JP2014503793A - 底部電極を有するｂａｗジャイロスコープ - Google Patents

底部電極を有するｂａｗジャイロスコープ Download PDF

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Abstract

バルク音波ジャイロスコープは、部材平面における主要部材、および、部材平面から間隔をあけられた電極平面における電極層を有している。電極層は、第二の部分から電気的に絶縁されている第一の部分を有する。しかし、第一の部分は第二の部分と機械的に連結され、（たとえば、作動させ、または主要部材の運動を探知するために）主要部材に面している。支持のために、電極の第二の部分は、部材平面における構造と直接連結されている。

Description

（優先権）
本特許出願は、米国特許出願第１２／９８３，４７６号（２０１１年１月３日出願、名称「ＢＡＷ ＧＹＲＯＳＣＯＰＥ ＷＩＴＨ ＢＯＴＴＯＭ ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ」）からの優先権を主張し、米国特許出願第１２／９４０，３５４号（２０１０年１１月５日出願、名称「ＲＥＳＯＮＡＴＩＮＧ ＳＥＮＳＯＲ ＷＩＴＨ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＣＯＮＳＴＲＡＩＮＴＳ」）からの優先権も主張する。出願第１２／９８３，４７６号は、出願第１２／９４０，３５４号の一部継続出願である。これらの出願の開示は、それらの全体が参照により本明細書に援用される。
（技術分野）
本発明は、一般に、バルク音波センサーに関連し、より詳しくは、本発明はバルク音波センサーの電極に関連する。
（背景技術）
バルク音波（“ＢＡＷ”）ジャイロスコープの使用が、近年増えてきた。この傾向はバルク音波ジャイロスコープの多くの利益により至ったものであり、この多くの利益は、とりわけバルク音波ジャイロスコープの高いゲインファクターを含み、この高いゲインファクターはバルク音波ジャイロスコープに従来のジャイロスコープよりも少ないパワーを使用させる。そのうえ、そのようなジャイロスコープは、一般に、製造するのに少ないコストで済む。
それらの目的のために、本発明者らに知られる多くのバルク音波ジャイロスコープは、結晶格子を有するディスクを有し、この結晶格子は、作動段階または検出段階のどちらかまたはその両方中に、概してメガヘルツの範囲の非常に高い周波数で振動／共振する。これは、両方の段階において基板の近くを前後に機械的に動くディスクを有するジャイロスコープと対照的である。ディスクの結晶格子が振動する場合、ディスクは“バルク”モードで動作していると考えられる。
（本発明の概要）
本発明の一実施形態に従って、バルク音波ジャイロスコープは、部材平面における主要部材、および部材平面から間隔をあけられた電極平面における電極層を有する。電極層は、第二の部分から電気的に絶縁されている第一の部分を有する。しかし、第一の部分は第二の部分と機械的に連結され、（たとえば、作動させ、または主要部材の運動を探知するために）主要部材に面している。支持のために、電極の第二の部分は、部材平面における構造と直接連結される。
ジャイロスコープは、部材平面における構造から電極層の第二の部分の中に延びている伝導性経路を有しうる。とりわけ、伝導性経路はビアを含みうる。あるいは、またはそのうえ、酸化物が、電極層の第二の部分を部材平面における構造と直接連結しうる。
電極層の第二の部分は、接地されうる一方、第一の部分は電位を保ちうる。いくつかの実施形態では、電極層の２つの部分を絶縁するために、溝が、電極層の第一の部分を電極層の第二の部分から分離する。この溝は、少なくとも一部、誘電性材料で満たされ、電気的絶縁を提供し、しかもそれらの部分を機械的に接続しうる。そのうえ、ジャイロスコープは、部材平面において、主要部材から半径方向に間隔をあけられている側部電極を有しうる。
複数の材料が、層を形成しうる。たとえば、主要部材および電極層は、少なくとも一部、絶縁体上シリコンウェーハから形成されうる。そのうえ、特定の実施形態において、主要部材は、ディスクを形成し、そのディスクは、電極層の第一の部分からの静電気信号の受信に応答して、たわみモードで共振する。
本発明の別の実施形態に従って、バルク音波ジャイロスコープは、部材平面における共振部材、および電極平面における電極層を有する。部材および電極平面は、離して間隔をあけられ、共振部材は、少なくとも一部、絶縁体上シリコンウェーハの第一の層から形成される。同様の態様で、底部電極層は、少なくとも一部、同じ絶縁体上シリコンウェーハの第二の層から形成される。底部電極層は、第一の部分および第二の部分を有し、第一の部分は第二の部分から電気的に絶縁され、かつ第二の部分に機械的に固定される。第一の部分は、共振部材に面し、共振電圧をかけられた場合に共振部材を静電気的に作動させるように構成される。電極層の第二の部分は、部材平面における構造に固定される。
本発明の他の実施形態に従って、バルク音波ジャイロスコープを形成する方法は、部材平面における主要部材を形成し、部材平面から縦に間隔をあけられた電極平面における電極層を形成し、かつ電極層の一部を除去することで溝を形成する。方法はまた、溝を非伝導性材料で満たすことにより、電極層の第一の部分および電極層の第二の部分を生成する。非伝導性材料は、第二の部分から第一の部分を電気的に絶縁すると同時に、電極層の第一の部分および電極層の第二の部分を機械的に接続する。
（図面の簡単な説明）
当業者は、すぐ下に要約される図面に関して論じられる以下の「例示的実施形態の説明」から、本発明の種々の実施形態の利点をより完全に理解するはずである。
図１は、本発明の例示的な実施形態に従って構成されたバルク音波ジャイロスコープを有するパッケージされた慣性センサーの透視図を概略的に示す。 図２は、本発明の例示的な実施形態に従って構成されたバルク音波ジャイロスコープの透視図を概略的に示す。この図は振動ディスクを示す部分的破断図を有する。図２は図３から１８０度回転し、図３は「上」および「底」の用語の使用が適切なように方位づけられる。 図３は、線３−３に沿った図２のバルク音波ジャイロスコープの断面図を概略的に示す。 図４は、図２のジャイロスコープにおける底部電極の上部透視図を概略的に示す。 図５は、図４に示されるジャイロスコープの一部のクローズアップした透視図を、部分的破断図部分と共に概略的に示す。 図６は、本発明の例示的な実施形態に従って、共振／振動ディスクを含むデバイス層の上部透視図を概略的に示す。 図７は、本発明の例示的な実施形態に従って、バルク音波慣性センサーを形成する工程を示す。
（例示的実施形態の説明）
実例となる実施形態において、バルク音波ジャイロスコープは、ジャイロスコープの共振する主要部材の平面とは異なる平面上に電極を有する。そのうえ、その電極は第一の部分および第二の部分を有し、それらは相互に電気的に絶縁され、かつ機械的に連結される。実例となる実施形態の詳細は以下で論ぜられる。
図１は、パッケージされた慣性センサー１０の透視図を概略的に示し、このパッケージされた慣性センサー１０は、本発明の例示的な実施形態に従って構成されたバルク音波ジャイロスコープ１２（図２および他の図、以下で論ぜられる）を有する。このパッケージは、環境から内部のジャイロスコープ１２を保護する。示されるように、パッケージは、底部部分１６に接続した上部部分１４を有し、ジャイロスコープ１２を収容するための内部（示されない）を形成する。必須ではないが、本発明のいくつかの実施形態では、パッケージ内部を密閉してシールする。しかし、本発明の他の実施形態では、密閉シールを提供しない。
パッケージは種々の異なるタイプ（たとえば、とりわけ、あらかじめ成形された鉛フレームパッケージ、基板パッケージ、またはセラミックパッケージ）の任意のものでありうる。上部部分１４および／または底部部分１６は平面でありうるか、またはキャビティーを形成しうる。どちらの場合においても、上部および底部部分１４および１６は、ジャイロスコープ１２を保護するために適切に連結されるべきである。たとえば、上部部分１４が平らである場合、底部部分１６はキャビティーを有するべきか、またはジャイロスコープ１２を収容する適切な容積を有する内部を形成するために何か間隔をあける装置があるべきである。
代替の実施形態において、パッケージは、従来の、後で成形されるプラスチック鉛フレームパッケージである。特に、当業者に知られるように、この比較的安いパッケージタイプは、液体の形態のプラスチックを直接ジャイロスコープダイ１２のまわりに成形する。したがって、ジャイロスコープ１２が適切にシールされていない場合、このパッケージする工程はジャイロスコープ１２を損傷しうる。その場合において、ジャイロスコープ１２内の傷つきやすい微細構造は、好ましくは、密閉してシールされるか、または別の方法で成形工程から保護される。
この論述および付帯の図面は特定のジャイロスコープを説明しているが、他のバルクジャイロスコープ設計も種々の実施形態の原理を組み込みうるということが留意されるべきである。したがって、特定のバルク音波ジャイロスコープについてのこの論述は、例示的な目的のためだけであって、本発明のすべての実施形態を制限することは意図されない。
パッケージされたジャイロスコープ１０は、多くの異なる用途において使用されうる。たとえば、パッケージされたジャイロスコープ１０は、航空機のより大きな誘導システムの一部、または滑らかな乗り心地を維持するための安定化システムと協同する、自動車の衛星センサーの一部でありうる。したがって、パッケージされたジャイロスコープ１０は、外部の構成要素と連絡するための複数のインターフェース（示されない）を有する。
それらの目的のために、パッケージされたジャイロスコープ１０は、その底面、上面および／または側面上に、プリント回路基板のような下にあるシステムとの機械的および電気的な接続をなすための複数のピン（示されない）を有しうる。あるいは、パッケージは、パッケージを下にあるプリント回路基板に取り付ける表面のための複数のパッド（示されない）を有しうる。従来のはんだ付け技術はこの接続をなすのに十分であるはずである。プリント回路基板は、追加の構成要素を有し、この追加の構成要素は、ジャイロスコープダイ１２を制御すること、および全体のシステムの回転加速度を示す出力信号を受信することの両方を行うデバイスと相互に作用しうる。たとえば、プリント回路基板は１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）および動作を制御するための他の回路デバイスも有しうる。
図２は、本発明の例示的な実施形態に従って構成されたバルク音波ジャイロスコープ１２の透視図を概略的に示す。この図はさらに、振動ディスク１８およびそのディスク１８の一部を安定させる部材の外形線（破線で示される）を示す部分的破断図を有する。この実施形態をさらに例証するために、図３は、線３−３に沿った図２のバルク音波ジャイロスコープの回転された断面図を概略的に示す。
特に、この説明は、「上」、「底」および同様の用語を説明的な目的のためだけに使用する。それらの用語は、図３の基準系について使用される。しかし、図２は、構成要素をよりよく示すために１８０度回転される（つまり上が下に、底が上にある）。したがって、図３において「上」要素であると識別される要素のために、正しい方位が図２の底側にある。たとえば、図３は基準系図から１８０度回転されるので、図２は、構造の上部の近くに上部基板４０を示し、一方図３は、構造の底の近くに同じ上部基板４０を示す。
このジャイロスコープ１２は、図２に示されるＸ軸およびＹ軸まわりの回転運動を測定する二次元ジャイロスコープである。したがって、当業者はこのタイプのジャイロスコープをＸ／Ｙジャイロスコープまたは二次元ジャイロスコープと呼ぶ。それでも、例示的な実施形態は、とりわけ、Ｚ軸のみのような他の軸まわり、Ｘ軸およびＺ軸まわり、または３軸すべてのまわりの回転を測定するジャイロスコープに該当するということが念を押されるべきである。したがって、この二次元バルク音波ジャイロスコープの論述は本発明の種々の実施形態を制限するべきではない。
バルク音波ジャイロスコープ１２は、中心部に、概して平面のディスク１８（上記で言及され、「主要部材」とも呼ばれる）を有し、このディスク１８は、静電気の作動信号を受け取ると、たわみモードで共振する。特に、たわみモード中、底部電極２２（以下で論じられる）は静電気力を生成し、この静電気力はディスク１８の一部をディスク１８の面の内外に振動させる。しかし、バルク音波ジャイロスコープとして、ディスク１８自身の結晶格子は、回転と言及された静電気信号による連続する作動との両方に応答して振動する。これは、作動段階および検出段階の両方中に基板の上方を前後に振動するシャトル／質量を有する他のタイプのジャイロスコープと対照的である。それらの目的のために、図２および図３に示される実施形態は、たわみモードにおいて前もって選択された周波数でディスク１８を作動／振動させるために、上記で言及された底部電極２２を有する。当業者に知られるように、この周波数は、およそ１〜２０メガヘルツのオーダーのように非常に高くありうる。
ディスク１８は、前もって決定された態様において、知られた振動周波数で振動するように構成される。たとえば、振動周波数はディスク１８自身の共振周波数でありうる。そのような場合、ディスク１８は不均一な態様で面の内外に振動する。特に、ディスク１８の一部が振動しうる一方、ディスク１８の他の部分は実質的に安定したままである。つまり、安定した部分はおよそ０ヘルツで振動する。言い換えれば、安定した部分は、実質的にまったく振動しない。安定した部分は「節２４」として知られ、好ましくは、ディスク１８の上面および底面のあたりに概して対称的に位置する。たとえば、共振周波数で振動する場合、半径２００ミクロンのディスク１８の底面は、ディスク１８の中心まわりに概して楕円を形成する節２４を有する。この楕円形の節２４は、およそ１０〜１５ミクロンの間の半径を有する円の形状を獲得しうる。
Ｘ軸またはＹ軸まわりの回転はディスク１８の形状をバルクモード形状に変化させる。この形状の変化を検出するために、ジャイロスコープ１２は、ディスク１８を概して取り囲む複数の側部電極２６を有する。たとえば、図２の破断図は、この変化を検出しうる４つの側部電極２６を示す。より正確に言えば、側部電極２６はディスク１８の側壁と共に可変コンデンサーを形成する。バルクモードにおいて、ディスク１８の形状の変化は、ディスク１８の側壁の少なくとも一部にその位置を変化させ、これによりディスク１８の側壁と側部電極２６との間の距離を変化させる。これは、側部電極２６により測定される可変静電容量を変化させる。必要な運動情報を提供するのは、この静電容量の変化である。
底部電極２２と同じ層上に形成される複数のパッド２８は、底部および上部電極２２および２６を他の回路構成に電気的に接続する。したがって、オフチップ回路構成またはオンチップ回路構成（示されない）は、言及された静電容量の変化を変化信号として検出し、その変化信号は回転の程度およびタイプを識別するための必要な情報を含む。それから、より大きなシステムは、適切な措置（たとえば、安定化制御のために自動車のタイヤの回転を制御すること、または誘導ミサイルの軌道を変化させること）をとる。
もちろん、ディスク１８は、最も効果的に機能するように支持されるべきである。その目的のために、ジャイロスコープ１２は、ディスク１８の底に機械的に結合された底部基板３０を有する。例示的な実施形態において、底部基板３０は単結晶シリコンウェーハから形成され、かつ底部電極２２およびパッド２８を有する層と密閉して結合される。たとえば、シールガラス３２の輪、つまりガラスフリットは、この底部基板３０をディスク／電極構造に密閉してシールしうる。
図２および図３に示される底部基板３０は、ディスク１８の底面に機械的に接続した底部支持部分３４も有する。例示的な実施形態において、底部支持部分３４は、ディスク１８の底面上の節２４に直接接続される。上記で言及されたように、この節２４は、ディスク１８が共振周波数で作動する場合、実質的に振動しない。底部支持部分３４は、任意の数の材料から形成されうる。たとえば、この構造は、ポリシリコンの固体片、または底部電極２２およびシールガラス３２を形成する層の一部でありうる。あるいは、底部支持は、底部基板３０と同じ材料から形成されうる（たとえば、底部基板３０の時限式エッチングから形成される１つ以上の台座）。その場合において、底部支持は底部基板３０と一体をなし、底部基板３０と同じ材料（たとえば、単結晶シリコン）から形成される。
従来のミクロ機械加工工程は、ディスク１８およびディスク１８のすぐ下の層を任意の数の知られた方法で形成しうる。たとえば、ジャイロスコープ１２のその部分はミクロ機械加工された絶縁体上シリコンウェーハ（「ＳＯＩ」ウェーハとしても知られる）から形成されうる。その場合において、ディスク１８は、ＳＯＩウェーハの上部単結晶シリコン層（しばしば、ＳＯＩウェーハの「デバイス層」と呼ばれる）から形成される。そのうえ、側部電極２６は堆積したポリシリコンから形成され、かつ結合パッド２８に電気的に接続されえ、この結合パッド２８は、堆積した金属から形成されうる。
当業者に知られるように、上部ＳＯＩ層は概して、ＳＯＩウェーハの底部「ハンドル」層３６よりはるかに薄く、この底部「ハンドル」層３６も単結晶シリコンから形成される。しかし、底部電極２２を有する層（「底部層３６」または「電極層３６」と呼ばれる）は、ディスク１８を有する層（「上部層「３８」と呼ばれる）より薄い。必須ではないが、例示的な実施形態は、底部層３６を薄くすることにより、全体のセンサーの断面を減らし、底部電極２２の性能を向上させる。たとえば、ディスク１８はおよそ５０ミクロンの厚さを有しうる一方、底部電極２２はおよそ４０ミクロンの厚さを有する。
ジャイロスコープ１２はまた、上部基板４０をディスクの上部節領域２４に固定される。その目的のために、上部基板４０は、上部支持部分４２をディスクの上面の節領域２４に直接固定されると考えられうる。底部支持部分３４と同様の態様で、上部支持部分４２は、任意の数の態様で形成されうる。たとえば、上部支持部分（単数または複数）４２は、ディスク１８とのシリコン間結合を有するアンカーとして形成されうる。そのうえ、上部支持部分（単数または複数）４２は、底部支持（単数または複数）３４のように、ディスクの上面について例示的に対称的に位置づけられ、かつ間隔をあけられた複数の別個の部材を含みうる。
上部基板４０は環状のシールする領域４４も有し、この環状のシールする領域４４は、ディスク／低位電極装置の底部層３６と共にシールを形成する。底部基板３０と同様の態様で、上部基板４０は密閉シールを提供しなくてもよい。しかし、両方の基板が密閉シールを提供する場合、当業者は、ディスク１８が両方の基板により形成されたチャンバーにより完全に保護されることを期待するはずである。
図４〜５は、ジャイロスコープ１２の底部電極／底部層３６の追加の詳細を概略的に示す。特に、図４は、図２および３に示されるジャイロスコープ１２の底部電極／底部層３６の上部透視図を概略的に示す一方、図５は、図４の透視図からクローズアップしたジャイロスコープの部分的断面図を示す。
図４に示されるように、底部電極２２は、１２の別個の電極（「作動部分４８」と呼ばれる）を含みえ、この別個の電極は、たわみモードでディスク１８を作動させるために協同する。特に、図４に示される底部電極２２は、２組の６つの電極を有し、各々がディスク１８に反対向きの力を提供する‐１つの組は押す一方、もう１つの組は引く。両方の組は、作動周波数に従い交番する（つまり、それらはおよそ１８０度位相が異なっている）。第一のパッドは１つの組の電極を制御する一方、第二のパッドは第二の組の電極を制御する。一対の概して円形の同心の金属のトレース４６Ａは、所望される態様で底面電極２２に接続する。より正確に言えば、２つのトレース４６Ａの各々は、１つおきの電極を電気的に接続し、２組を形成する。
本発明の例示的な実施形態に従って、底部電極２２は、単一の機械的に接続された（実質的に一体をなす）ユニットを一緒に形成する複数の異なる部分に分離される。しかし、これらの部分は２組の部分、すなわち、ディスクを作動させる作動部分４８および全体の底部電極層２２／３６を安定させる、接地された部分（「安定部分５０」）に分けられる。
それらの目的のために、図５でより大きく詳細に示されるように、底部電極２２は、作動部分４８を安定部分５０から分離する複数の絶縁溝５２を有する。特に、図７でより大きく詳細に以下で論じられるように、絶縁溝５２は、窒化物が並べられた壁、および機械的な完全性および平面化のための、窒化物が並べられた壁の間のポリシリコンを有する。したがって、これらの窒化物が並べられ、ポリシリコンで満たされた溝５２は、作動部分４８と安定部分５０との間に必要な電気的絶縁を提供する。
しかし、当業者は、同じ電気的絶縁および構造上の機能を実施するために他の材料を使用しうるということが留意されるべきである。たとえば、溝５２は、別の誘電性材料で並べられえ、かつ酸化ケイ素、複数結晶シリコンまたはゲルマニウムにより満たされ／平面化されうる。したがって、窒化物およびポリシリコンの論述は、本発明の種々の実施形態を制限することは意図されない。
各々の絶縁溝５２は、特定の作動部分４８を結合パッド２８に電気的に接続する導線５４を効果的に形成する。特に、図４に最もよく示されかつ上記で言及されたように、１つのパッド２８は作動部分４８の第一の組を制御する一方、別のパッド２８は作動部分４８の第二の組を制御する。
対応する態様において、安定部分５０すべては、作動部分４８のそれらに比べて異なる電位（たとえば接地電位）でありうる。その目的のために、例示的な実施形態は、デバイスウェーハを通って安定部分内へ１つ以上のビア５６を形成する。とりわけ、ビア５６は不純物を添加したポリシリコンを含む。したがって、ビア５６は、安定部分５０と電気的に接触すること、および安定部分５０をデバイス層／ウェーハ３８に直接機械的に接続／固定することの両方を行う。あるいは、またはそのうえ、安定部分５０とデバイスウェーハ３８との間の酸化物の層が、同様の機械的安定を提供する。どちらの場合においても、安定部分５０は、デバイス層平面（たとえば、デバイス層３８の内部表面）の構造に直接連結されていると考えられうる。
図６は、側部電極２６とパッド２８との間の電気的接続、およびディスク１８の上面を示す。図２の概略図とは違って、この実施形態は１２の側部電極２６を示す。底部電極と同様の態様で、３つの同心の円形の伝導性のトレース４６Ｂが、側部電極２６の種々の組み合わせをパッド２８に電気的に接続する。
任意の数の異なる工程がジャイロスコープ１２を形成しうる。たとえば、上記で言及され援用された、親特許出願第１２／９４０，３５４号において論じられる工程の大部分が十分であるはずである。第二の例として、図７は、本発明の例示的な実施形態に従ってジャイロスコープを形成する工程を示す。この工程は、主としてＳＯＩウェーハからジャイロスコープ１２を形成する。それでも、他の工程が他のタイプのウェーハ（たとえばバルクシリコンウェーハ）を使用しうるということが留意されるべきである。したがって、ＳＯＩウェーハの論述は、例にすぎない。
簡単のために、この説明される工程は、上記で論じられたジャイロスコープ１２を製作するために使用される実際の工程の有意に簡単化された型であるということが留意されるべきである。したがって、当業者は、工程が、図７に明示的に示されない追加のステップおよび詳細を有しうるということを理解する。そのうえ、ステップのいくつかは、示されるステップと比べて異なる順序で、または実質的に同時に実施されうる。当業者は、特定の要求に合うように工程を改変できるはずである。
工程は、ＳＯＩウェーハを提供することによりステップ７００から始まる。上記で言及されたように、同時か、または異なる順序かのどちらかで実施されうる次の３つのステップ、ステップ７０２、７０４および７０６は、ジャイロスコープ１２を構成する微細構造を形成する。特に、ステップ７０２は、主としてＳＯＩウェーハの上部層３８上に／上部層３８からディスク１８（「主要部材」とも呼ばれる）および側部電極２６を形成する一方、ステップ７０６は、ハンドルウェーハ（別名ＳＯＩウェーハの上部層３８）から底部電極２２を形成する。例示的な実施形態は、自己整列の底部電極２２を形成し、これにより単一のマスクを使用する。そのうえ、ステップ７０４はハンドルウェーハを薄くする。ミクロ機械加工工程は、追加の微細構造も形成する。
そのうえ、ステップ７０２は、電極層２２／３６の安定部分５０をデバイスウェーハ３８に接続するビア５６も形成する。その目的のために、とりわけ、工程は、深堀り反応性イオンエッチング技術を使用して、デバイスウェーハ３８を通して正方形または円形の「ドーナツ」形状の溝をエッチングしうる。次に、工程は、溝にポリシリコンを堆積させ、かつポリシリコンをエッチバックステップで平面化しうる。したがって、溝およびポリシリコンは、中心領域をシリコンで満たされた機械的に連続的な境界構造を形成する。
それから、工程は、再び深堀り反応性イオンエッチング技術を使用して、デバイス層の境界構造の中心領域を通して正方形または円形のチャンネル／溝をエッチングしうる。次に、工程は、ＳＯＩウェーハの埋められた酸化物層を通して穴をあけ、かつ底部電極層の安定部分５０内へとエッチングする。最後に、工程は、この新しい溝をポリシリコンで満たしえ、このポリシリコンは境界構造のように、エッチバックステップで平面化もしうる。
ステップ７０２、７０４および７０６を完了した後、またはそれらのステップを完了する間に、工程は、底部電極導線５４になるもののまわりに溝５２を形成するステップ７０８に続く。再び、深堀り反応性イオンエッチングが、それらの溝５４を形成する。それから、ステップ７１０が、まず最初に窒化物ライナー（つまり誘電体）のような絶縁材料で、それから構造上の接続を提供するポリシリコンで、溝５４を満たしうる。再び、従来のエッチバック技術がポリシリコンを平面化しうる。したがって、ステップ７０８および７１０が、電極層の２つの別個の部分／タイプを効果的に形成する。
それから、ステップ７１２が主要部材／ディスク１８をリリースし（ｒｅｌｅａｓｅ）、したがって電極層２２／３６の作動部分４８とディスク１８との間の酸化物、およびＳＯＩウェーハの（埋められた）酸化物の層の残りの大部分を除去する。たとえば、工程は、フッ化水素酸の溶液に構造を浸すことでディスク１８をリリースしうる。このステップは、電極層２２／３６の安定部分５０とデバイス層３８との間の酸化物のいくつかも除去しうる。しかし、ビア５６を使用する実施形態は、安定部分５０を十分な態様で固定するための構造上の完全性を提供すべきである。代替の実施形態は、安定部分５０とデバイス層３８との間の酸化物の層のいくつかを維持するために時限式エッチングを使用しうる。
次に、ステップ７１４は、とりわけ、同心の金属のトレース４６Ａおよびパッド２８の上面を電極層２２／３６上に形成するために、金属を堆積させる。このステップにより形成される別の堆積される金属の部分は、トレース４６Ｂを含む。リリースし（ステップ７１２）それから金属を適用する（ステップ７１４）のではなく、他の実施形態は、リリースする前に金属を適用する（つまり、ステップ７１４のあとにステップ７１２）。
最後に、工程は、ステップ７１６で上部および底部基板４０および３０を以前のステップにより形成された微細構造に結合することにより終わる。特に、上部基板４０は、単結晶シリコンウェーハから形成されえ、この単結晶シリコンウェーハは、（前の）ＳＯＩウェーハの処理された上部層３８の上にはまるエッチングされたキャビティーを有する。このエッチングされたキャビティーは、上記で言及された上部基板４０の環状のシールする領域４４を形成し、この環状のシールする領域４４はディスク／低位電極装置の底部層３６と共にシールを形成する。その目的のために、従来の工程が、環状のシールする領域４４をＳＯＩウェーハの底部層３６に結合する。たとえば、ガラスフリット３２が密閉または非密閉シールをその時点で提供しうる。
そのうえ、キャビティーの内部は、ディスク１８から延びる支持部分４２に直接結合する。ガラスフリット（ここでは示されない）は、この接続をもなしうる。あるいは、直接上部基板４０から支持部分を形成する（たとえば、上部支持部分４２を台座のように時限式エッチングで形成する）実施形態のいくつかは、ディスク１８の上面上の節（単数または複数）２４との直接のシリコン間結合を簡単になしうる。
工程は、底部基板３０を処理されたＳＯＩウェーハの底部層３６に同様の態様で結合する。たとえば、ガラスフリット３２が、底部基板３０を底部層３６の縁のまわりで連結し、密閉または非密閉シールを提供する。そのうえ、シリコン間結合、または上記で上部基板４０に対して論じられたような他の結合も、底部基板３０をディスク１８の底面上の節（単数または複数）２４および底部支持部分３４に固定しうる。
したがって、ＢＡＷジャイロスコープは、電気的に絶縁されているが概して一体をなすよう接続された２つの部分（作動部分４８および接地された安定部分５０）を有する底部電極２２を提供する。あるいは、いくつかの実施形態は、安定部分５０を接地しない。安定部分５０に接続するビア５６が、電極層２２全体を支持し、安定部分５０の電位の制御を電気的に可能にする。
いくつかの実施形態は、論じられたモード以外のモードにおいて作動し、かつディスク１８の運動を検出するということが留意されるべきである。たとえば、いくつかの実施形態はバルクモードで作動しうる。したがって、特定のモードの論述は、例示的な目的のためだけである。
本発明の種々の実施形態は、本段落の次の段落（および本願の終わりに提供される実際の特許請求の範囲の前）に列挙される潜在的な特許請求の範囲により特徴づけられる。それらの潜在的な特許請求の範囲は、本願の記述の一部を形成する。したがって、以下の潜在的な特許請求の範囲の内容は、本願または本願を基礎とする優先権を主張する任意の出願を含む後の手続きにおいて実際の特許請求の範囲として与えられうる。
潜在的な特許請求の範囲（以下に与えられる実際の特許請求の範囲との混同を避けるために、文字「Ｐ」で始まる）。
Ｐ１． バルク音波センサーであって、該センサーは、
静電気信号の受信に応答して、たわみモードで共振するように構成された主要部材であって、該主要部材は、上面および底面を有し、該主要部材は、回転される場合バルクモードで動作するように構成されている、主要部材と、
底部基板と、
上部基板とを含み、
該主要部材は、該底部基板と該上部基板との間にあり、
該底部基板は、該底部基板を該主要部材の該底面に固定する底部支持部分を有し、
該上部基板は、該上部基板を該主要部材の該上面に固定する上部支持部分を有する、
センサー。
Ｐ２． 前記主要部材は、前記上面の所与の上部部分を実質的におよそ０ヘルツで共振させるために、たわみモードで共振するように構成され、前記上部支持部分は、該所与の上部部分に固定されている、請求項Ｐ１に記載のバルク共振センサー。
Ｐ３． 前記主要部材は、前記底面の所与の底部部分を実質的におよそ０ヘルツで共振させるために、たわみモードで共振するように構成され、前記底部支持部分は、該所与の底部部分に固定されている、請求項Ｐ１に記載のバルク共振センサー。
Ｐ４． 前記底部基板および前記上部基板は、前記主要部材を密閉してシールするために、密閉してシールされたチャンバーを形成する、請求項Ｐ１に記載のバルク共振センサー。
Ｐ５． 前記主要部材を静電気的に作動させるために、前記チャンバー内に複数の電極をさらに含み、前記センサーは、該複数の電極に電気的に接続されている複数のパッドをさらに含み、該複数のパッドは、該チャンバーの外側にある、請求項Ｐ４に記載のバルク共振センサー。
Ｐ６． 前記上部基板は、上部材料から形成され、前記底部基板は底部材料から形成され、前記上部支持は該上部材料から形成され、前記底部支持は該底部材料から形成されている、請求項Ｐ１に記載のバルク共振センサー。
Ｐ７． 前記センサーは、ジャイロスコープを含む、請求項Ｐ１に記載のバルク共振センサー。
Ｐ８． 前記底部基板は、前記主要部材に対して対称的に配置されている複数の底部支持部分を含む、請求項Ｐ１に記載のバルク共振センサー。
Ｐ９． ＭＥＭＳバルク共振ジャイロスコープであって、該ジャイロスコープは、
静電気信号の受信に応答して、たわみモードで共振するように構成された主要部材であって、該主要部材は、上面および底面を有し、かつバルクモードにおいて回転に応答するように構成される、主要部材と、
該主要部材に固定されている底部基板と、
該底部基板を該主要部材の底面に固定する底部支持部分と、
拘束された部分を有する該主要部材の該上面とを含み、該拘束された部分は、たわみモードおよびバルクモードで共振する場合、実質的におよそ０ヘルツで共振するように機械的に拘束されている、
ジャイロスコープ。
Ｐ１０． 前記主要部材の前記上面上の前記拘束された部分に固定されている上部基板をさらに含む、請求項Ｐ９に記載のセンサー。
Ｐ１１． 前記上部基板を前記主要部材の前記拘束された部分に固定する上部支持部分をさらに含む、請求項Ｐ１０に記載のセンサー。
Ｐ１２． 前記底部基板は、一部、前記主要部材を密閉してシールするためのチャンバーを形成する、請求項Ｐ９に記載のセンサー。
Ｐ１３． 前記拘束された部分に固定されている上部基板は、一部、前記チャンバーを形成する、請求項Ｐ１２に記載のセンサー。
Ｐ１４． 前記主要部材を作動させるために、前記チャンバー内に複数の電極をさらに含み、前記センサーは、該複数の電極と電気的に接続されている複数のパッドをさらに含み、該複数のパッドは、該チャンバーの外側にある、請求項Ｐ１２に記載のバルク共振センサー。
Ｐ１５． 運動を探知する方法であって、該方法は、
たわみモードで主要部材を共振させることであって、該共振させることは、該主要部材に実質的におよそ０ヘルツで共振する上部および底部部分をもたせる、ことと、
該底部部分を第一の基板に固定することと、
たわみモードで共振する間、該上部部分を機械的に拘束することにより、該上部部分における振動を実質的に除去するすることと、
該主要部材の運動に応答して、静電容量変化信号を発生させることであって、該発生させることは、該主要部材がバルクモードで所与の周波数で共振することを含む、こととを含む方法。
Ｐ１６． 前記所与の周波数は、前記主要部材の共振周波数である、請求項Ｐ１５に記載の方法。
Ｐ１７． 前記機械的に拘束することは、第二の基板を前記上部部分に固定することを含む、請求項Ｐ１５に記載の方法。
Ｐ１８． 前記静電容量変化信号を前記第一の基板に機械的に固定されているパッドで読み取ることをさらに含む、請求項Ｐ１５に記載の方法。
Ｐ１９． 前記主要部材は、チャンバーにおいて密閉してシールされる、請求項Ｐ１５に記載の方法。
Ｐ２０． 前記静電容量変化信号は、少なくとも２次元における運動の変化を示す、請求項Ｐ１５に記載の方法。
そのような代替の実施形態に従って、バルク音波センサーは、上部および底部基板、ならびに２つの基板の間の主要部材を有しうる。上面および底面を有する主要部材は、静電気信号の受信に応答して、たわみモードで共振するように構成されうる。主要部材は、回転される場合、バルクモードで動作するようにも構成されうる。底部基板は、底部基板を主要部材の底面に固定する底部支持部分を有しうる。対応する態様において、上部基板は、上部基板を主要部材の上面に固定する上部支持部分を有しうる。
主要部材は、その上面の所与の上部部分を実質的におよそ０ヘルツで共振させるために、たわみモードで共振するように構成されうる。したがって、いくつかの実施形態で、上部支持部分は、所与の上部部分に固定される。他の実施形態は、底部支持を所与の底部部分に固定する。底部基板および上部基板は、主要部材を密閉してシールするために、密閉してシールされたチャンバーも形成しうる。その場合、（たとえば、慣性センサーでありうる）センサーは、主要部材を静電容量的に作動させるためにチャンバー内に複数の電極を有しうる。センサーは、複数の電極およびチャンバーの外側と電気的に接続した複数のパッドも有しうる。
上部支持は、その対応する上部基板の材料と同じ材料から形成されうる一方、底部支持は、その対応する底部基板の材料（たとえば、シリコンまたはポリシリコン）と同じ材料から形成されうる。そのうえ、例示的な実施形態において、底部基板は、１つより多い支持部分を有する。特に、底部基板は、主要部材に対して対称的に配置されている複数の底部支持部分を含みうる。
本発明の別の代替の実施形態に従って、ＭＥＭＳバルク共振ジャイロスコープは、静電気信号の受信に応答して、たわみモードで共振するように構成される主要部材に固定されている底部基板を有しうる。主要部材は、バルクモードにおいて回転に応答するようにも構成されうる。センサーは、底部基板を主要部材の底面に固定する底部支持部分をも有しうる。そのうえ、主要部材の上面は、拘束された部分を有しえ、その拘束された部分はたわみモードおよびバルクモードで共振する場合、実質的におよそ０ヘルツで共振するように機械的に拘束されている。
本発明の他の代替の実施形態に従って、運動を探知する方法は、主要部材をたわみモードで所与の周波数で共振させ、これにより、主要部材に実質的におよそ０ヘルツで共振する上部および底部部分をもたせる。方法はまた、底部部分を第一の基板に固定し、かつたわみモードで共振する間、上部部分を機械的に拘束することで、上部部分における振動を実質的に除去する。最後に、方法は、主要部材の運動に応答して、静電容量変化信号を発生させる。この静電容量変化信号を発生させる場合、主要部材は、バルクモードで所与の周波数で共振する。
所与の周波数は、主要部材の共振周波数でありうる。そのうえ、方法は、第二の基板を上部部分に固定することにより機械的に拘束しうる。代替の実施形態は、主要部材をチャンバー内に密閉してシールしうる一方、いくつかの実施形態は、静電容量変化信号に少なくとも２次元における運動の変化を示させうる。
上記の論述は、本発明の種々の例示的な実施形態を開示するが、当業者は、本発明の真の範囲から逸脱することなしに、本発明の利点の一部を達成する種々の改変をなしうるということが、明白であるはずである。

Claims (20)

  1. バルク音波ジャイロスコープであって、該ジャイロスコープは、
    部材平面における主要部材と、
    該部材平面から間隔をあけられた電極平面における電極層とを含み、
    該電極層は、第一の部分および第二の部分を有し、該第一の部分は、該第二の部分から電気的に絶縁され、該第一の部分は、該第二の部分と機械的に連結され、
    該電極層の該第一の部分は、該主要部材に面し、
    該電極の該第二の部分は、該部材平面における構造に直接連結されている、
    ジャイロスコープ。
  2. 前記部材平面から前記電極層の前記第二の部分の中に延びている伝導性経路をさらに含む、請求項１に記載のジャイロスコープ。
  3. 前記伝導性経路は、ビアを含む、請求項２に記載のジャイロスコープ。
  4. 酸化物が、前記電極の前記第二の部分を前記部材平面における前記構造と直接連結している、請求項１に記載のジャイロスコープ。
  5. 前記電極層の前記第二の部分は、接地されている、請求項１に記載のジャイロスコープ。
  6. 前記電極層の前記第一の部分を前記電極層の前記第二の部分から分離する溝をさらに含み、該溝は、少なくとも一部、誘電性材料で満たされている、請求項１に記載のジャイロスコープ。
  7. 前記部材平面における側部電極をさらに含み、該側部電極は、前記主要部材から半径方向に間隔をあけられている、請求項１に記載のジャイロスコープ。
  8. 前記主要部材および前記電極層は、少なくとも一部、絶縁体上シリコンウェーハから形成されている、請求項１に記載のジャイロスコープ。
  9. 前記主要部材はディスクを形成し、該ディスクは、前記電極層の前記第一の部分からの静電気信号の受信に応答して、たわみモードで共振する、請求項１に記載のジャイロスコープ。
  10. バルク音波ジャイロスコープであって、該ジャイロスコープは、
    部材平面における共振部材と、
    電極平面における電極層とを含み、該部材平面および該電極平面は離して間隔をあけられ、
    該共振部材は、少なくとも一部、絶縁体上シリコンウェーハの第一の層から形成され、該底部電極層は、少なくとも一部、該絶縁体上シリコンウェーハの第二の層から形成され、
    該底部電極層は、第一の部分および第二の部分を有し、該第一の部分は、該第二の部分から電気的に絶縁され、該第一の部分は、該共振部材に面し、かつ電圧をかけられた場合に該共振部材を静電気的に作動させるように構成され、
    該電極層の該第一の部分は、該電極層の該第二の部分に機械的に固定され、
    該電極層の該第二の部分は、該部材平面における構造に固定されている、
    ジャイロスコープ。
  11. 前記電極層の前記第二の部分を前記電極平面における構造に固定するビアをさらに含む、請求項１０に記載のジャイロスコープ。
  12. 酸化物が、前記電極の前記第二の部分を前記部材平面における前記構造と直接連結している、請求項１０に記載のジャイロスコープ。
  13. 前記電極層の前記第一の部分を前記電極層の前記第二の部分から分離する溝をさらに含み、該溝は、少なくとも一部、誘電性材料で満たされている、請求項１０に記載のジャイロスコープ。
  14. 前記部材平面における側部電極をさらに含み、該側部電極は、前記主要部材から半径方向に間隔をあけられている、請求項１０に記載のジャイロスコープ。
  15. 前記電極層の前記第二の部分は、電圧が前記電極層の前記第一の部分に印加された場合、接地されるように構成されている、請求項１０に記載のジャイロスコープ。
  16. バルク音波ジャイロスコープを形成する方法であって、該方法は、
    部材平面において主要部材を形成することと、
    該部材平面から縦に間隔をあけられた電極平面において電極層を形成することと、
    該電極層の一部を除去することにより、溝を形成することと、
    該溝を非伝導性材料を用いて満たすことにより、該電極層の第一の部分および該電極層の第二の部分を生成することとを含み、該非伝導性材料は、該電極層の該第一の部分と該電極層の該第二の部分とを機械的に接続し、該非伝導性材料は、該電極層の該第一の部分を該電極層の該第二の部分から電気的に絶縁している、
    方法。
  17. 前記電極層の前記第二の部分を通して、前記部材平面における構造の中にアンカーを形成することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記主要部材を形成すること、および前記電極層を形成することは、絶縁体上シリコンウェーハを処理することを含む、請求項１６に記載の方法。
  19. 前記主要部材をリリースすることにより、該主要部材と前記電極層との間に間隔を形成することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
  20. 前記リリースすることは、前記主要部材と前記電極層との間の絶縁体材料を維持するために、該リリースの時間を設定することを含む、請求項１９に記載の方法。
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