JP2008116243A

JP2008116243A - 角速度センサおよびその製造方法

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Publication number: JP2008116243A
Application number: JP2006297664A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Miyazawa; 弘宮澤; Amamitsu Higuchi; 天光樋口
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-11-01
Filing date: 2006-11-01
Publication date: 2008-05-22
Anticipated expiration: 2026-11-01
Also published as: JP4562004B2

Abstract

【課題】劣化を抑制することができる角速度センサを提供する。
【解決手段】基体１と、基体のうちの少なくとも一部からなる音叉型の振動部１０と、振動部の屈曲振動を生成する駆動部２０と、検出部と、基体の上方に形成され、駆動部および検出部に接しない多孔質層８０と、駆動部および検出部と多孔質層との間に形成された空洞部７２と、多孔質層の上方に形成された封止層９０と、を含み、振動部は、支持部１２と、支持部を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部１４ａと、を有し、駆動部は、各ビーム部の上方に１対ずつ形成され、各駆動部は、第１電極２２と、第１電極の上方に形成された圧電体層２４と、圧電体層の上方に形成された第２電極２６と、を有し、検出部は、各ビーム部の上方で、１対の駆動部の間に１つずつ形成され、各検出部は、第１電極と、第１電極の上方に形成された圧電体層と、圧電体層の上方に形成された第２電極と，を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、角速度センサおよびその製造方法に関する。

近年、デジタルカメラやカーナビゲーションシステムなどの情報機器には、画像の手ぶれ防止や車体の位置検知などのために角速度センサが搭載されてきている。角速度センサには、コリオリ力を圧電効果で検出する方式が広く用いられている。最近では、シリコン基板上に、圧電体薄膜を上下の電極で挟んだ駆動部や検知部を設けた角速度センサが開発されている（例えば特許文献１参照）。この角速度センサでは、大気中の水分などが駆動部や検知部に対して悪影響を与え、角速度センサが劣化する場合がある。
特開２００５−２４９３９５号公報

本発明の目的は、劣化を抑制することができる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。

本発明に係る角速度センサは、
基体と、
前記基体のうちの少なくとも一部からなる音叉型の振動部と、
前記振動部の屈曲振動を生成する駆動部と、
前記振動部に加わる角速度を検出する検出部と、
前記基体の上方に形成され、前記駆動部および前記検出部に接しない多孔質層と、
前記駆動部および前記検出部と前記多孔質層との間に形成された空洞部と、
前記多孔質層の上方に形成された封止層と、を含み、
前記振動部は、
支持部と、
前記支持部を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部と、を有し、
前記駆動部は、各前記ビーム部の上方に１対ずつ形成され、
各前記駆動部は、
前記駆動部の第１電極と、
前記駆動部の第１電極の上方に形成された前記駆動部の圧電体層と、
前記駆動部の圧電体層の上方に形成された前記駆動部の第２電極と、を有し、
前記検出部は、各前記ビーム部の上方であって、１対の前記駆動部の間に１つずつ形成され、
各前記検出部は、
前記検出部の第１電極と、
前記検出部の第１電極の上方に形成された前記検出部の圧電体層と、
前記検出部の圧電体層の上方に形成された前記検出部の第２電極と、を有する。

本発明に係る角速度センサでは、前記駆動部および前記検出部は、前記多孔質層および前記封止層によって密封された前記空洞部内に設けられ、外気との接触がない。このため、前記駆動部および前記検出部の前記圧電体層の劣化を抑制することができる。その結果、角速度センサの劣化を抑制することができる。

なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に形成された他の特定のもの（以下「Ｂ」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂが形成されているような場合と、Ａ上に他のものを介してＢが形成されているような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。

本発明に係る角速度センサにおいて、
前記基体は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板であることができる。

本発明に係る角速度センサにおいて、
前記多孔質層は、金属酸化物からなることができる。

本発明に係る角速度センサにおいて、
前記多孔質層は、酸化アルミニウムからなることができる。

本発明に係る角速度センサにおいて、
前記封止層は、窒化シリコンからなることができる。

本発明に係る角速度センサにおいて、
前記空洞部内は、大気圧より小さい圧力であることができる。

本発明に係る角速度センサは、
上述の角速度センサからそれぞれ構成される第１角速度センサおよび第２角速度センサを有し、
前記第１角速度センサは、平面視において、前記第２角速度センサに対して回転した状態で配置されている。

本発明に係る角速度センサの製造方法は、
基板、該基板の上方に形成された絶縁層、および該絶縁層の上方に形成された半導体層を有する基体を用意する工程と、
前記基体の上方に駆動部および検出部を形成する工程と、
前記半導体層をパターニングして振動部を形成する工程と、
前記絶縁層をパターニングして前記振動部の下方に開口部を形成する工程と、
前記駆動部および前記検出部を被覆する犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層を被覆する多孔質層を形成する工程と、
前記多孔質層の孔を通じてガスを供給し、前記犠牲層と反応させて前記犠牲層をガス化して除去する工程と、
前記多孔質層を被覆する封止層を形成する工程と、を含み、
前記駆動部および前記検出部を形成する工程は、
前記基体の上方に前記駆動部の第１電極および前記検出部の第１電極を形成する工程と、
前記駆動部の第１電極の上方に前記駆動部の圧電体層を形成するとともに、前記検出部の第１電極の上方に前記検出部の圧電体層を形成する工程と、
前記駆動部の圧電体層の上方に前記駆動部の第２電極を形成するとともに、前記検出部の圧電体層の上方に前記検出部の第２電極を形成する工程と、を有し、
前記振動部は、
支持部と、
前記支持部を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部と、を有するように形成され、
前記駆動部は、各前記ビーム部の上方に１対ずつ形成され、
前記検出部は、各前記ビーム部の上方であって、１対の前記駆動部の間に１つずつ形成される。

本発明に係る角速度センサの製造方法において、
前記犠牲層は、レジスト層であり、
前記犠牲層を除去する工程において、前記レジスト層はアッシングにより除去されることができる。

本発明に係る角速度センサの製造方法において、
前記封止層を形成する工程において、前記封止層は、大気圧より低い圧力下で形成されることができる。

以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１．まず、本実施形態に係る角速度センサ１００について説明する。図１は、本実施形態に係る角速度センサ１００を概略的に示す平面図であり、図２および図３は、角速度センサ１００を概略的に示す断面図である。なお、図２は、図１のII−II線断面図であり、図３は、図１のIII−III線断面図である。

角速度センサ１００は、図１〜図３に示すように、基体１と、振動部１０と、駆動部２０（２０ａ〜２０ｄ）と、検出部３０（３０ａ，３０ｂ）と、多孔質層８０と、空洞部７２と、封止層９０と、を含む。なお、図１の一部では、便宜上、多孔質層８０と封止層９０を透視して描いてある。

基体１は、例えば図２および図３に示すように、基板２と、基板２上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成された半導体層４と、を有することができる。基体１としては、例えばＳＯＩ基板などを用いることができる。ＳＯＩ基板としては、例えばＳＩＭＯＸ（silicon implanted oxide）基板や貼り合わせＳＯＩ基板などが挙げられる。例えば、基板２としてシリコン基板、絶縁層３として酸化シリコン層、半導体層４としてシリコン層を用いることができる。半導体層４の厚みは、角速度センサ１００の小型化のためには、２０μｍ以下であることが望ましい。半導体層４内には各種の半導体回路を作り込むことができる。半導体層４としてシリコン層を用いることが、一般的な半導体製造技術を利用できる点で有利である。

振動部１０は、基体１のうちの少なくとも一部からなる。振動部１０の平面形状は、図１に示すように音叉型である。振動部１０は、図２および図３に示すように、基体１の絶縁層３の一部を除去して形成された開口部３ａ上に形成されている。振動部１０の周りには、振動部１０の振動を許容する空隙部４ａが形成されている。振動部１０は、支持部１２と、支持部１２を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部１４（１４ａ，１４ｂ）と、を有する。第１ビーム部１４ａおよび第２ビーム部１４ｂは、長手方向（図１のＸ方向）に平行に所定間隔をおいて配置されている。

支持部１２は、半導体層４の一部からなる第１支持部１２ａと、第１支持部１２ａよりも幅の大きい第２支持部１２ｂと、を有する。第１支持部１２aは、半導体層４の一部からなる固定部４ｂに連続しており、固定部４ｂと第２支持部１２ｂとを接続している。第２支持部１２ｂは、第１ビーム部１４ａおよび第２ビーム部１４ｂを支持する機能と、これらのビーム部１４ａ，１４ｂの振動を第１支持部１２ａに伝搬させない機能と、を有する。第２支持部１２ｂは、例えば図１に示すように、側部に凹凸形状を有することができる。

駆動部２０（２０ａ〜２０ｄ）は、振動部１０の屈曲振動を生成する。駆動部２０は、図１に示すように、第１ビーム部１４ａと第２ビーム部１４ｂの上に１対ずつ形成されている。即ち、第１ビーム部１４ａ上には、第１駆動部２０ａと第２駆動部２０ｂとが、第１ビーム部１４ａの長手方向に沿って、互いに平行に形成されている。同様に、第２ビーム部１４ｂ上には、第３駆動部２０ｃと第４駆動部２０ｄとが、第２ビーム部１４ｂの長手方向に沿って、互いに平行に形成されている。第１ビーム部１４ａの外側に配置された第１駆動部２０ａと、第２ビーム部１４ｂの外側に配置された第３駆動部２０ｃとは、配線（図示せず）により電気的に接続されている。第１ビーム部１４ａの内側に配置された第２駆動部２０ｂと、第２ビーム部１４ｂの内側に配置された第４駆動部２０ｄとは、配線（図示せず）により電気的に接続されている。

検出部３０（３０ａ，３０ｂ）は、振動部１０に加わる角速度を検出する。検出部３０は、図１に示すように、第１ビーム部１４ａと第２ビーム部１４ｂの上であって、１対の駆動部の間に１つずつ形成されている。即ち、第１ビーム部１４ａ上には、第１検出部３０ａが、第１ビーム部１４ａの長手方向に沿って形成され、第１駆動部２０ａと第２駆動部２０ｂとの間に配置されている。同様に、第２ビーム部１４ｂ上には、第２検出部３０ｂが、第２ビーム部１４ｂの長手方向に沿って形成され、第３駆動部２０ｃと第４駆動部２０ｄとの間に配置されている。第１検出部３０ａと第２検出部３０ｂとは、角速度信号を検出する検知回路（図示せず）に接続されている。

駆動部２０（２０ａ〜２０ｄ）は、図２に示すように、ビーム部１４ａ，１４ｂの上方に形成された駆動部の第１電極２２と、駆動部の第１電極２２上に形成された駆動部の圧電体層２４と、駆動部の圧電体層２４上に形成された駆動部の第２電極２６と、を有する。駆動部２０は、さらに、ビーム部１４ａ、１４ｂと第１電極２２との間に形成された下地層５を有することができる。

検出部３０（３０ａ，３０ｂ）は、図３に示すように、ビーム部１４ａ，１４ｂの上方に形成された検出部の第１電極３２と、検出部の第１電極３２上に形成された検出部の圧電体層３４と、検出部の圧電体層３４上に形成された検出部の第２電極３６と、を有する。検出部３０は、さらに、ビーム部１４ａ、１４ｂと第１電極３２との間に形成された下地層５を有することができる。

下地層５は、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）層等の絶縁層である。下地層５は、例えば２層以上の複合層で構成されていても良い。

駆動部の第１電極２２および検出部の第１電極３２は、例えばＰｔなどの電極材料からなることができる。第１電極２２，３２の厚さは、十分に低い電気抵抗値が得られる厚さであれば良く、例えば１０ｎｍ以上５μｍ以下とすることができる。

駆動部の圧電体層２４および検出部の圧電体層３４は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料からなることができる。駆動部の圧電体層２４および検出部の圧電体層３４の厚さは、半導体層４の厚みの１／１０倍以上、等倍以下程度であることが望ましい。この範囲の厚さであることにより、ビーム部１４ａ，１４ｂを十分に振動させる駆動力が確保されることができる。例えば、半導体層４の厚みを１μｍ〜２０μｍとした場合、圧電体層２４，３４の厚さは０．１μｍ〜２０μｍとすることができる。

駆動部の第２電極２６および検出部の第２電極３６は、例えばＰｔなどの電極材料からなることができる。第２電極２６，３６の厚さは、十分に低い電気抵抗値が得られる厚さであれば良く、例えば１０ｎｍ以上５μｍ以下とすることができる。

なお、図示の例では、駆動部２０において、第１電極２２と第２電極２６の間には圧電体層２４のみが存在するが、両電極２２，２６間に圧電体層２４以外の層を有していても良い。同様に、検出部３０において、第１電極３２と第２電極３６の間には圧電体層３４のみが存在するが、両電極３２，３６間に圧電体層３４以外の層を有していても良い。圧電体層２４，３４の膜厚は、共振条件に応じて適宜変更することができる。

本実施形態に係る角速度センサ１００では、第１〜第４駆動部２０ａ〜２０ｄに交流電界を印加することにより、第１，第２ビーム１４ａ，１４ｂをそれぞれ鏡映対称に屈曲振動（第１屈曲振動）させ、音叉振動を実現することができる。そして、第１ビーム部１４ａおよび第２ビーム部１４ｂの間の中心線を軸とした回転の角速度によって発生するコリオリ力により、第１，第２ビーム１４ａ，１４ｂを第１屈曲振動と垂直な方向（Ｚ方向）に屈曲振動（第２屈曲振動）させることができる。従って、第２屈曲振動により生じる検出部３０ａ，３０ｂの電圧を検知回路によって検出することにより、角速度を求めることができる。

多孔質層８０は、図２および図３に示すように、基体１上に形成され、駆動部２０および検出部３０に接していない。多孔質層８０の形状は、後述する犠牲層７０の形状を反映したものとなる。多孔質層８０の内側には、空洞部７２が形成されている。空洞部７２の内側には、駆動部２０および検出部３０が形成されている。即ち、空洞部７２は、駆動部２０および検出部３０と多孔質層８０との間に形成されている。

多孔質層８０は、多数の微細な貫通孔を有している。この貫通孔を通じて気体が移動することができる。多孔質層８０としては、高い機械的強度を有し、単独でその形状が保持されるものが望ましい。多孔質層８０の厚みは、例えば０．２μｍ〜２μｍ程度である。多孔質層８０としては、成膜した際に多孔質となり、かつ高い機械的強度を有する材質のものを用いることができる。多孔質層８０は、酸化物、窒化物、有機物などからなることができる。多孔質層８０は、好ましくは金属酸化物からなり、より好ましくは酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる。

封止層９０は、図２および図３に示すように、多孔質層８０上に形成されている。封止層９０は、多孔質層８０の貫通孔を封止して空洞部７２を気密に保ち、多孔質層８０の機械的強度を補強することができる。後述するが、封止層９０は大気圧よりも低い圧力下で成膜されるため、角速度センサ１００が大気中に置かれた場合、空洞部７２は負圧状態となる。本実施形態の角速度センサ１００によれば、多孔質層８０および封止層９０が高い機械的強度を有するため、空洞部７２が負圧状態でも空洞部７２の形状を保持することできる。封止層９０の厚みは、例えば０．１μｍ〜１．５μｍ程度である。封止層９０は、空洞部７２の気密性を保持できる緻密な物質からなる。封止層９０は、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化シリコン、酸化アルミニウムなどからなることができる。

２．次に、本実施形態に係る角速度センサ１００の製造方法の一例について図面を参照しながら説明する。図４〜図９は、図１〜図３に示す本実施形態の角速度センサ１００の一製造工程を概略的に示す断面図であり、それぞれ図２に示す断面図に対応している。

（１）まず、図４に示すように、基板２上に絶縁層３および半導体層４がこの順に配置された基体１を用意する。

（２）次に、基体１上に、駆動部２０および検出部３０を形成する。具体的には、基体１上に駆動部２０および検出部３０をそれぞれ構成する下地層５、第１電極２２，３２、圧電体層２４，３４、および第２電極２６，３６を順次形成する。

下地層５は、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタ法などにより形成される。下地層５は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされ、所望の形状に形成されることができる。

第１電極２２，３２は、蒸着法、スパッタ法などにより形成される。第１電極２２，３２は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされ、所望の形状に形成されることができる。

圧電体層２４，３４は、レーザーアブレーション法、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより形成される。例えば、レーザーアブレーション法を用いてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層２４，３４を形成する場合には、レーザー光をＰＺＴ用ターゲット、例えばＰｂ_１．０５Ｚｒ_０．５２Ｔｉ_０．４８ＮｂＯ_３のターゲットに照射する。そして、このターゲットから鉛原子、ジルコニウム原子、チタン原子、および酸素原子をアブレーションによって放出させ、レーザーエネルギーによってプルームを発生させ、このプルームを基体１に向けて照射する。これにより、第１電極２２，３２上にＰＺＴからなる圧電体層２４，３４が成膜される。圧電体層２４，３４は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされ、所望の形状に形成されることができる。

第２電極２６，３６は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより形成される。第２電極２６，３６は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされ、所望の形状に形成されることができる。

（３）次に、図５に示すように、基体１の半導体層４を所望の形状にパターニングして振動部１０を形成する。振動部１０は、半導体層４を刳り貫いて空隙部４ａ（図１参照）を形成することにより得られる。半導体層４は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされる。エッチング技術としては、ドライエッチング法やウェットエッチング法を用いることができる。本パターニング工程においては、基体１の絶縁層３をエッチングストッパ層として用いることができる。

（４）次に、図６に示すように、基体１の絶縁層３をパターニングして振動部１０の下に開口部３ａを形成する。絶縁層３が酸化シリコンからなる場合には、例えばフッ化水素酸を用いたウェットエッチングにより絶縁層３をパターニングすることができる。本パターニング工程では、例えば、基板２および半導体層４をエッチングストッパ層として用いることにより、フォトリソグラフィ技術を用いることなく絶縁層３をパターニングすることができる。

（５）上述した工程により、空隙部４ａおよび開口部３ａが設けられることで、音叉型の振動部１０に対する機械的拘束力が低減され、振動部１０が十分に振動できるようになる。

（６）次に、図７に示すように、駆動部２０および検出部３０を被覆する犠牲層７０を形成する。具体的には、まず、駆動部２０および検出部３０を覆うように、基体１の全面に犠牲層７０を設ける。犠牲層７０は、例えば有機系レジスト材料からなることができる。次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、図７に示すように犠牲層７０をパターニングする。パターニングされた犠牲層７０の形状は、次の工程で形成される多孔質層８０の形状に反映される。従って、多孔質層８０が駆動部２０および検出部３０と接触しないようにするために、犠牲層７０は、駆動部２０および検出部３０が全て埋没するように設けられる。また、犠牲層７０は、図７に示すように、空隙部４ａおよび開口部３ａ（図６参照）を埋め込むことができる。なお、犠牲層７０は、空隙部４ａや開口部３ａを埋め込まなくても良い。

（７）次に、図８に示すように、犠牲層７０を被覆する多孔質層８０を形成する。多孔質層８０は、犠牲層７０の表面に沿って形成される。多孔質層８０は、例えばＣＶＤ法、スパッタ法などを用いて形成される。例えば、多孔質層８０として酸化アルミニウム層を用いる場合には、多孔質層８０の形成にはＣＶＤ法を用いることが好ましい。この場合には、トリメチルアルミニウムを原料とし、原料の噴き付けを調整し、オゾンを反応炉内に導入し、４００℃以下（例えば２００℃）で熱酸化を繰り返させることにより、好適な多孔質層８０を形成することができる。なお、多孔質層８０の形成方法や形成条件は、多孔質層８０の材料などに応じて適宜変更することができる。

（８）次に、図９に示すように、多孔質層８０の孔を通じてガス（例えばプラズマ等）を供給し、犠牲層７０と反応させて、犠牲層７０をガス化して除去する。犠牲層７０としてレジスト層を用いる場合には、犠牲層７０の除去は、例えば、酸素プラズマによるアッシングにより行われる。具体的には、まず、チャンバー内に酸素ガスを導入し、酸素ガスを公知の方法によりプラズマ化する。チャンバー内の圧力は、例えば２００Ｐａ〜３００Ｐａ程度である。発生した酸素プラズマ（ガス）は、多孔質層８０の貫通孔を通り抜け、多孔質層８０の内側の犠牲層７０と反応する。その結果生じたガスは、多孔質層８０の貫通孔を通り抜け、外部に放出される。本工程における基板温度としては、例えば２００℃程度、処理時間としては、例えば１０分程度とすることができる。本工程において、犠牲層７０と反応させるガスは、酸素プラズマに限定されず、犠牲層７０を除去できるガスであれば良い。

上述したように犠牲層７０を除去することにより、図９に示すように、多孔質層８０の形状を保持したまま、多孔質層８０の内側に空洞部７２を形成することができる。

（９）次に、図１〜図３に示すように、多孔質層８０を被覆する封止層９０を形成する。封止層９０は、多孔質層８０の表面に沿って形成される。封止層９０は、例えばスパッタ法、ＣＶＤ法などを用いて形成される。封止層９０は、大気圧よりも低い圧力下で成膜される。このため、空洞部７２内は大気圧よりも低い圧力（真空状態）のまま封止される。封止層９０の成膜条件は、封止層９０が空洞部７２の気密性を保持できる緻密性を有するように適宜設定される。なお、本実施形態の製造方法では、例えば、上述した多孔質層８０の形成工程から、この封止層９０の形成工程までを真空装置内で一貫して行うことができる。

（１０）以上の工程により、図１〜図３に示すように、本実施形態の角速度センサ１００が形成される。

３．本実施形態の角速度センサ１００では、駆動部２０および検出部３０は、多孔質層８０および封止層９０によって密封された空洞部７２内に設けられ、外気との接触がない。このため、駆動部２０および検出部３０の圧電体層２４，３４の劣化を抑制することができる。その結果、角速度センサ１００の劣化を抑制することができる。

また、本実施形態の角速度センサ１００では、空洞部７２が減圧状態であり、空洞部７２内には、圧電体層２４，３４に対して悪影響を与える物質（例えば水分など）が少ない。このため、角速度センサ１００の劣化をより一層抑制することができる。

また、本実施形態の角速度センサ１００の製造方法では、駆動部２０および検出部３０を密封するための構造を真空装置内で一貫して形成することができる。このため、その構造の形成工程において、駆動部２０および検出部３０を大気と接触しないようにすることができる。従って、本実施形態の製造方法によれば、駆動部２０および検出部３０の圧電体層２４，３４に対して悪影響を与える物質（例えば水分など）が少ない状況下で角速度センサ１００を製造することができる。

また、本実施形態の角速度センサ１００の製造方法によれば、真空装置内で空洞部７２を得ることができるため、他の特別な工程を経なくても空洞部７２を減圧状態にすることができる。

また、本実施形態の角速度センサ１００では、振動部１０は、基体１（例えばＳＯＩ基板）の半導体層４によって構成されるため、振動部１０の厚さを薄くすることができる。これにより、例えば数十ｋＨｚという低い共振周波数で振動部１０を駆動させて角速度を測定する角速度センサ１００において、振動部１０（より具体的にはビーム部１４ａ，１４ｂ）の長さを短くすることができる。即ち、例えば水晶を用いた角速度センサなどに比べて、本実施形態に係る角速度センサ１００を小型化することができる。例えば、３２ｋＨｚ帯の共振周波数を用いる場合には、振動部１０の厚みを２０μｍ以下、振動部１０の長さを２ｍｍ以下、角速度センサ１００のパッケージ長さを３ｍｍ以下とすることができる。なお、３２ｋＨｚ帯の共振周波数とは、例えば１６ｋＨｚ〜６６ｋＨｚの範囲のものである。これは、３２．７６８ｋＨｚ用発振回路に分周回路を付加すると１６．３８４ｋＨｚで駆動でき、３２．７６８ｋＨｚ用発振回路にフェイズロックループを付加すると６５．５３６ｋＨｚで駆動できるためである。

本実施形態に係る角速度センサ１００の具体例としては以下の通りである。例えば、第１電極２２，３２の厚みは０．１μｍ、圧電体層２４，３４の厚みは１μｍ、第２電極２６，３６の厚みは０．１μｍ、駆動部２０および検出部３０の厚みは１．２μｍ、半導体層４の厚みは２μｍ、ビーム部１４ａ、１４ｂのビーム長さは８００μｍ、ビーム幅は４μｍである。振動部１０は、長辺１ｍｍ、短辺１０μｍの空隙部４ａ内に収まっている。この構成の角速度センサ１００について、有限要素法によって運動方程式を解いてシミュレーションすると、屈曲振動の共振周波数は３２ｋＨｚとなった。また、角速度センサ１００の感度をシミュレーションした結果、０．１ｍＶ／ｄｅｇ／ｓｅｃであった。

また、本実施形態の角速度センサ１００では、基体１としてＳＯＩ基板を用いて、絶縁層３上に半導体集積回路と角速度センサ１００を混載して角速度センサモジュールを形成することができる。これにより、モジュールパッケージを小型化することができる。

また、本実施形態の角速度センサ１００では、基体１としてＳＯＩ基板を用いて、絶縁層３上に発振回路と角速度センサ１００を混載することができる。ＳＯＩ基板を用いたデバイスでは、動作電圧を低くすることができるため、本実施形態の角速度センサ１００によれば、低消費電力のワンチップ角速度センサモジュールを提供することができる。

４．次に、本実施形態に係る角速度センサの変形例について、図面を参照しながら説明する。なお、上述した図１〜図３に示す角速度センサ１００と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

（１）まず、第１の変形例について説明する。図１０は、本変形例に係る角速度センサを概略的に示す平面図であり、図１１は、本変形例に係る角速度センサを概略的に示す断面図である。なお、図１１は、図１０のXI−XI線断面図である。

本変形例に係る角速度センサ（２軸角速度センサ）では、１つの基板２上に２つの角速度センサ２００，３００が形成されており、図１０に示すような平面視において、第１角速度センサ２００が第２角速度センサ３００に対して、例えば９０度回転した状態で配置されている。２つの角速度センサ２００，３００のそれぞれは、上述した図１〜図３に示す角速度センサ１００と同様の構成である。本変形例によれば、２つの回転軸の角速度を測定することができる。即ち、図示の例では、第１角速度センサ２００は、ｘ方向に沿った回転軸の角速度を、第２角速度センサ３００は、ｙ方向に沿った回転軸の角速度を測定することができる。なお、第１角速度センサ２００は、所望の方向に沿った回転軸の角速度を測定するために、平面視において、第２角速度センサ３００に対して、所望の角度（例えば３０度〜１５０度）回転した状態で配置されていても良い。

（２）次に、第２の変形例について説明する。図１２は、本変形例に係る角速度センサを概略的に示す平面図であり、図１３は、本変形例に係る角速度センサを概略的に示す断面図である。なお、図１３は、図１２のXIII−XIII線断面図である。

上述した第１の変形例に係る角速度センサでは、２つの角速度センサ２００，３００におけるそれぞれの駆動部２０および検出部３０が、それぞれの多孔質層８０および封止層９０によって個別に密封されている場合について説明した。しかしながら、本変形例に係る角速度センサ（２軸角速度センサ）では、２つの角速度センサ２００，３００におけるそれぞれの駆動部２０および検出部３０が、１つの多孔質層８０および封止層９０によってまとめて密封されている。即ち、２つの角速度センサ２００，３００における多孔質層８０と封止層９０のそれぞれが、一体的に形成されており、共通化されている。従って、本変形例の角速度センサによれば、多孔質層８０および封止層９０を共通化することができるため、角速度センサをより一層小型化することができる。

（３）なお、上述した変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。

５．上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

本実施形態に係る角速度センサを概略的に示す平面図。本実施形態に係る角速度センサを概略的に示す断面図。本実施形態に係る角速度センサを概略的に示す断面図。本実施形態の角速度センサの一製造工程を概略的に示す断面図。本実施形態の角速度センサの一製造工程を概略的に示す断面図。本実施形態の角速度センサの一製造工程を概略的に示す断面図。本実施形態の角速度センサの一製造工程を概略的に示す断面図。本実施形態の角速度センサの一製造工程を概略的に示す断面図。本実施形態の角速度センサの一製造工程を概略的に示す断面図。本実施形態に係る角速度センサの第１の変形例を概略的に示す平面図。本実施形態に係る角速度センサの第１の変形例を概略的に示す断面図。本実施形態に係る角速度センサの第２の変形例を概略的に示す平面図。本実施形態に係る角速度センサの第２の変形例を概略的に示す断面図。

符号の説明

１基体、２基板、３絶縁層、４半導体層、５下地層、１０振動部、１２支持部、１４ビーム部、２０駆動部、２２第１電極、２４圧電体層、２６第２電極、３０検出部、３２第１電極、３４圧電体層、３６第２電極、７０犠牲層、７２空洞部、８０多孔質層、９０封止層、１００角速度センサ、２００第１角速度センサ，３００第２角速度センサ

Claims

基体と、
前記基体のうちの少なくとも一部からなる音叉型の振動部と、
前記振動部の屈曲振動を生成する駆動部と、
前記振動部に加わる角速度を検出する検出部と、
前記基体の上方に形成され、前記駆動部および前記検出部に接しない多孔質層と、
前記駆動部および前記検出部と前記多孔質層との間に形成された空洞部と、
前記多孔質層の上方に形成された封止層と、を含み、
前記振動部は、
支持部と、
前記支持部を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部と、を有し、
前記駆動部は、各前記ビーム部の上方に１対ずつ形成され、
各前記駆動部は、
前記駆動部の第１電極と、
前記駆動部の第１電極の上方に形成された前記駆動部の圧電体層と、
前記駆動部の圧電体層の上方に形成された前記駆動部の第２電極と、を有し、
前記検出部は、各前記ビーム部の上方であって、１対の前記駆動部の間に１つずつ形成され、
各前記検出部は、
前記検出部の第１電極と、
前記検出部の第１電極の上方に形成された前記検出部の圧電体層と、
前記検出部の圧電体層の上方に形成された前記検出部の第２電極と、を有する、角速度センサ。
請求項１において、
前記基体は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板である、角速度センサ。
請求項１または２において、
前記多孔質層は、金属酸化物からなる、角速度センサ。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記多孔質層は、酸化アルミニウムからなる、角速度センサ。
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記封止層は、窒化シリコンからなる、角速度センサ。
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記空洞部内は、大気圧より小さい圧力である、角速度センサ。
請求項１乃至６のいずれかに記載の角速度センサからそれぞれ構成される第１角速度センサおよび第２角速度センサを有し、
前記第１角速度センサは、平面視において、前記第２角速度センサに対して回転した状態で配置されている、角速度センサ。
基板、該基板の上方に形成された絶縁層、および該絶縁層の上方に形成された半導体層を有する基体を用意する工程と、
前記基体の上方に駆動部および検出部を形成する工程と、
前記半導体層をパターニングして振動部を形成する工程と、
前記絶縁層をパターニングして前記振動部の下方に開口部を形成する工程と、
前記駆動部および前記検出部を被覆する犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層を被覆する多孔質層を形成する工程と、
前記多孔質層の孔を通じてガスを供給し、前記犠牲層と反応させて前記犠牲層をガス化して除去する工程と、
前記多孔質層を被覆する封止層を形成する工程と、を含み、
前記駆動部および前記検出部を形成する工程は、
前記基体の上方に前記駆動部の第１電極および前記検出部の第１電極を形成する工程と、
前記駆動部の第１電極の上方に前記駆動部の圧電体層を形成するとともに、前記検出部の第１電極の上方に前記検出部の圧電体層を形成する工程と、
前記駆動部の圧電体層の上方に前記駆動部の第２電極を形成するとともに、前記検出部の圧電体層の上方に前記検出部の第２電極を形成する工程と、を有し、
前記振動部は、
支持部と、
前記支持部を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部と、を有するように形成され、
前記駆動部は、各前記ビーム部の上方に１対ずつ形成され、
前記検出部は、各前記ビーム部の上方であって、１対の前記駆動部の間に１つずつ形成される、角速度センサの製造方法。
請求項８において、
前記犠牲層は、レジスト層であり、
前記犠牲層を除去する工程において、前記レジスト層はアッシングにより除去される、角速度センサの製造方法。
請求項８または９において、
前記封止層を形成する工程において、前記封止層は、大気圧より低い圧力下で形成される、角速度センサの製造方法。