項３の発明は、厚み方向に離間して配置された一対の支持基板と、一対の支持基板の間に介在するトーションバー、トーションバーを囲む円筒状に形成され両支持基板の間で両支持基板から離間して配置された重り部、トーションバーが直交しトーションバーと重り部とを連結した円板状のメンブレンばねを有する質量体と、一対の支持基板の間に介在し質量体を囲む枠状のフレームと、各支持基板における重り部との対向面それぞれに設けられた電極とを備え、質量体は、第１のＳｉ層／ＳｉＯ２層／第２のＳｉ層の３層構造を有し第１のＳｉ層が第２のＳｉ層よりも厚い多層構造基板を用いて形成され、重り部は、第１のＳｉ層／ＳｉＯ２層／第２のＳｉ層の３層構造を有し、メンブレンばねは、第１のＳｉ層の厚み方向におけるＳｉＯ２層側の面から所定深さまで不純物を拡散して形成された高濃度不純物拡散層からなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、製造時においてメンブレンばねを形成するために多層構造基板を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、ＳｉＯ２層および第１のＳｉ層の厚み方向におけるＳｉＯ２層側の面から所定深さまで不純物を拡散して形成された高濃度不純物拡散層をそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、高濃度不純物拡散層からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１記載の角速度センサの製造方法であって、第１のＳｉ層／第１のＳｉＯ２層／第２のＳｉ層／第２のＳｉＯ２層／第３のＳｉ層の５層構造を有する多層構造基板における第１のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように第１のＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第１のＳｉ層を第１のＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、次に、第３のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように第２のＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第３のＳｉ層を第２のＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、その後、第１のＳｉＯ２層および第２のＳｉＯ２層それぞれについて露出した部分を第２のＳｉ層に達するまでエッチングすることで第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねを形成し、続いて、前記電極を形成した一方の支持基板と多層構造基板とを接合してから、第２のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とが分離されるように第２のＳｉ層をエッチングし、その後、前記電極を形成した他方の支持基板を接合することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、第１のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように第１のＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第１のＳｉ層を第１のＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、次に、第３のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように第２のＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第３のＳｉ層を第２のＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、その後、第１のＳｉＯ２層および第２のＳｉＯ２層それぞれについて露出した部分を第２のＳｉ層に達するまでエッチングすることで第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねを形成しているので、第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサを提供することができる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１記載の角速度センサの製造方法であって、裏面側のシリコン基板と表面側のシリコン層との間に埋込酸化膜が介在し多層構造基板のもととなる２枚のＳＯＩ基板それぞれについて、フレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように埋込酸化膜をエッチングストッパとしてシリコン基板をＳＯＩ基板の裏面側から埋込酸化膜に達するまでエッチングし、次に、各ＳＯＩ基板それぞれについて、埋込酸化膜の露出した部分をシリコン層に達するまでエッチングし、その後、２枚のＳＯＩ基板のシリコン層同士を重ねて２枚のＳＯＩ基板を接合することにより、一方のＳＯＩ基板のシリコン基板を第１のＳｉ層、一方のＳＯＩ基板の埋込酸化膜を第１のＳｉＯ２層、一方のＳＯＩ基板のシリコン層と他方のＳＯＩ基板のシリコン層とを合わせて第２のＳｉ層、他方のＳＯＩ基板の埋込酸化膜を第２のＳｉＯ２層、他方のＳＯＩ基板のシリコン基板を第３のＳｉ層とした多層構造基板を形成する同時に第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねを形成し、続いて、前記電極を形成した一方の支持基板と多層構造基板とを接合してから、第２のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とが分離されるように第２のＳｉ層をエッチングし、その後、前記電極を形成した他方の支持基板を接合することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、フレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように埋込酸化膜をエッチングストッパとしてシリコン基板をＳＯＩ基板の裏面側から埋込酸化膜に達するまでエッチングし、次に、各ＳＯＩ基板それぞれについて、埋込酸化膜の露出した部分をシリコン層に達するまでエッチングし、その後、２枚のＳＯＩ基板のシリコン層同士を重ねて２枚のＳＯＩ基板を接合することにより、一方のＳＯＩ基板のシリコン基板を第１のＳｉ層、一方のＳＯＩ基板の埋込酸化膜を第１のＳｉＯ２層、一方のＳＯＩ基板のシリコン層と他方のＳＯＩ基板のシリコン層とを合わせて第２のＳｉ層、他方のＳＯＩ基板の埋込酸化膜を第２のＳｉＯ２層、他方のＳＯＩ基板のシリコン基板を第３のＳｉ層とした多層構造基板を形成する同時に第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねを形成しているので、第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサを提供することができる。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項２記載の角速度センサの製造方法であって、第１のＳｉ層／ＳｉＯ２層／第２のＳｉ層の３層構造を有し第１のＳｉ層が第２のＳｉ層よりも厚い多層構造基板における第１のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるようにＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第１のＳｉ層をＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、次に、ＳｉＯ２層の露出表面上に膜厚をメンブレンばねの厚さ寸法に設定した多結晶シリコン層を形成し、その後、第２のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるようにＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第２のＳｉ層をＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、さらにその後、ＳｉＯ２層の露出した部分を多結晶シリコン層に達するまでエッチングすることで多結晶シリコン層の一部からなるメンブレンばねを形成し、続いて、前記電極を形成した一方の支持基板と多層構造基板とを接合してから、多結晶シリコン層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とが分離されるように多結晶シリコン層をエッチングし、その後、前記電極を形成した他方の支持基板を接合することを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、第１のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるようにＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第１のＳｉ層をＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、次に、ＳｉＯ２層の露出表面上に膜厚をメンブレンばねの厚さ寸法に設定した多結晶シリコン層を形成し、その後、第２のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるようにＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第２のＳｉ層をＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、さらにその後、ＳｉＯ２層の露出した部分を多結晶シリコン層に達するまでエッチングすることで多結晶シリコン層の一部からなるメンブレンばねを形成しているので、メンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサを提供することができる。また、多層構造基板ごとに多結晶シリコン層の膜厚（つまり、メンブレンばねの膜厚）を調整可能なので、多結晶シリコン層の形成前に多層構造基板の厚さを測定しておけば、多層構造基板の厚みより決まる重り部の質量のばらつきによる感度のばらつきをメンブレンばねの厚みより調整可能となるから、対加速度性能のばらつきおよび角速度に対する検出感度のばらつきを低減した角速度センサを提供することが可能となる。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項３記載の角速度センサの製造方法であって、第１のＳｉ層／ＳｉＯ２層／第２のＳｉ層の３層構造を有し第１のＳｉ層が第２のＳｉ層よりも厚い多層構造基板における第２のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるようにＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第２のＳｉ層をＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、次に、ＳｉＯ２層のうち露出した部分をエッチングし、その後、第１のＳｉ層の厚み方向におけるＳｉＯ２層側であって露出した全ての面から所定深さまで不純物を拡散して高濃度不純物拡散層を形成し、その後、第１のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように高濃度不純物拡散層をエッチングストッパ層として第１のＳｉ層を高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングすることで高濃度不純物拡散層の一部からなるメンブレンばねを形成し、続いて、前記電極を形成した一方の支持基板と多層構造基板とを接合してから、高濃度不純物拡散層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とが分離されるように高濃度不純物拡散層をエッチングし、その後、前記電極を形成した他方の支持基板を接合することを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、第２のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるようにＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第２のＳｉ層をＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、次に、ＳｉＯ２層のうち露出した部分をエッチングし、その後、第１のＳｉ層の厚み方向におけるＳｉＯ２層側であって露出した全ての面から所定深さまで不純物を拡散して高濃度不純物拡散層を形成し、その後、第１のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように高濃度不純物拡散層をエッチングストッパ層として第１のＳｉ層を高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングすることで高濃度不純物拡散層の一部からなるメンブレンばねを形成しているので、メンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサを提供することができる。また、多層構造基板ごとに高濃度不純物拡散層の拡散深さ（つまり、メンブレンばねの膜厚）を調整可能なので、高濃度不純物拡散層の形成前に多層構造基板の厚さを測定しておけば、多層構造基板の厚みより決まる重り部の質量のばらつきによる感度のばらつきをメンブレンばねの厚みより調整可能となるから、対加速度性能のばらつきおよび角速度に対する検出感度のばらつきを低減した角速度センサを提供することが可能となる。
【００２３】
請求項８の発明は、請求項７の発明において、前記第１のＳｉ層を前記高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングする際には、湿式の異方性エッチングにて前記第１のＳｉ層をエッチングすることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、前記第１のＳｉ層を前記高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングする際に湿式の等方性エッチングにて前記第１のＳｉ層をエッチングする場合に比べて前記第１のＳｉ層に形成される開口部のサイズを小さくすることができ、より小型の角速度センサを提供可能となる。
【００２５】
請求項９の発明は、請求項７の発明において、前記第１のＳｉ層を前記高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングする際には、乾式の異方性エッチングにて前記第１のＳｉ層を途中までエッチングしてから残りを湿式のエッチングにて前記高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングすることを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、前記第１のＳｉ層を前記高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングする際に前記第１のＳｉ層に形成される開口部のサイズを請求項８の発明に比べて小さくすることができ、さらに小型の角速度センサを提供可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態の角速度センサは、図１に示すように、厚み方向に離間して配置された一対の支持基板１，２と、一対の支持基板１，２の間に配置される質量体３と、一対の支持基板１，２の間に介在し質量体３を囲む枠状のフレーム（以下、外フレームと称す）４と、外フレーム４と質量体３との間に配置される枠状のフレーム（以下、内フレームと称す）５とを備えている。
【００２８】
質量体３は、一対の支持基板１，２の間に介在するトーションバー３１と、トーションバー３１を囲む円筒状に形成され両支持基板１，２の間で両支持基板１，２から離間して配置された重り部３２と、トーションバー３１が直交しトーションバー３１と重り部３２とを連結した薄肉の円板状のメンブレンばね３３とを備えている。要するに、重り部３２の内周面には、重り部３２の軸方向において可撓となる薄肉の円板状のメンブレンばね３３が一体に設けられ、メンブレンばね３３の中心には重り部３２の中心軸上に配置されたトーションバー３１が一体に結合されている。ここに、重り部３２の中心軸方向の寸法とトーションバー３１の長さ寸法とは同じ寸法に設定してある。なお、トーションバー３１は、長手方向に直交する断面が円形の棒状に形成されている。また、メンブレンばね３２は、重り部３２の中心軸方向において可撓となるように薄肉の円板状に形成されているので、重り部３２がトーションバー３１の回りに回転すると復帰力を作用させる。
【００２９】
内フレーム５は、外周形状が矩形状に形成され且つ内周形状が円形状に形成されており、外フレーム４は、矩形環状に形成されている。したがって、内フレーム５と質量体３との間には円環状のスリット６が形成され、外フレーム４と内フレーム５との間には矩形環状のスリット７が形成されている。
【００３０】
両支持基板１，２はそれぞれ矩形板状のガラス基板により構成されている。ここにおいて、両支持基板１，２は、外周形状が外フレーム４の外周形状に一致する形状に形成されており、外フレーム４とともに質量体３および内フレーム５を囲む空間を形成している。なお、支持基板１と支持基板２との間に形成される空間は密封されている。
【００３１】
両支持基板１，２において重り部３２との対向面にはそれぞれ重り部３２の移動範囲を確保するための凹所１ａ，２ａが形成されている。
【００３２】
重り部３２において支持基板１に対向する一面には、図２（ｂ）に示すように４つのスリット３５が重り部３２の周方向において略９０間隔で形成され、支持基板２に対向する一面にも４つのスリット（図示せず）が重り部の周方向において略９０度間隔で形成されており、重り部３２が周方向において４つの可動電極３２ａに分割されている。なお、各可動電極３２ａの平面形状は扇形状に形成されている。
【００３３】
一方の支持基板１の凹所１ａの内底面には、図２（ａ）に示すような一対の電極１２ａと一対の電極１２ｂとが形成されている。つまり、支持基板１における重り部３２との対向面には、４つの電極１２ａ，１２ａ，１２ｂ，１２ｂが配置されている。各電極１２ａ，１２ｂは、可動電極３２ａに略一致する形状である扇形状に形成されている。各電極１２ａ，１２ｂは金属薄膜（例えば、アルミニウム薄膜）により形成されており、一対の電極１２ａは、支持基板１に貫設された接続孔１ｃの内周面に沿って形成された導電性膜（例えば、アルミニウム膜）からなる外部接続電極１４ａに、金属配線（例えば、アルミニウム配線）１５ａを介して電気的に接続され、一対の電極１２ｂは、支持基板１に貫設された接続孔（図示せず）の内周面に沿って形成された導電性膜（例えば、アルミニウム膜）からなる外部接続電極１４ｂに、金属配線（例えば、アルミニウム配線）１５ｂを介して電気的に接続されている。各接続孔１ｃは、質量体３と対向する面から反対側の面に向かって開口面積が大きくなる形状に形成されており、質量体３と対向する側の開口面が外部接続電極１４ａ，１４ｂの一部により閉塞されている。また、支持基板１における質量体３との対向面には、支持基板１の厚み方向に貫設された接続孔１ｂの内周面に沿って形成された導電性膜からなる外部接続電極１４ｃとトーションバー３１とを電気的に接続する金属配線（例えば、アルミニウム配線）１５ｃが形成されており、支持基板１とトーションバー３１の長手方向の一面との間に金属配線１５ｃの一部が介在している。
【００３４】
一対の電極１２ａは駆動用電極であって、トーションバー３１がねじれていない状態において、重り部３２の可動電極３２ａと電極１２ａとが周方向において規定した角度だけずれるように配置されている。したがって、外部接続用電極１４ｃと外部接続用電極１４ａとを利用して重り部３２と電極１２ａとの間に交流電圧を印加することによって、重り部３２の可動電極３２ａと電極１２ａとの吸引力が変化し、吸引力が大きくなればトーションバー３１のばね力に抗して重り部３２が回転しようとし、吸引力が小さくなればトーションバー３１のばね力によって重り部３２に復帰力が作用する。つまり、上述のように交流電圧を印加することによって、重り部３２にトーションバー３１の回りで回転する参照振動を与えることができる。なお、残りの一対の電極１２ｂは参照振動の振幅を検出するための検出用電極である。
【００３５】
一方、支持基板２の凹所２ａの内底面には、図２（ｃ）に示すような一対の電極１３ａと一対の電極１３ｂとが形成されている。つまり、支持基板２における重り部３２との対向面には、４つの電極１３ａ，１３ａ，１３ｂ，１３ｂが配置されている。各電極１３ａ，１３ｂは、可動電極３２ａに略一致する形状である扇形状に形成されている。各電極１３ａ，１３ｂは金属薄膜（例えば、アルミニウム薄膜）により形成されており、一対の電極１３ａは、支持基板２に貫設された接続孔２ｃの内周面に沿って形成された導電性膜（例えば、アルミニウム膜）からなる外部接続電極１８ａに、金属配線（例えば、アルミニウム配線）１９ａを介して電気的に接続され、一対の電極１３ｂは、支持基板２に貫設された接続孔（図示せず）の内周面に沿って形成された導電性膜（例えば、アルミニウム膜）からなる外部接続電極１８ｂに、金属配線（例えば、アルミニウム配線）１９ｂを介して電気的に接続されている。各接続孔２ｃは、質量体３と対向する面から反対側の面に向かって開口面積が大きくなる形状に形成されており、質量体３と対向する側の開口面が外部接続電極１８ａ，１８ｂの一部により閉塞されている。また、支持基板２における質量体３との対向面には、支持基板２の厚み方向に貫設された接続孔２ｂの内周面に沿って形成された導電性膜からなる外部接続電極１８ｃとトーションバー３１とを電気的に接続する金属配線（例えば、アルミニウム配線）１９ｃが形成されており、支持基板２とトーションバー３１の長手方向の他面との間に金属配線１９ｃの一部が介在している。
【００３６】
各電極１３ａ，１３ｂは検出用電極であって、重り部３２の周方向において電極１２ａ，１２ｂと略同じ位置にそれぞれ配置され、各電極１２ａ，１２ｂと各電極１３ａ，１３ｂとが対向している。いま、電極１３を配置した平面に平行であってメンブレンばね３３の中心（トーションバー３１の長手方向の中心）を通る平面をｘｙ平面とし、ｘｙ平面に直交する方向をｚ軸方向とすれば、参照振動はｚ軸の回りに与えられている。このとき、角速度がｙ軸回りに印加されたとすると、参照振動に同期したコリオリ力による検出振動がｘ軸回りに生じるから、検出振動によって生じる重り部３２の可動電極部３２ａと電極１３ａ（あるいは電極１３ｂ）との間のギャップの変化を、外部接続用電極１８ｃと外部接続用電極１８ａとを利用して静電容量の差動変化として検出すれば、重り部３２に作用した角速度を求めることができる。
【００３７】
ところで、質量体３および外フレーム４および内フレーム５は、第１のＳｉ層３０ａ／第１のＳｉＯ２層３０ｂ／第２のＳｉ層３０ｃ／第２のＳｉＯ２層３０ｄ／第３のＳｉ層３０ｅの５層構造を有する１枚の多層構造基板３０（図３（ａ）参照）をマイクロマシン加工することにより形成されている（つまり、多層構造基板３０を用いて形成されている）。ここにおいて、多層構造基板３０は、厚み方向の両側に位置する第１のＳｉ層３０ａと第３のＳｉ層３０ｅとを同じ厚さ寸法に設定し、さらに、第１のＳｉＯ２層３０ｂと第２のＳｉＯ２層３０ｄとを同じ厚さ寸法に設定してある。したがって、第２のＳｉ層３０ｃは多層構造基板３０の厚み方向における中央部に位置している。なお、多層構造基板３０における各Ｓｉ層３０ａ，３０ｃ，３０ｅの導電形はｎ形としてあり、第１のＳｉ層３０ａの表面は（１００）面としてある。
【００３８】
本実施形態の角速度センサでは、トーションバー３１および重り部３２および外フレーム４および内フレーム５は、第１のＳｉ層３０ａ／第１のＳｉＯ２層３０ｂ／第２のＳｉ層３０ｃ／第２のＳｉＯ２層３０ｄ／第３のＳｉ層３０ｅの５層構造を有し、メンブレンばね３３は、厚さ寸法が第２のＳｉ層３０ｃの厚さに設定されており第２のＳｉ層３０ｃの一部からなる。
【００３９】
しかして、本実施形態の角速度センサでは、製造時においてメンブレンばね３３を形成するために多層構造基板３０を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、第１のＳｉＯ２層３０ｂおよび第２のＳｉＯ２層３０ｄをそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、第２のＳｉ層３０ｃの一部からなるメンブレンばね３３の厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができる。
【００４０】
以下、本実施形態の角速度センサの製造方法について図３を参照しながら説明する。
【００４１】
まず、上述の第１のＳｉ層３０ａ／第１のＳｉＯ２層３０ｂ／第２のＳｉ層３０ｃ／第２のＳｉＯ２層３０ｄ／第３のＳｉ層３０ｅの５層構造を有する多層構造基板３０の厚み方向の両面に例えば熱酸化法によりシリコン酸化膜６１，６２を形成することによって、図３（ａ）に示す構造を得る。
【００４２】
その後、第１のＳｉ層３０ａのうち各フレーム４，５およびトーションバー３１および重り部３２それぞれに対応する部分を残して各スリット６，７，３５およびメンブレンばね３３それぞれに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して多層構造基板３０の厚み方向の一表面（図３（ａ）の上面）側のシリコン酸化膜６１をパターニングしてから、パターニングされたシリコン酸化膜６１をマスクとして第１のＳｉ層３０ａを第１のＳｉＯ２層３０ｂに達する深さまで垂直にエッチングする（異方性エッチングを行う）ことによって、図３（ｂ）に示す構造を得る。なお、第１のＳｉ層３０ａを第１のＳｉＯ２層３０ｂに達する深さまで垂直にエッチングするエッチングする工程では、エッチング装置として、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用い、エッチングガスとして例えばＣＨＦ３ガスを採用すればよく、ＳｉＯ２のエッチングレートがＳｉのエッチングレートの１００分の１程度となるので、第１のＳｉＯ２層３０ｂをエッチングストッパ層として利用するすることができ、多層構造基板３０のエッチング深さ（掘り込み量）の面内均一性を高めることができるとともに、再現性を高めることができる。
【００４３】
同様に、第３のＳｉ層３０ｅのうち各フレーム４，５およびトーションバー３１および重り部３２それぞれに対応する部分を残して各スリット６，７およびメンブレンバネ３３それぞれに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して多層構造基板３０の厚み方向の他表面（図３（ａ）の下面）側のシリコン酸化膜６２をパターニングしてから、パターニングされたシリコン酸化膜６２をマスクとして第３のＳｉ層３０ｅを第２のＳｉＯ２層３０ｄに達する深さまで垂直にエッチングすることによって、図３（ｃ）に示す構造を得る。なお、第３のＳｉ層３０ｅを第２のＳｉＯ２層３０ｄに達する深さまで垂直にエッチングする工程では、エッチング装置として、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用い、エッチングガスとして例えばＣＨＦ３ガスを採用すればよく、ＳｉＯ２のエッチングレートがＳｉのエッチングレートの１００分の１程度となるので、第２のＳｉＯ２層３０ｄをエッチングストッパ層として利用することができ、多層構造基板３０のエッチング深さ（掘り込み量）の面内均一性を高めることができるとともに、再現性を高めることができる。
【００４４】
次に、多層構造基板３０の厚み方向の両面のシリコン酸化膜６１，６２および各ＳｉＯ２層３０ｂ，３０ｄのうち露出した部分をエッチング除去することによって、図３（ｄ）に示す構造を得る。
【００４５】
その後、上述の凹所１ａ、各一対の電極１２ａ，１２ｂ，接続孔１ｂ，１ｃ、各外部接続用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、各金属配線１５ａ，１５ｂ，１５ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板１（図４（ａ）参照）と多層構造基板３０とを多層構造基板３０の上記一表面側で接合することによって、図３（ｅ）に示す構造を得る。なお、支持基板１は、当該支持基板１と多層構造基板３０とを陽極接合することにより多層構造基板３０と固着されているが、陽極接合工程では、支持基板１と多層構造基板３０とを重ね、所定温度（例えば、４００℃）に加熱した状態で、多層構造基板３０を正極側、支持基板１を負極側として、所定の直流電圧（例えば、６００Ｖ）を印加することにより、支持基板１と多層構造基板３０とを接合している。
【００４６】
次に、多層構造基板３０における第２のＳｉ層３０ｃのうちスリット６，７に対応する部分を多層構造基板３０の上記他表面側からエッチング除去することによって、図３（ｆ）に示す構造を得る。
【００４７】
その後、上述の凹所２ａ、各一対の電極１３ａ，１３ｂ，接続孔２ｂ，２ｃ、各外部接続用電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃ、各金属配線１９ａ，１９ｂ，１９ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板２（図４（ｂ）参照）を多層構造基板３０の上記他表面側で接合する（固着する）ことによって、図４（ｃ）に示す構造を得る。なお、支持基板２と多層構造基板３０とは、支持基板１と多層構造基板３０とを接合したのと同様に陽極接合により固着している。
【００４８】
以上説明した製造方法によれば、多層構造基板３０の所定部位をエッチングして多層構造基板３０の一部からなるメンブレンばね３３を形成する際に第１のＳｉＯ２層３０ｂおよび第２のＳｉＯ２層３０ｄそれぞれをエッチングストッパ層として利用することにより、メンブレンばね３３の厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができる。しかも、重り部３２のうち第２のＳｉ層３０ｃの上下に位置する部分の厚みを精度良く揃えることができ、対加速度性能のばらつきを低減した角速度センサを提供することが可能となる。
【００４９】
（実施形態２）
本実施形態の角速度センサの構造は実施形態１と同じであって、製造方法が相違するだけである。
【００５０】
以下、本実施形態の角速度センサの製造方法について図５を参照しながら説明するが、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明する。なお、本実施形態では、図５（ａ）に示すようにシリコン基板７０ａとシリコン層７０ｃとの間に埋込酸化膜であるシリコン酸化膜７０ｂが形成された２枚のＳＯＩ基板７０のシリコン層７０ｃ同士を重ねた形で貼り合わせることによって、実施形態１と同様の５層構造を有する多層構造基板３０を形成しており、説明の便宜上、一方のＳＯＩ基板７０を第１のＳＯＩ基板７０、他方のＳＯＩ基板７０を第２のＳＯＩ基板７０と称する。ここにおいて、本実施形態では、第１のＳＯＩ基板７０のシリコン基板７０ａが第１のＳｉ層３０ａを構成し、第１のＳＯＩ基板７０のシリコン酸化膜７０ｂが第１のＳｉＯ２層３０ｂを構成し、第１のＳＯＩ基板７０のシリコン層７０ｃと第２のＳＯＩ基板７０のシリコン層７０ｃとで第２のＳｉ層３０ｃを構成し、第２のＳＯＩ基板７０のシリコン酸化膜７０ｂが第２のＳｉＯ２層３０ｄを構成し、第２のＳＯＩ基板７０のシリコン基板７０ａが第３のＳｉ層３０ｅを構成している。
【００５１】
本実施形態の製造方法では、まず、各ＳＯＩ基板７０の厚み方向の両面に、例えば熱酸化法によりシリコン酸化膜７１，７２を形成することによって、各ＳＯＩ基板７０それぞれについて図５（ａ）に示す構造を得る。
【００５２】
その後、各ＳＯＩ基板７０におけるシリコン基板７０ａのうち各フレーム４，５，３５およびトーションバー３１および重り部３２それぞれに対応する部分を残して各スリット６，７およびメンブレンばね３３それぞれに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン基板７０ａの表面側のシリコン酸化膜７２をパターニングしてから、パターニングされたシリコン酸化膜７２をマスクとしてシリコン基板７０ａをシリコン酸化膜７０ｂに達する深さまで垂直にエッチングする（異方性エッチングを行う）ことによって、各ＳＯＩ基板７０それぞれについて図５（ｂ）に示す構造を得る。なお、シリコン基板７０ａをシリコン酸化膜７０ｂに達する深さまで垂直にエッチングするエッチングする工程では、エッチング装置として、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用い、エッチングガスとして例えばＣＨＦ３ガスを採用すればよく、ＳｉＯ２のエッチングレートがＳｉのエッチングレートの１００分の１程度となるので、シリコン酸化膜７０ｂをエッチングストッパ層として利用することができ、ＳＯＩ基板７０のエッチング深さ（掘り込み量）の面内均一性を高めることができるとともに、再現性を高めることができる。
【００５３】
次に、各ＳＯＩ基板７０の厚み方向の両面のシリコン酸化膜７１，７２および中間のシリコン酸化膜７０ｂのうち露出した部分をエッチング除去することによって、図５（ｃ）に示す構造を得る。
【００５４】
その後、２枚のＳＯＩ基板７０のシリコン層７０ａ同士を重ねて接合することで多層構造基板３０を形成することによって、図５（ｄ）に示す構造を得る。
【００５５】
続いて、上述の凹所１ａ、各一対の電極１２ａ，１２ｂ，接続孔１ｂ，１ｃ、各外部接続用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、各金属配線１５ａ，１５ｂ，１５ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板１（図４（ａ）参照）と多層構造基板３０とを多層構造基板３０の一表面側で接合することによって、図５（ｅ）に示す構造を得る。なお、支持基板１は、当該支持基板１と多層構造基板３０とを陽極接合することにより多層構造基板３０と固着されているが、陽極接合工程では、支持基板１と多層構造基板３０とを重ね、所定温度（例えば、４００℃）に加熱した状態で、多層構造基板３０を正極側、支持基板１を負極側として、所定の直流電圧（例えば、６００Ｖ）を印加することにより、支持基板１と多層構造基板３０とを接合している。
【００５６】
次に、多層構造基板３０における第２のＳｉ層３０ｃのうちスリット６，７に対応する部分を多層構造基板３０の上記他表面側からエッチング除去することによって、図５（ｆ）に示す構造を得る。
【００５７】
その後、凹所２ａ、各一対の電極１３ａ，１３ｂ，接続孔２ｂ，２ｃ、各外部接続用電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃ、各金属配線１９ａ，１９ｂ，１９ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板２（図４（ｂ）参照）を多層構造基板３０の他表面側で接合する（固着する）ことによって、図５（ｇ）に示す構造を得る。なお、支持基板２と多層構造基板３０とは、支持基板１と多層構造基板３０とを接合したのと同様に陽極接合により固着している。
【００５８】
以上説明した製造方法によれば、多層構造基板３０の一部からなるメンブレンばね３３を形成する際に各ＳＯＩ基板７０の各シリコン酸化膜７０ｂ，７０ｂ（各ＳｉＯ２層３０ｂ，３０ｄ）それぞれをエッチングストッパ層として利用することにより、メンブレンばね３３の厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができる。しかも、重り部３２のうちメンブレンばね３３と同じ３層構造を有する部分の上下に位置する部分の厚みを精度良く揃えることができ、対加速度性能のばらつきを低減した角速度センサを提供することが可能となる。
【００５９】
（実施形態３）
本実施形態の角速度センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図６に示すような断面構造を有しており、質量体３および外フレーム４および内フレーム５が、図７（ａ）に示すようにシリコン基板８０ａとシリコン層８０ｃとの間に埋込酸化膜であるシリコン酸化膜８０ｂが形成された１枚のＳＯＩ基板８０を用いて形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００６０】
本実施形態では、シリコン基板８０ａが第１のＳｉ層を構成し、シリコン酸化膜８０ｂがＳｉＯ２層を構成し、シリコン層８０ｃが第２のＳｉ層を構成し、ＳＯＩ基板８０が多層構造基板を構成している。また、本実施形態では、トーションバー３１および重り部３２および外フレーム４および内フレーム５が、第１のＳｉ層８０ａ／ＳｉＯ２層８０ｂ／第２のＳｉ層８０ｃの３層構造を有し、メンブレンばね３３が、後述の多結晶シリコン層８３の一部により構成されている。なお、各Ｓｉ層８０ａ，８０ｃの導電形はｎ形とし、第２のＳｉ層８０ｃの表面は（１００）面としてある。また、本実施形態では、第１のＳｉ層８０ａの厚さ寸法が第２のＳｉ層８０ｂの厚さ寸法よりも大きくて、第１のＳｉ層８０ａの厚さ寸法からメンブレンばね３３の厚さ寸法を減算した値が、第２のＳｉ層８０ｃの厚さ寸法とＳｉＯ２層８０ｂの厚さ寸法とを加算した値となるように各寸法を設定してある。
【００６１】
しかして、本実施形態の角速度センサでは、製造時においてメンブレンばね３３を形成するために多層構造基板３０を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、ＳｉＯ２層８０ｂおよび厚み方向の一面が第１のＳｉ層８０ａとＳｉＯ２層８０ｂとの界面を含む平面により規定された多結晶シリコン層８３をそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、多結晶シリコン層８３の一部からなるメンブレンばね３３の厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができる。
【００６２】
以下、本実施形態の角速度センサの製造方法について図７を参照しながら説明する。
【００６３】
まず、ＳＯＩ基板８０の厚み方向の両面に、例えば熱酸化法によりシリコン酸化膜８１，８２を形成することによって、図７（ａ）に示す構造を得る。
【００６４】
その後、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン基板８０ａのうち各フレーム４，５およびトーションバー３１および重り部３２それぞれに対応する部分を残して各スリット６，７，３５およびメンブレンばね３３それぞれに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン基板８０ａの表面側のシリコン酸化膜８２をパターニングしてから、パターニングされたシリコン酸化膜８２をマスクとしてシリコン基板８０ａをシリコン酸化膜８０ｂに達する深さまで垂直にエッチングする異方性エッチングを行うことによって、図７（ｂ）に示す構造を得る。なお、この異方性エッチングでは、エッチング装置として、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用い、エッチングガスとして例えばＣＨＦ３ガスを採用すればよく、ＳｉＯ２のエッチングレートがＳｉのエッチングレートの１００分の１程度となるので、シリコン酸化膜８０ｂをエッチングストッパ層として利用でき、ＳＯＩ基板８０のエッチング深さ（掘り込み量）の面内均一性を高めることができるとともに、再現性を高めることができる。
【００６５】
次に、シリコン酸化膜８０ｂの露出表面およびシリコン酸化膜８２上に、例えば減圧ＣＶＤ法により所定膜厚（メンブレンバネ３３の膜厚と同等の膜厚であって、例えば、２０μｍ）の多結晶シリコン層８３を形成してから、多結晶シリコン層８３のうちシリコン酸化膜８０ｂ上に形成されている部分をマスク材でカバーし、その後、多結晶シリコン層８３のうちシリコン酸化膜８２上に形成されている部分をエッチング除去し、続いて、マスク材を除去することによって、図７（ｃ）に示す構造を得る。
【００６６】
その後、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン層８０ｃのうち各フレーム４，５およびトーションバー３１および重り部３２それぞれに対応する部分を残して各スリット６，７およびメンブレンバネ３３それぞれに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン層８０ｃの表面側のシリコン酸化膜８１をパターニングしてから、パターニングされたシリコン酸化膜８１をマスクとしてシリコン層８０ｃを中間のシリコン酸化膜８０ｂに達する深さまで垂直にエッチングする異方性エッチングを行うことによって、図７（ｄ）に示す構造を得る。なお、この異方性エッチングにおいても、エッチング装置として、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用い、エッチングガスとして例えばＣＨＦ３ガスを採用すればよい。
【００６７】
次に、ＳＯＩ基板８０の厚み方向の両面のシリコン酸化膜８１，８２および中間のシリコン酸化膜８０ｂのうち露出した部分をエッチング除去してから、ＳＯＩ基板８０と上述の凹所１ａ、各一対の電極１２ａ，１２ｂ，接続孔１ｂ，１ｃ、各外部接続用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、各金属配線１５ａ，１５ｂ，１５ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板１（図４（ａ）参照）とを接合することによって、図７（ｅ）に示す構造を得る。また、支持基板１とＳＯＩ基板８０とは陽極接合により固着されているが、陽極接合工程では、支持基板１とＳＯＩ基板８０とを重ね、所定温度（例えば、４００℃）に加熱した状態で、ＳＯＩ基板８０を正極側、支持基板１を負極側として、所定の直流電圧（例えば、６００Ｖ）を印加することにより、支持基板１とＳＯＩ基板８０とを接合している。
【００６８】
次に、ＳＯＩ基板８０における中間のシリコン酸化膜８０ｂのうちスリット６，７に対応する部分をＳＯＩ基板８０のシリコン層３０ｃ側からエッチング除去することによって、図７（ｆ）に示す構造を得る。
【００６９】
その後、ＳＯＩ基板８０と上述の凹所２ａ、各一対の電極１３ａ，１３ｂ，接続孔２ｂ，２ｃ、各外部接続用電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃ、各金属配線１９ａ，１９ｂ，１９ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板２（図４（ｂ）参照）を接合することによって、図７（ｇ）に示す構造を得る。なお、支持基板２とＳＯＩ基板８０とは陽極接合により固着されているが、陽極接合工程では、支持基板２とＳＯＩ基板８０とを重ね、所定温度（例えば、４００℃）に加熱した状態で、ＳＯＩ基板８０を正極側、支持基板２を負極側として、所定の直流電圧（例えば、６００Ｖ）を印加することにより、支持基板２とＳＯＩ基板８０とを接合している。
【００７０】
以上説明した製造方法によれば、メンブレンばね３３を形成する際にＳＯＩ基板８０の中間のシリコン酸化膜８０ｂおよびシリコン酸化膜８０ｂにより形成位置が決まる多結晶シリコン層８３をそれぞれをエッチングストッパ層として利用し、しかもシリコン酸化膜８０ｂに積層する多結晶シリコン層８３の一部がメンブレンばね３３を構成することになるから、メンブレンばね３３の厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができるとともに、トーションバー３１の長手方向におけるメンブレンばね３３の位置を高精度に制御することができる。また、製造時には多数のＳＯＩ基板８０のもととなるＳＯＩウェハを扱うことになるが、ＳＯＩウェハごとに多結晶シリコン層８３の膜厚（つまり、メンブレンばね３３の膜厚）を調整可能なので、多結晶シリコン層８３の形成前（堆積前）にＳＯＩウェハの厚さ（つまり、多層構造基板の厚さ）を測定しておけば、ＳＯＩウェハの厚みのばらつき（多層構造基板の厚みのばらつき）による感度のばらつきをメンブレンばね３３の厚みにより調整可能となるから、対加速度性能のばらつきおよび角速度に対する検出感度のばらつきを低減した角速度センサを提供することが可能となる。
【００７１】
（実施形態４）
本実施形態の角速度センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図８に示すような断面構造を有しており、質量体３および外フレーム４および内フレーム５が、図９（ａ）に示すようにシリコン基板８０ａとシリコン層８０ｃとの間に埋込酸化膜であるシリコン酸化膜８０ｂが形成された１枚のＳＯＩ基板８０を用いて形成されている。ここに、シリコン基板８０ａおよびシリコン層８０ｃの導電形はｎ形とし、シリコン層８０ｃの表面を（１００）面としてある。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００７２】
本実施形態では、シリコン基板８０ａが第１のＳｉ層を構成し、シリコン酸化膜８０ｂがＳｉＯ２層を構成し、シリコン層８０ｃが第２のＳｉ層を構成し、ＳＯＩ基板８０が多層構造基板を構成している。また、本実施形態では、トーションバー３１および重り部３２および外フレーム４および内フレーム５が、第１のＳｉ層８０ａ／ＳｉＯ２層８０ｂ／第２のＳｉ層８０ｃの３層構造を有し、メンブレンばね３３が、後述の高濃度不純物拡散層８４の一部により構成されている。なお、各Ｓｉ層８０ａ，８０ｃの導電形はｎ形とし、第２のＳｉ層８０ｃの表面は（１００）面としてある。また、本実施形態では、第１のＳｉ層８０ａの厚さ寸法が第２のＳｉ層８０ｂの厚さ寸法よりも大きくて、第１のＳｉ層８０ａの厚さ寸法からメンブレンばね３３の厚さ寸法を減算した値が、第２のＳｉ層８０ｃの厚さ寸法とＳｉＯ２層８０ｂの厚さ寸法とを加算した値となるように各寸法を設定してある。
【００７３】
しかして、本実施形態の角速度センサでは、製造時においてメンブレンばね３３を形成するために多層構造基板を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、ＳｉＯ２層８０ｂおよび第１のＳｉ層８０ａの厚み方向におけるＳｉＯ２層８０ｂ側の面から所定深さまで不純物を拡散して形成された高濃度不純物拡散層８４をそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、高濃度不純物拡散層８４の一部からなるメンブレンばね３３の厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができる。
【００７４】
以下、本実施形態の角速度センサの製造方法について図９を参照しながら説明する。
【００７５】
まず、ＳＯＩ基板８０の厚み方向の両面に、例えば熱酸化法によりシリコン酸化膜８１，８２を形成することによって、図９（ａ）に示す構造を得る。
【００７６】
その後、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン層８０ｃのうち各フレーム４，５およびトーションバー３１および重り部３２それぞれに対応する部分を残して各スリット６，７，３５およびメンブレンばね３３それぞれに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン層８０ｃの表面側のシリコン酸化膜８１をパターニングし、パターニングされたシリコン酸化膜８１をマスクとしてシリコン層８０ｃを中間のシリコン酸化膜８０ｂに達する深さまで垂直にエッチングする異方性エッチングを行うことによって、図９（ｂ）に示す構造を得る。なお、この異方性エッチングでは、エッチング装置として、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用い、エッチングガスとして例えばＣＨＦ３ガスを採用すればよく、ＳｉＯ２のエッチングレートがＳｉのエッチングレートの１００分の１程度となるので、シリコン酸化膜８０ｂをエッチングストッパ層として利用することができ、ＳＯＩ基板８０のエッチング深さ（掘り込み量）の面内均一性を高めることができるとともに、再現性を高めることができる。
【００７７】
続いて、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン層８０ｃの表面のシリコン酸化膜８１および中間のシリコン酸化膜８０ｂのうち露出した部分を、例えばフッ酸系溶液によりエッチング除去し、その後、シリコン基板８０におけるシリコン層８０ｃの表面側からシリコン層８０ｃ中およびシリコン基板８０ａ中でｐ形不純物となる拡散ソース（例えば、ボロン）を堆積させるプレデポジション工程と、プレデポジション工程により堆積された拡散ソースを拡散させるドライブイン工程とを行うことで高濃度不純物拡散層８４を形成することによって、図９（ｃ）に示す構造を得る。ここで、ｐ形不純物としてボロンを採用する場合、プレデポジション工程で、例えば、ＳＯＩ基板８０を１１００℃に加熱した状態でＢＢＲ３を供給源としてボロンを堆積させればよい。また、高濃度不純物拡散層８４の不純物濃度は１０２０／ｃｍ３程度が望ましいが、１０１９／ｃｍ３以上であればよい。また、高濃度不純物拡散層８４の拡散深さによりメンブレンばね３３の厚さが決まるので、メンブレンばね３３の所望の厚さに応じて高濃度不純物拡散層８４の拡散深さを設定すればよい。なお、本実施形態では、トーションバー３１に対応する部分のうちメンブレンばね３３に対応する部分よりも上の部分が全体にわたって高濃度不純物拡散層８４の他の一部により構成されている。
【００７８】
次に、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン基板８０ａのうち各フレーム４，５およびトーションバー３１および重り部３２それぞれに対応する部分を残して各スリット６，７，３５およびメンブレンばね３３それぞれに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン基板８０ａの表面側のシリコン酸化膜８２をパターニングしてから、パターニングされたシリコン酸化膜８２をマスクとしてシリコン基板８０ａを高濃度不純物拡散層８４に達する深さまでアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨなど）を用いた湿式の異方性エッチングを行うことによって、図９（ｄ）に示す構造を得る。
【００７９】
次に、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン基板８０ａの表面側のシリコン酸化膜８２をエッチング除去し、続いて、ＳＯＩ基板８０と上述の凹所１ａ、各一対の電極１２ａ，１２ｂ，接続孔１ｂ，１ｃ、各外部接続用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、各金属配線１５ａ，１５ｂ，１５ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板１（図４（ａ）参照）とを接合することによって、図９（ｅ）に示す構造を得る。なお、支持基板１とＳＯＩ基板８０とは陽極接合により固着されているが、陽極接合工程では、支持基板１とＳＯＩ基板８０とを重ね、所定温度（例えば、４００℃）に加熱した状態で、ＳＯＩ基板８０を正極側、支持基板１を負極側として、所定の直流電圧（例えば、６００Ｖ）を印加することにより、支持基板１とＳＯＩ基板８０とを接合している。
【００８０】
次に、ＳＯＩ基板８０に形成された高濃度不純物拡散層８４のうちスリット６，７に対応する部分をＳＯＩ基板８０のシリコン基板８０ａ側からエッチング除去することによって、図９（ｆ）に示す構造を得る。
【００８１】
その後、ＳＯＩ基板８０と上述の凹所２ａ、各一対の電極１３ａ，１３ｂ，接続孔２ｂ，２ｃ、各外部接続用電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃ、各金属配線１９ａ，１９ｂ，１９ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板２（図４（ｂ）参照）を接合することによって、図９（ｇ）に示す構造を得る。なお、陽極接合工程では、支持基板２とＳＯＩ基板８０とを重ね、所定温度（例えば、４００℃）に加熱した状態で、ＳＯＩ基板８０を正極側、支持基板２を負極側として、所定の直流電圧（例えば、６００Ｖ）を印加することにより、支持基板２とＳＯＩ基板８０とを接合している。
【００８２】
以上説明した製造方法によれば、メンブレンばね３３を形成する際にＳＯＩ基板８０の中間のシリコン酸化膜８０ｂおよびシリコン酸化膜８０ｂとシリコン基板８０ａとの界面形成位置により一部の形成位置が決まる高不純物濃度拡散層８４をそれぞれをエッチングストッパ層として利用し、しかもシリコン基板８０ａに形成した高濃度不純物拡散層８４の一部がメンブレンばね３３を構成することになるから、メンブレンばね３３の厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができるとともに、トーションバー３１の長手方向におけるメンブレンばね３３の位置を高精度に制御することができる。また、製造時には多数のＳＯＩ基板８０のもととなるＳＯＩウェハを扱うことになるが、ＳＯＩウェハ（つまり、多層構造基板）ごとに高濃度不純物拡散層８４の不純物の拡散深さ（つまり、メンブレンばね３３の膜厚）を調整可能なので、高濃度不純物拡散層８４の形成前にＳＯＩウェハの厚さ（つまり、多層構造基板の厚さ）を測定しておけば、ＳＯＩウェハの厚さのばらつきによる感度のばらつきもメンブレンばね３３の厚みの調整により調整可能となるから、対加速度性能のばらつきおよび角速度に対する検出感度のばらつきを低減した角速度センサを提供することが可能となる。また、メンブレンばね３３と重り部３２、トーションバー３１を一体に形成できるので、耐衝撃性により優れた角速度センサを提供することができる。
【００８３】
（実施形態５）
本実施形態の角速度センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図１０に示すような断面構造を有しており、質量体３および外フレーム４および内フレーム５が、図１１（ａ）に示すようにシリコン基板８０ａとシリコン層８０ｃとの間にシリコン酸化膜８０ｂが形成された１枚のＳＯＩ基板８０を用いて形成されている。ここに、シリコン基板８０ａおよびシリコン層８０ｃの導電形はｎ形とし、シリコン層８０ｃの表面を（１００）面としてある。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００８４】
本実施形態では、シリコン基板８０ａが第１のＳｉ層を構成し、シリコン酸化膜８０ｂがＳｉＯ２層を構成し、シリコン層８０ｃが第２のＳｉ層を構成し、ＳＯＩ基板８０が多層構造基板を構成している。また、本実施形態では、トーションバー３１および重り部３２および外フレーム４および内フレーム５が、第１のＳｉ層８０ａ／ＳｉＯ２層８０ｂ／第２のＳｉ層８０ｃの３層構造を有し、メンブレンばね３３が、後述の高濃度不純物拡散層８４の一部により構成されている。なお、各Ｓｉ層８０ａ，８０ｃの導電形はｎ形とし、第２のＳｉ層８０ｃの表面は（１００）面としてある。また、本実施形態では、第１のＳｉ層８０ａの厚さ寸法が第２のＳｉ層８０ｂの厚さ寸法よりも大きくて、第１のＳｉ層８０ａの厚さ寸法からメンブレンばね３３の厚さ寸法を減算した値が、第２のＳｉ層８０ｃの厚さ寸法とＳｉＯ２層８０ｂの厚さ寸法とを加算した値となるように各寸法を設定してある。
【００８５】
しかして、本実施形態の角速度センサでは、製造時においてメンブレンばね３３を形成するために多層構造基板を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、ＳｉＯ２層８０ｂおよび第１のＳｉ層８０ａの厚み方向におけるＳｉＯ２層８０ｂ側の面から所定深さまで不純物を拡散して形成された高濃度不純物拡散層８４をそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、高濃度不純物拡散層８４の一部からなるメンブレンばね３３の厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができる。
【００８６】
以下、本実施形態の角速度センサの製造方法について図１１を参照しながら説明する。
【００８７】
まず、ＳＯＩ基板８０の厚み方向の両面に、例えば熱酸化法によりシリコン酸化膜８１，８２を形成することによって、図１１（ａ）に示す構造を得る。
【００８８】
その後、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン層８０ｃのうち各フレーム４，５およびトーションバー３１および重り部３２それぞれに対応する部分を残して各スリット６，７，３５およびメンブレンばね３３それぞれに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン層８０ｃの表面側のシリコン酸化膜８１をパターニングしてから、パターニングされたシリコン酸化膜８１をマスクとしてシリコン層８０ｃを中間のシリコン酸化膜８０ｂに達する深さまで垂直にエッチングする異方性エッチングを行うことによって、図１１（ｂ）に示す構造を得る。なお、この異方性エッチングでは、エッチング装置として、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用い、エッチングガスとして例えばＣＨＦ３ガスを採用すればよく、ＳｉＯ２のエッチングレートがＳｉのエッチングレートの１００分の１程度となるので、シリコン酸化膜８０ｂをエッチングストッパ層として利用することができ、ＳＯＩ基板８０のエッチング深さ（掘り込み量）の面内均一性を高めることができるとともに、再現性を高めることができる。
【００８９】
続いて、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン層８０ｃの表面のシリコン酸化膜８１および中間のシリコン酸化膜８０ｂのうち露出した部分を、例えばフッ酸系溶液によりエッチング除去し、その後、シリコン基板８０におけるシリコン層８０ｃの表面側からシリコン層８０ｃ中およびシリコン基板８０ａ中でｐ形不純物となる拡散ソース（例えば、ボロン）を堆積させるプレデポジション工程と、プレデポジション工程により堆積された拡散ソースを拡散させるドライブイン工程とを行うことで高濃度不純物拡散層８４を形成することによって、図１１（ｃ）に示す構造を得る。ここで、ｐ形不純物としてボロンを採用する場合、プレデポジション工程で、例えば、ＳＯＩ基板８０を１１００℃に加熱した状態でＢＢＲ３を供給源としてボロンを堆積させればよい。また、高濃度不純物拡散層８４の不純物濃度は１０２０／ｃｍ３程度が望ましいが、１０１９／ｃｍ３以上であればよい。また、高濃度不純物拡散層８４の拡散深さによりメンブレンばね３３の厚さが決まるので、メンブレンばね３３の所望の厚さに応じて高濃度不純物拡散層８４の拡散深さを設定すればよい。例えば、メンブレンばね３３の厚さが２０μｍに設定されている場合には、高濃度不純物拡散層８４の拡散深さを２０μｍとすればよい。なお、本実施形態では、トーションバー３１に対応する部分のうちメンブレンばね３３に対応する部分よりも上の部分が全体にわたって高濃度不純物拡散層８４の一部により構成されている。
【００９０】
次に、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン基板８０ａのうち各フレーム４，５およびトーションバー３１および重り部３２それぞれに対応する部分を残して各スリット６，７およびメンブレンバネ３３それぞれに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン基板８０ａの表面側のシリコン酸化膜８２をパターニングしてから、パターニングされたシリコン酸化膜８２をマスクとしてシリコン基板８０ａを高濃度不純物拡散層８４に達しない所定深さまで垂直にエッチングする乾式の異方性エッチングを行うことによって、図１１（ｄ）に示す構造を得る。なお、乾式の異方性エッチングでは、エッチング装置として、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置を用い、エッチングガスとして例えばＣＨＦ３ガスを採用すればシリコン基板８０ａを垂直方向へ高速にエッチングすることができる。また、所定深さは、シリコン基板８０ａにおいて乾式の異方性エッチングにより形成された部分の残りの厚さが所定厚さ（例えば４０μｍ程度）となるように設定すればよい。
【００９１】
その後、シリコン酸化膜８２をマスクとしてシリコン基板８０ａを高濃度不純物拡散層８４に達する深さまでアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨなど）を用いた湿式の異方性エッチングによりエッチングすることによって、図１１（ｅ）に示す構造を得る。なお、上述の所定厚さが４０μｍ、メンブレンばね３３の厚さが２０μｍに設定されている場合には、湿式の異方性エッチングによりエッチングする深さは２０μｍ程度となる。
【００９２】
次に、ＳＯＩ基板８０におけるシリコン基板８０ａの表面側のシリコン酸化膜８２をエッチング除去し、続いて、ＳＯＩ基板８０と上述の凹所１ａ、各一対の電極１２ａ，１２ｂ，接続孔１ｂ，１ｃ、各外部接続用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、各金属配線１５ａ，１５ｂ，１５ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板１（図４（ａ）参照）とを接合することによって、図１１（ｆ）に示す構造を得る。なお、支持基板１とＳＯＩ基板８０とは陽極接合により固着されているが、陽極接合工程では、支持基板１とＳＯＩ基板８０とを重ね、所定温度（例えば、４００℃）に加熱した状態で、ＳＯＩ基板８０を正極側、支持基板１を負極側として、所定の直流電圧（例えば、６００Ｖ）を印加することにより、支持基板１とＳＯＩ基板８０とを接合している。
【００９３】
次に、ＳＯＩ基板８０に形成された高濃度不純物拡散層８４のうちスリット６，７に対応する部分をＳＯＩ基板８０のシリコン基板８０ａ側からエッチング除去することによって、図１１（ｇ）に示す構造を得る。
【００９４】
その後、ＳＯＩ基板８０と上述の凹所２ａ、各一対の電極１３ａ，１３ｂ，接続孔２ｂ，２ｃ、各外部接続用電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃ、各金属配線１９ａ，１９ｂ，１９ｃをあらかじめ形成したガラス基板からなる支持基板２（図４（ｂ）参照）を接合することによって、図１１（ｈ）に示す構造を得る。なお、陽極接合工程では、支持基板２とＳＯＩ基板８０とを重ね、所定温度（例えば、４００℃）に加熱した状態で、ＳＯＩ基板８０を正極側、支持基板２を負極側として、所定の直流電圧（例えば、６００Ｖ）を印加することにより、支持基板２とＳＯＩ基板８０とを接合している。
【００９５】
以上説明した製造方法によれば、実施形態４で説明した製造方法と同様、メンブレンばね３３を形成する際にＳＯＩ基板８０の中間のシリコン酸化膜８０ｂおよびシリコン酸化膜８０ｂとシリコン基板８０ａとの界面形成位置により一部の形成位置が決まる高不純物濃度拡散層８４をそれぞれをエッチングストッパ層として利用し、しかもシリコン基板８０ａに形成した高濃度不純物拡散層８４の一部がメンブレンばね３３を構成することになるから、メンブレンばね３３の厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができるとともに、トーションバー３１の長手方向におけるメンブレンばね３３の位置を高精度に制御することができる。また、製造時には多数のＳＯＩ基板８０のもととなるＳＯＩウェハを扱うことになるが、ＳＯＩウェハ（つまり、多層構造基板）ごとに高濃度不純物拡散層８４の不純物の拡散深さ（つまり、メンブレンばね３３の膜厚）を調整可能なので、高濃度不純物拡散層８４の形成前にＳＯＩウェハの厚さ（つまり、多層構造基板の厚さ）を測定しておけば、ＳＯＩウェハの厚さのばらつきによる感度のばらつきもメンブレンばね３３の厚みの調整により調整可能となるから、対加速度性能のばらつきおよび角速度に対する検出感度のばらつきを低減した角速度センサを提供することが可能となる。また、メンブレンばね３３と重り部３２、トーションバー３１を一体に形成できるので、耐衝撃性により優れた角速度センサを提供することができる。
【００９６】
しかも、本実施形態の製造方法では、シリコン基板８０ａをエッチングする際に垂直エッチングが可能なドライエッチング装置を用いた乾式の異方性エッチングを所定深さまで行ってから、ＫＯＨなどのアルカリ系溶液を用いた湿式の異方性エッチングを行っているので、実施形態４に比べてアルカリ系溶液を用いた湿式の異方性エッチングによるエッチング量を少なくすることができ、結果的にＳＯＩ基板８０の裏面側でのスリット６，７の開口面積を小さくすることができ、実施形態４よりも小型の角速度センサを提供することが可能となる。
【００９７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、製造時においてメンブレンばねを形成するために多層構造基板を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、第１のＳｉＯ２層および第２のＳｉＯ２層をそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができるという効果がある。
【００９８】
請求項２の発明は、製造時においてメンブレンばねを形成するために多層構造基板を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、ＳｉＯ２層および厚み方向の一面が第１のＳｉ層とＳｉＯ２層との界面を含む平面により規定された多結晶シリコン層をそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、多結晶シリコン層の一部からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができるという効果がある。
【００９９】
請求項３の発明は、製造時においてメンブレンばねを形成するために多層構造基板を厚み方向の両面それぞれからエッチングする際に、ＳｉＯ２層および第１のＳｉ層の厚み方向におけるＳｉＯ２層側の面から所定深さまで不純物を拡散して形成された高濃度不純物拡散層をそれぞれエッチングストッパ層として利用することにより、高濃度不純物拡散層からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することが可能であるから、角速度に対する検出感度のばらつきを小さくすることができるという効果がある。
【０１００】
請求項４の発明は、第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサを提供することができるという効果がある。
【０１０１】
請求項５の発明は、第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサを提供することができるという効果がある。
【０１０２】
請求項６の発明は、メンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサを提供することができるという効果がある。
【０１０３】
請求項７の発明は、メンブレンばねの厚さ寸法を高精度に制御することができ、角速度に対する検出感度のばらつきが小さな角速度センサを提供することができるという効果がある。
【０１０４】
請求項８の発明は、前記第１のＳｉ層を前記高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングする際に湿式の等方性エッチングにて前記第１のＳｉ層をエッチングする場合に比べて前記第１のＳｉ層に形成される開口部のサイズを小さくすることができ、より小型の角速度センサを提供可能となるという効果がある。
【０１０５】
請求項９の発明は、前記第１のＳｉ層を前記高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングする際に前記第１のＳｉ層に形成される開口部のサイズを請求項８の発明に比べて小さくすることができ、さらに小型の角速度センサを提供可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。
【図２】同上を示し、（ａ）は要部概略平面図、（ｂ）は一方の支持基板を取り外した状態の要部概略平面図、（ｃ）は他方の支持基板の要部概略平面図である。
【図３】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図４】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図５】実施形態２の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図６】実施形態３を示す概略断面図である。
【図７】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図８】実施形態４を示す概略断面図である。
【図９】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１０】実施形態５を示す概略断面図である。
【図１１】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１２】従来例を示す概略構成図である。
【図１３】同上の概略断面図である。
【符号の説明】
１ 支持基板
２ 支持基板
３ 質量体
４ フレーム（外フレーム）
５ フレーム（内フレーム）
６ スリット
７ スリット
３０ 多層構造基板
３０ａ 第１のＳｉ層
３０ｂ 第１のＳｉＯ２層
３０ｃ 第２のＳｉ層
３０ｄ 第２のＳｉＯ２層
３０ｅ 第３のＳｉ層
３１ トーションバー
３２ 重り部
３３ メンブレンばね
Claims (9)
- 厚み方向に離間して配置された一対の支持基板と、一対の支持基板の間に介在するトーションバー、トーションバーを囲む円筒状に形成され両支持基板の間で両支持基板から離間して配置された重り部、トーションバーが直交しトーションバーと重り部とを連結した薄肉の円板状のメンブレンばねを有する質量体と、一対の支持基板の間に介在し質量体を囲む枠状のフレームと、各支持基板における重り部との対向面それぞれに設けられた電極とを備え、質量体は、第１のＳｉ層／第１のＳｉＯ２層／第２のＳｉ層／第２のＳｉＯ２層／第３のＳｉ層の５層構造を有する多層構造基板を用いて形成され、重り部は、第１のＳｉ層／第１のＳｉＯ２層／第２のＳｉ層／第２のＳｉＯ２層／第３のＳｉ層の５層構造を有し、メンブレンばねは、厚さ寸法が第２のＳｉ層の厚さに設定され第２のＳｉ層の一部からなることを特徴とする角速度センサ。
- 厚み方向に離間して配置された一対の支持基板と、一対の支持基板の間に介在するトーションバー、トーションバーを囲む円筒状に形成され両支持基板の間で両支持基板から離間して配置された重り部、トーションバーが直交しトーションバーと重り部とを連結した円板状のメンブレンばねを有する質量体と、一対の支持基板の間に介在し質量体を囲む枠状のフレームと、各支持基板における重り部との対向面それぞれに設けられた電極とを備え、質量体は、第１のＳｉ層／ＳｉＯ２層／第２のＳｉ層の３層構造を有し第１のＳｉ層が第２のＳｉ層よりも厚い多層構造基板を用いて形成され、重り部は、第１のＳｉ層／ＳｉＯ２層／第２のＳｉ層の３層構造を有し、メンブレンばねは、第１のＳｉ層よりも薄く厚み方向の一面が第１のＳｉ層とＳｉＯ２層との界面を含む平面により規定された多結晶シリコン層からなることを特徴とする角速度センサ。
- 厚み方向に離間して配置された一対の支持基板と、一対の支持基板の間に介在するトーションバー、トーションバーを囲む円筒状に形成され両支持基板の間で両支持基板から離間して配置された重り部、トーションバーが直交しトーションバーと重り部とを連結した円板状のメンブレンばねを有する質量体と、一対の支持基板の間に介在し質量体を囲む枠状のフレームと、各支持基板における重り部との対向面それぞれに設けられた電極とを備え、質量体は、第１のＳｉ層／ＳｉＯ２層／第２のＳｉ層の３層構造を有し第１のＳｉ層が第２のＳｉ層よりも厚い多層構造基板を用いて形成され、重り部は、第１のＳｉ層／ＳｉＯ２層／第２のＳｉ層の３層構造を有し、メンブレンばねは、第１のＳｉ層の厚み方向におけるＳｉＯ２層側の面から所定深さまで不純物を拡散して形成された高濃度不純物拡散層からなることを特徴とする角速度センサ。
- 請求項１記載の角速度センサの製造方法であって、第１のＳｉ層／第１のＳｉＯ２層／第２のＳｉ層／第２のＳｉＯ２層／第３のＳｉ層の５層構造を有する多層構造基板における第１のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように第１のＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第１のＳｉ層を第１のＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、次に、第３のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように第２のＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第３のＳｉ層を第２のＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、その後、第１のＳｉＯ２層および第２のＳｉＯ２層それぞれについて露出した部分を第２のＳｉ層に達するまでエッチングすることで第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねを形成し、続いて、前記電極を形成した一方の支持基板と多層構造基板とを接合してから、第２のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とが分離されるように第２のＳｉ層をエッチングし、その後、前記電極を形成した他方の支持基板を接合することを特徴とする角速度センサの製造方法。
- 請求項１記載の角速度センサの製造方法であって、裏面側のシリコン基板と表面側のシリコン層との間に埋込酸化膜が介在し多層構造基板のもととなる２枚のＳＯＩ基板それぞれについて、フレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように埋込酸化膜をエッチングストッパとしてシリコン基板をＳＯＩ基板の裏面側から埋込酸化膜に達するまでエッチングし、次に、各ＳＯＩ基板それぞれについて、埋込酸化膜の露出した部分をシリコン層に達するまでエッチングし、その後、２枚のＳＯＩ基板のシリコン層同士を重ねて２枚のＳＯＩ基板を接合することにより、一方のＳＯＩ基板のシリコン基板を第１のＳｉ層、一方のＳＯＩ基板の埋込酸化膜を第１のＳｉＯ２層、一方のＳＯＩ基板のシリコン層と他方のＳＯＩ基板のシリコン層とを合わせて第２のＳｉ層、他方のＳＯＩ基板の埋込酸化膜を第２のＳｉＯ２層、他方のＳＯＩ基板のシリコン基板を第３のＳｉ層とした多層構造基板を形成する同時に第２のＳｉ層の一部からなるメンブレンばねを形成し、続いて、前記電極を形成した一方の支持基板と多層構造基板とを接合してから、第２のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とが分離されるように第２のＳｉ層をエッチングし、その後、前記電極を形成した他方の支持基板を接合することを特徴とする角速度センサの製造方法。
- 請求項２記載の角速度センサの製造方法であって、第１のＳｉ層／ＳｉＯ２層／第２のＳｉ層の３層構造を有し第１のＳｉ層が第２のＳｉ層よりも厚い多層構造基板における第１のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるようにＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第１のＳｉ層をＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、次に、ＳｉＯ２層の露出表面上に膜厚をメンブレンばねの厚さ寸法に設定した多結晶シリコン層を形成し、その後、第２のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるようにＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第２のＳｉ層をＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、さらにその後、ＳｉＯ２層の露出した部分を多結晶シリコン層に達するまでエッチングすることで多結晶シリコン層の一部からなるメンブレンばねを形成し、続いて、前記電極を形成した一方の支持基板と多層構造基板とを接合してから、多結晶シリコン層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とが分離されるように多結晶シリコン層をエッチングし、その後、前記電極を形成した他方の支持基板を接合することを特徴とする角速度センサの製造方法。
- 請求項３記載の角速度センサの製造方法であって、第１のＳｉ層／ＳｉＯ２層／第２のＳｉ層の３層構造を有し第１のＳｉ層が第２のＳｉ層よりも厚い多層構造基板における第２のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるようにＳｉＯ２層をエッチングストッパ層として第２のＳｉ層をＳｉＯ２層に達するまでエッチングし、次に、ＳｉＯ２層のうち露出した部分をエッチングし、その後、第１のＳｉ層の厚み方向におけるＳｉＯ２層側であって露出した全ての面から所定深さまで不純物を拡散して高濃度不純物拡散層を形成し、その後、第１のＳｉ層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とトーションバーに対応する部分とが分離されるように高濃度不純物拡散層をエッチングストッパ層として第１のＳｉ層を高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングすることで高濃度不純物拡散層の一部からなるメンブレンばねを形成し、続いて、前記電極を形成した一方の支持基板と多層構造基板とを接合してから、高濃度不純物拡散層のうちフレームに対応する部分と重り部に対応する部分とが分離されるように高濃度不純物拡散層をエッチングし、その後、前記電極を形成した他方の支持基板を接合することを特徴とする角速度センサの製造方法。
- 前記第１のＳｉ層を前記高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングする際には、湿式の異方性エッチングにて前記第１のＳｉ層をエッチングすることを特徴とする請求項７記載の角速度センサの製造方法。
- 前記第１のＳｉ層を前記高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングする際には、乾式の異方性エッチングにて前記第１のＳｉ層を途中までエッチングしてから残りを湿式のエッチングにて前記高濃度不純物拡散層に達するまでエッチングすることを特徴とする請求項７記載の角速度センサの製造方法。
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