JP4899687B2

JP4899687B2 - 弾性表面波角速度センサ

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Publication number: JP4899687B2
Application number: JP2006202399A
Authority: JP
Inventors: 加納　　一彦; 明彦勅使河原; 和樹荒川; 一志浅海
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2026-07-25
Also published as: JP2008026273A

Description

本発明は、弾性表面波を用いて摂動錘を駆動振動させ、この摂動錘に対して加えられる加速度の検出を行う弾性表面波角速度センサ（以下、単に角速度センサという）に関するものである。

従来、特許文献１、２において、弾性表面波を用いて角速度の検出を行う角速度センサが提案されている。特許文献１、２に記載されている角速度センサは、共に、同一原理に基づいて角速度を検出するものであり、センサを構成するデバイスの構造としては、圧電単結晶基板上に金属配線で形成された駆動用の櫛歯電極、検出用の櫛歯電極、反射器および複数の摂動錘を備えたものを採用している。

図１９は、特許文献１に記載された角速度センサのレイアウト図である。この図に示すように、略正方形に整列配置された複数の摂動錘Ｊ１を中心として、複数の摂動錘Ｊ１により形成される正方形の一辺と対向するように駆動用の櫛歯電極Ｊ２が配置され、さらに、その駆動用の櫛歯電極Ｊ２および複数の摂動錘Ｊ１を挟むように両側に反射器Ｊ３、Ｊ４が配置されている。つまり、複数の摂動錘Ｊ１により形成される正方形の相対する二辺と対向するように駆動用の櫛歯電極Ｊ２および反射器Ｊ３、Ｊ４が配置されることで、駆動用の櫛歯電極Ｊ２および反射器Ｊ３、Ｊ４からなる１つの弾性表面波デバイスが図１９中のｘ軸方向に並べられ、そのデバイスの伝播路上に複数の摂動錘Ｊ１が配置された構成となっている。

また、複数の摂動錘Ｊ１により形成される正方形の相対する他の二辺と対向するように検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６が設けられると共に、その検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６および複数の摂動錘Ｊ１を挟むように両側に反射器Ｊ７、Ｊ８が配置されることで、検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６および反射器Ｊ７、Ｊ８からなるもう１つの弾性表面波デバイスが図１９中のｙ軸方向に並べられ、そのデバイスの伝播路上に摂動錘Ｊ１が配置された構成となっている。

このように構成される角速度センサは、以下のように作動する。図２０に、角速度センサの駆動用の櫛歯電極Ｊ２による定在波の振動分布と摂動錘Ｊ１との関係とその角速度センサに発生するコリオリ力の説明図を示し、この図を参照して説明する。

駆動用の櫛歯電極Ｊ２に交流電圧を印加し、その駆動用の櫛歯電極Ｊ２のピッチで決まる共振周波数、たとえば１０ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの信号で駆動すると、弾性表面波が励起される。このとき、弾性表面波が反射器Ｊ３、Ｊ４で閉じ込められるため、弾性表面波の励振効率が向上していく。また、反射器Ｊ３、Ｊ４により、駆動用の櫛歯電極Ｊ２と反射器Ｊ４の間にある伝播路に定在波が生成される。

そして、複数の摂動錘Ｊ１のピッチが定在波の波長に合わせられており、各摂動錘Ｊ１それぞれが定在波の腹の部分に位置するようにパターニングされているため、摂動錘Ｊ１が定在波の最大振幅位置で振動する。なお、「定在波の腹」とは、基板面に垂直方向の振動成分が最大となる場所のことを意味している。

このとき、対角線上において隣接している各摂動錘Ｊ１が定在波の振幅の上下逆位相となる位置に配置されているため、図２０に示すように、摂動錘Ｊ１１〜Ｊ１４と摂動錘Ｊ１５は逆位相振動する。

このような状態において、図中で、ｘ方向の回りに回転（角速度）Ωｘが加わった場合、摂動錘Ｊ１に振動速度に比例したコリオリ力による加速度ａ＝２ｖ×Ωがｙ方向に加わる。ｖとΩｘはベクトル量であるから、摂動錘Ｊ１１〜Ｊ１４と摂動錘Ｊ１５に作用する力は逆位相となる。

また、コリオリ力によるそれぞれの摂動錘Ｊ１１〜Ｊ１５で生じる加振力は、駆動定在波（ｘ方向）とは直行する向き（ｙ方向）に弾性波を励振することとなる。これらの摂動錘Ｊ１１〜Ｊ１５において駆動される弾性波は、摂動錘Ｊ１（たとえば、摂動錘Ｊ１１とＪ１２）がｙ方向に対し波長の整数倍で配置されるため、検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６の空間に弾性波動が励振される。そして、検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６と対向するように反射器Ｊ７、Ｊ８が設置されているため、コリオリ力によって励振された波によって定在波が励振される。この定在波の強さがコリオリ力に比例しているため、検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６で電圧または電荷を計測することにより、回転角速度を計測することが可能となる。
特開平８−３３４３３０号公報米国特許第６５１６６６５号明細書

これら特許文献１、２に記載された技術は、高周波のメカニカルフィルタ（セラミックスフィルタ、ＳＡＷフィルタ）に基づき成り立っているため、角速度センサを形成するための圧電単結晶基板として、主にＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃を用いると想定される。

しかしながら、このような圧電単結晶基板は、メカニカルフィルタの分野では良く用いられているが、この上に摂動錘Ｊ１を設けて角速度センサを構成する場合には、小型化、回路との集積化には適していない。例えば、上述したように、駆動用の櫛歯電極Ｊ２による振動によって定在波を発生させ、複数の摂動錘Ｊ１を定在波の腹の位置に配置することによってコリオリ力を検出するようにしているため、数多くの摂動錘Ｊ１を広範囲に配置しなければならず、上述したように小型化、回路との集積化に適さない。

また、これら構造では、複数の摂動錘Ｊ１それぞれを定在波の腹の位置に配置できるようにしなければならないため、個々の摂動錘Ｊ１の質量が小さく、コリオリ力は摂動錘Ｊ１の質量、速度に比例するため、感度が小さくなるという問題もある。

本発明は、上記問題に鑑みて、小型化・回路との集積化が図れる角速度センサを提供することを第１の目的とする。また、高感度にできる角速度センサを提供することを第２の目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、半導体基板（２）と、半導体基板（２）の上に形成された下部電極（４）と、下部電極（４）を覆うように形成された圧電膜（５）と、圧電膜（５）の上において、下部電極（４）と対向する位置に形成され、駆動電圧が印加されることで圧電膜（５）と下部電極（４）との間に電界を発生させ、圧電膜（５）に対して弾性表面波を発生させる駆動電極（７〜１０）と、圧電膜（５）の上において、駆動電極（７〜１０）の両側を挟み込むように配置され、駆動電極（７〜１０）に対して駆動電圧を印加したときに発生させられる弾性表面波を定在波とする反射器（１１、１２）と、定在波が形成される領域に配置され、該定在波により半導体基板（２）の垂直方向に振動させられる摂動錘（６）と、圧電膜（５）の上に形成され、摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）とを備え、半導体基板（２）には、摂動錘（６）用のトレンチ（２ａ）が形成されており、該トレンチ（２ａ）内に摂動錘（６）が配置されることで、摂動錘（６）が圧電膜（５）の下に配置されていることを第１の特徴としている。

このように、半導体基板（２）を用い、この半導体基板（２）の上に下部電極（４）を形成すると共に、下部電極（４）を覆うように圧電膜（５）を形成し、さらに圧電膜（５）の上の下部電極（４）と対向する位置に駆動電極（７〜１０）を配置している。このような構成の角速度センサによれば、駆動電極（７〜１０）と下部電極（４）との間に発生させられる電界によって駆動電極（７〜１０）を大きく振動させることが可能となる。そして、このように駆動電極（７〜１０）の振動を大きくできることにより、駆動電極（７〜１０）の振動に基づいて摂動錘（６）が形成された領域に発生させられる定在波も大きくなって、摂動錘（６）の振動速度を大きくできる。したがって、高感度な角速度センサとすることが可能となる。

なお、このような本発明の角速度センサの駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）の基本構造に関しては従来の角速度センサと同様であるため、角速度センサの高感度化が図れるのであれば、同じ感度を得るために必要とされるセンサ部の面積を小さくすることが可能となる。このため、角速度センサの小型化・回路との集積化を図ることもできる。

また、本発明では、半導体基板（２）に複数のトレンチ（２ｂ）を形成すると共に、複数のトレンチ（２ｂ）内に絶縁膜（３）を形成し、複数のトレンチ（２ｂ）内において、絶縁膜（３）を介して駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）を形成することで、駆動電極（７〜１０）、前記反射器（１１、１２）および前記検出器（１３〜１６）の上に圧電膜（５）が形成される構造とした角速度センサにおいて、摂動錘（６）の単位面積当たりの重さが駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）の単位面積あたりの重さよりも重くなるようにし、半導体基板（２）に摂動錘（６）用のトレンチ（２ａ）を形成して、該トレンチ（２ａ）内に摂動錘（６）を配置することで、摂動錘（６）が圧電膜（５）の下に配置された構造とすることを第２の特徴としている。

このように、駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）が圧電膜（５）の下に配置される構造においても、摂動錘（６）の単位面積当たりの重さが駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）の単位面積当たりの重さよりも重くなるようにすることで、角速度が印加された時に発生するコリオリ力が大きくなり、コリオリ力に基づいて励起される弾性波の振幅が大きくなって、摂動錘（６）の振動振幅や振動速度を大きくすることが可能となる。これにより、角速度センサの高感度化を図ることが可能となる。

そして、この場合、圧電膜（５）の上に導電性膜（６０）を形成することで、駆動電極（７〜１０）と導電性膜（６０）の間に一定の電位差を発生させることが可能となり、圧電膜（５）に効率よく電力を注入すること（つまり電圧を加えること）が可能となる。また、この導電性膜（６０）をＧＮＤ電位とすれば、電気的なシールド効果を発揮させることも可能となり、角速度センサに生じるノイズレベルを抑制できるため、角速度センサ内での信号レベルが上がり、さらなる高感度化を図ることが可能となる。

本発明の第１〜第２の特徴において、摂動錘（６）の材料と駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）の材料を異ならせ、摂動錘（６）の材料の方が駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）の材料の密度よりも高くすると好ましい。

このようにすれば、上記第２の特徴で示したように、摂動錘（６）の単位面積当たりの重さが駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）の単位面積あたりの重さよりも重くなるようにすることができ、角速度センサの高感度化を図ることができる。

同様に、摂動錘（６）の膜厚を駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）の膜厚よりも厚く構成しても、摂動錘（６）の単位面積当たりの重さが駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）の単位面積あたりの重さよりも重くなるようにすることができる。

なお、本発明の第１の特徴を有した角速度センサは、半導体基板（２）を用意する工程と、半導体基板（２）の上において、駆動電極（７〜１０）の形成予定位置と対応する位置に下部電極（４）を形成する工程と、下部電極（４）を覆うように圧電膜（５）を形成する工程と、圧電膜（５）の上に、駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）を形成する工程と、摂動錘（６）を形成する工程と、を含み、摂動錘（６）を形成する工程を、半導体基板（２）に対して摂動錘（６）用のトレンチ（２ａ）を形成する工程と、トレンチ（２ａ）内に絶縁膜（３）を形成する工程と、絶縁膜（３）を介してトレンチ（２ａ）内に摂動錘（６）を形成することで、摂動錘（６）を圧電膜（５）の下に配置する工程と、を含んだ工程とし、摂動錘（６）が圧電膜（５）の下に配置されるようにするという製造方法にて製造することができる。この場合、圧電膜（５）の上に、駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）を形成する工程と、摂動錘（６）を形成する工程とを同時に行っても、別々の工程として行っても良い。

また、本発明の第２の特徴を有した角速度センサは、半導体基板（２）を用意する工程と、半導体基板（２）のうち駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）の形成予定位置と対応する場所に複数のトレンチ（２ｂ）を形成する工程と、トレンチ（２ｂ）の内壁に絶縁膜（３）を形成する工程と、絶縁膜（３）を介して、複数のトレンチ（２ｂ）内に、駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）を形成する工程と、駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）の上に圧電膜（５）を形成する工程と、摂動錘（６）の単位面積当たりの重さが駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）の単位面積あたりの重さよりも重くなるように、摂動錘（６）を形成する工程と、を含み、摂動錘（６）を形成する工程を、半導体基板（２）に、摂動錘（６）用のトレンチ（２ａ）を形成する工程と、摂動錘（６）用のトレンチ（２ａ）内に絶縁膜（３）を形成したのち、摂動錘（６）を配置することで、圧電膜（５）の下に摂動錘（６）が配置されるように形成する工程と、を含んだ工程とし、摂動錘（６）が圧電膜（５）の下に配置されるようにする製造方法により製造することができる。

そして、この場合、圧電膜（５）の上に導電性膜（６０）を形成する工程を行うこともできる。このような導電性膜（６０）を形成することで、駆動電極（７〜１０）と導電性膜（６０）の間に一定の電位差を発生させることが可能となり、圧電膜（５）に効率よく電力を注入すること（つまり電圧を加えること）が可能となる。また、この導電性膜（６０）をＧＮＤ電位とすれば、電気的なシールド効果を発揮させることも可能となり、角速度センサに生じるノイズレベルを抑制できるため、角速度センサ内での信号レベルが上がり、さらなる高感度化を図ることが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態の角速度センサ１を示したものであり、図１（ａ）は、角速度センサ１の斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

図１（ｂ）に示すように、角速度センサ１は、半導体基板であるシリコン基板２を用いて形成されている。例えば、シリコン基板２の板厚は４００μｍ以上とされ、このシリコン基板２上にセンサ部が形成されることにより角速度センサ１が構成されている。

シリコン基板２の表面全面に、絶縁膜として例えば１μｍ以下の膜厚のシリコン酸化膜３が形成され、このシリコン酸化膜３の表面に、例えば数百ｎｍ程度の膜厚の下部電極４が形成されている。この下部電極４は、不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ系材料、Ｔｉ系材料、Ｗ系材料、Ｍｏ系材料のいずれかの金属もしくはそれを含む合金によって構成されている。下部電極４を不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等で形成すれば、角速度センサ１の製造を半導体プロセスにて行う場合に、下部電極４の形成時の金属汚染を防止することができる。

下部電極４の表面全面に、例えば数μｍ程度の膜厚の圧電膜５が形成されている。圧電膜５を例えば圧電体であるＡｌＮ、ＺｎＯ等により構成することができ、圧電体の中でも強誘電体に属するＰＺＴ：Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ₃、ＰＴ：ＰｂＴｉＯ₃等により構成することもできるが、圧電膜５をＡｌＮにより構成した場合には、角速度センサ１と同チップ中にＣＭＯＳなどの他の素子を形成したとしても、金属汚染の要因とならないようにできる。

そして、圧電膜５の表面に、摂動錘６定在波を発生させるための励振用の櫛歯電極（以下、励振用ＩＤＴという）７〜１０、反射器１１、１２および検出器としての役割を果たす検出用ＩＤＴ１３〜１６が備えられた構成とされている。

これら摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６も、不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｒｕ等の金属またはそれを含む合金、たとえばＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｃｕ、ＴｉＷ等の合金によって構成されている。これらを不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等で形成すれば、角速度センサ１の製造を半導体プロセスにて行う場合に、摂動錘６の形成時の金属汚染を防止することができ、摂動錘６をＡｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｒｕ等で形成すれば、質量を重くすることが可能となる。

摂動錘６は、図１（ａ）に示すように、例えば四角形（例えば正方形）で構成され、複数個備えられている。そして、複数個の摂動錘６が千鳥状に配置されることで、その外縁形状が略正方形とされている。具体的には、複数の摂動錘６は、これら複数の摂動錘６が構成する略正方形の相対する二辺（具体的には図中Ｙ軸方向）と平行な複数列に並べられ、例えば各列が励振用ＩＤＴ７により生成される定在波の腹の位置となるように、例えば各列の間隔が定在波の波長λと同じもしくはその半分となるように設定されている。

励振用ＩＤＴ７〜１０は、複数の摂動錘６が構成する略正方形の相対する二辺（具体的には紙面左右の二辺）と対向するように配置され、複数の摂動錘６の両側に１組ずつ配置されている。具体的には、励振用ＩＤＴ７と励振用ＩＤＴ８を組として、この組が摂動錘６に対して紙面左側に配置されている。また、励振用ＩＤＴ９と励振用ＩＤＴ１０を組として、この組が摂動錘６に対して紙面右側に配置されている。これら励振用ＩＤＴ７〜１０には、例えばボンディングワイヤなどにより構成される駆動電圧印加ライン（図示せず）を通じて、駆動電源から駆動電圧が印加されるようになっており、下部電極４との間に電位差を発生させることで、励振用ＩＤＴ７〜１０を図１（ａ）、（ｂ）のｚ軸方向（つまり基板垂直方向）に振動させられるようになっている。

励振用ＩＤＴ７、８は、これらが一対となって一組の駆動電極を構成するものである。これら励振用ＩＤＴ７、８は、共に、摂動錘６のうちｙ軸と平行な一辺と対向する複数の櫛歯部７ａ、８ａと、これら複数の櫛歯部７ａ、８ａを連結する連結部７ｂ、８ｂを有して構成されている。この励振用ＩＤＴ７、８は、互いの櫛歯部７ａ、８ａが等間隔に一本ずつ交互に、つまり互いの櫛歯部７ａ、８ａが噛み合うように配置されることで、各櫛歯部７ａ、８ａが１本ずつ対向配置されている。そして、各連結部７ｂ、８ｂが櫛歯部７ａ、８ａを挟んで反対側に配置され、連結部７ｂが各櫛歯部７ａの紙面上方側の端部と接続され、連結部８ｂが各櫛歯部８ａの紙面下方側の端部と接続されている。

一方、励振用ＩＤＴ９、１０も同様であり、これらが一対となって一組の駆動電極を構成している。これら励振用ＩＤＴ９、１０は、共に、摂動錘６のうちｙ軸と平行な他の一辺（つまり励振用ＩＤＴ７、８が配置される側とは反対側の一辺）と対向する複数の櫛歯部９ａ、１０ａと、これら複数の櫛歯部９ａ、１０ａを連結する連結部９ｂ、１０ｂを有して構成されている。この励振用ＩＤＴ９、１０は、互いの櫛歯部９ａ、１０ａが等間隔に一本ずつ交互に、つまり互いの櫛歯部９ａ、１０ａが噛み合うように配置されることで、各櫛歯部９ａ、１０ａが１本ずつ対向配置されている。そして、各連結部９ｂ、１０ｂが櫛歯部９ａ、１０ａを挟んで反対側に配置され、連結部９ｂが各櫛歯部９ａの紙面上方側の端部と接続され、連結部１０ｂが各櫛歯部１０ａの紙面下方側の端部と接続されている。

反射器１１、１２は、それぞれ、複数の摂動錘６および励振用ＩＤＴ７〜１０を挟んだ両側に配置されいる。これら反射器１１、１２は、励振用ＩＤＴ７〜１０における櫛歯部７ａ〜１０ａと対向するように図１中のｙ軸方向に沿って延設されている。

検出用ＩＤＴ１３、１４は、これらが一対となって一組の検出器（第１検出器）を構成するものである。これら検出用ＩＤＴ１３、１４は、共に、摂動錘６のうちｘ軸と平行な一辺と対向する複数の櫛歯部１３ａ、１４ａと、これら複数の櫛歯部１３ａ、１４ａを連結する連結部１３ｂ、１４ｂを有して構成されている。この検出用ＩＤＴ１３、１４は、互いの櫛歯部１３ａ、１４ａが等間隔に一本ずつ交互に、つまり互いの櫛歯部１３ａ、１４ａが噛み合うように配置されることで、各櫛歯部１３ａ、１４ａが１本ずつ対向配置されている。そして、各連結部１３ｂ、１４ｂが櫛歯部１３ａ、１４ａを挟んで反対側に配置され、連結部１３ｂが各櫛歯部１３ａの紙面左側の端部と接続され、連結部１４ｂが各櫛歯部１４ａの紙面右側の端部と接続されている。

一方、検出用ＩＤＴ１５、１６も同様であり、これらが一対となって一組の検出器（第２検出器）を構成する。これら検出用ＩＤＴ１５、１６は、共に、摂動錘６のうちｘ軸と平行な他の一辺（つまり検出用ＩＤＴ１３、１４が配置される側とは反対側の一辺）と対向する複数の櫛歯部１５ａ、１６と、これら複数の櫛歯部１５ａ、１６ａを連結する連結部１５ｂ、１６ｂを有して構成されている。この検出用ＩＤＴ１５、１６は、互いの櫛歯部１５ａ、１６ａが等間隔に一本ずつ交互に、つまり互いの櫛歯部１５ａ、１６ａが噛み合うように配置されることで、各櫛歯部１５ａ、１６ａが１本ずつ対向配置されている。そして、各連結部１５ｂ、１６ｂが櫛歯部１５ａ、１６ａを挟んで反対側に配置され、連結部１５ｂが各櫛歯部１５ａの紙面右側の端部と接続され、連結部１６ｂが各櫛歯部１６ａの紙面左側の端部と接続されている。

このようなセンサ部を有した構造により、本実施形態の角速度センサ１が構成されている。

続いて、本実施形態の角速度センサ１の作動について説明する。図２は、本実施形態の角速度センサ１に対して角速度が印加された場合の摂動錘６などの様子を示した拡大模式図である。

本実施形態の角速度センサ１におけるセンサ部の駆動は、励振用ＩＤＴ７〜１０に対して駆動電圧を印加することにより行う。例えば、励振用ＩＤＴ７、９に対して＋Ｂ［Ｖ］、励振用ＩＤＴ８、１０に対して−Ｂというように、励振用ＩＤＴ７、９と励振用ＩＤＴ８、１０に対してＢ［Ｖ］の振幅の交流電圧の位相を半周期ずらして印加する。このとき、必要に応じて下部電極４をＧＮＤに接続する。これにより、励振用ＩＤＴ７〜１０と下部電極４との間に電位差が発生させられ、これら励振用ＩＤＴ７〜１０と下部電極４の間に電界が発生して、励振用ＩＤＴ７〜１０がｚ軸方向に振動し、ｘ軸方向に弾性表面波が生成される。

弾性表面波を効率よく生成できる交流電圧の周期（共振周波数）は、主に励振用ＩＤＴ７〜１０の間隔や圧電膜５の物性、半導体基板（ここではシリコン基板２）の物性により決まる。このため、これらに基づいて交流電圧の周期を例えば数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚに調整することで、弾性表面波を励起することができる。

このとき、通常、伝搬路には進行波が励起されるが、励振用ＩＤＴ９、１０または反射器１１、１２により表面弾性波が伝搬路中に閉じ込められ、伝搬路に定在波が生成される。この定在波の腹の位置に複数の摂動錘６の各列が配置されているため、定在波の振幅を大きくすることができる。

ここで、ｘ軸を回転軸とする角速度センサ速度Ωが加わった場合、１つの摂動錘６の質量をｍ、摂動錘６の振動速度をｖ、摂動錘６の振幅をｒ、共振周波数をω（＝２πｆ）とすると、摂動錘６に対してｙ軸方向にコリオリ力Ｆ＝２ｍｖΩが働く。なお、ｖ＝ｒω、ω＝２πｆである。

また、定在波の振動は駆動電圧の周波数と同じ周期の振動となる。このため、コリオリ力Ｆは、ｙ軸の＋方向と−方向に周期的に振動する。このコリオリ力Ｆにより、複数の摂動錘６を挟んでｙ軸方向両側に配置された検出用ＩＤＴ１３〜１６の方向に弾性波が励起される。その弾性波の振動振幅を検出用ＩＤＴ１３〜１７の電気信号（電圧または電荷）に変換することで角速度を測定することが可能となる。

次に、本実施形態の角速度センサ１の製造方法について説明する。図３に、本実施形態の角速度センサ１の製造工程の断面図を示し、この図を参照して説明する。

まず、図３（ａ）に示す工程では、例えば４００μｍ以上の膜厚のシリコン基板２を用意する。このようにシリコン基板２のような半導体基板を用いることで、他の回路などと共に角速度センサ１を形成する事が可能となり、回路との集積化を図ることも可能になる。そして、このシリコン基板２の表面に、絶縁膜として例えば１μｍ以下の膜厚のシリコン酸化膜３を形成する。

続く、図３（ｂ）に示す工程では、シリコン酸化膜３の表面に、例えば数百ｎｍ程度の厚みの下部電極４を成膜する。例えば、不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉを堆積させたり、Ａｌ系材料、Ｔｉ系材料、Ｗ系材料、の金属もしくはそれを含む合金をスパッタすることによって下部電極４を成膜する。

続いて、下部電極４の表面全面に、例えばＡｌＮ、ＺｎＯ、ＰＺＴ、ＰＴ等によって数μｍの厚みの圧電膜５を形成する。

そして、図３（ｃ）に示す工程では、圧電膜５の表面に、不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｒｕ等の金属またはそれを含む合金、たとえばＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｃｕ、ＴｉＷ等を成膜したのち、それをパターニングすることで、摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成する。この後は、ワイヤボンディングなどを行うことで、駆動電圧印加ラインやＧＮＤラインを形成したり、励振用ＩＤＴ７〜１０や検出用ＩＤＴ１３〜１６と接続される配線等を形成することで、本実施形態の角速度センサ１が完成する。

以上説明した本実施形態の角速度センサ１によれば、励振用ＩＤＴ７〜１０の下に圧電膜５を介して下部電極４を形成した構造としている。このため、励振用ＩＤＴ７〜１０と下部電極４との間に発生させられる電界によって励振用ＩＤＴ７〜１０を大きく振動させることが可能となる。そして、このように励振用ＩＤＴ７〜１０の振動を大きくできることにより、励振用ＩＤＴ７〜１０の振動に基づいて摂動錘６が形成された領域に発生させられる定在波も大きくなり、摂動錘６の振動速度を大きくできる。

角速度センサ１では、角速度が加えられた場合、摂動錘６の振動速度に比例したコリオリ力による加速度が発生するため、摂動錘６の振動速度が大きくできることにより、角速度センサ１の高感度化を図ることが可能となる。このように、本実施形態の角速度センサ１によれば、高感度化を図ることが可能となる。

また、本実施形態の角速度センサ１の励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６の基本構造に関しては従来の角速度センサと同様であるため、角速度センサ１の高感度化が図れるのであれば、同じ感度を得るために必要とされるセンサ部の面積を小さくすることが可能となる。このため、角速度センサ１の小型化・回路との集積化を図ることができる。

特に、本実施形態では、角速度センサ１を半導体基板であるシリコン基板２に形成できる構造としているため、好適に他の回路との集積化も図ることが可能となる。

（第１実施形態の変形例）
上記実施形態において、圧電膜５の表面に直接、摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成する構造としているが、必要に応じて、図４の断面図に示すように、圧電膜５の表面に層間絶縁膜２０を成膜し、この層間絶縁膜２０の表面に摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成するようにしても良い。特に、ＡｌＮによって圧電膜５を形成する場合には、層間絶縁膜２０を形成すると好ましい。これは、励振用ＩＤＴ７〜１０に対して電圧を印加し、励振用ＩＤＴ７〜１０と下部電極４の間に電界が掛けられたときに励振用ＩＤＴ７〜１０から下部電極４に向けてリーク電流が流れる可能性があるためである。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の角速度センサ１は、第１実施形態に対して摂動錘６の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態の角速度センサ１は、第１実施形態に対して１つ１つの摂動錘６の単位面積当たりの重さを重くしている。具体的には、摂動錘６の材料が励振用ＩＤＴ７〜１０や反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６の材料よりも密度の高いものとすることで、摂動錘６の単位面積あたりの重さが励振用ＩＤＴ７〜１０の単位面積当たりの重さよりも重くなるようにしている。例えば、励振用ＩＤＴ７〜１０などを不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉで構成する場合、摂動錘６をＰｔ（２１．４ｇ／ｃｍ³）、Ａｕ（１９．３ｇ／ｃｍ³）、Ｗ（１９．１ｇ／ｃｍ³）等で構成するようにしている。この摂動錘６の膜厚は励振用ＩＤＴ７〜１０等と同等の膜厚であっても良いが、励振用ＩＤＴ７〜１０等の２倍以上の膜厚とすると好ましい。

このように、摂動錘６の材料が励振用ＩＤＴ７〜１０や反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６の材料よりも密度の高いものとなるようにすることで、角速度が印加された時に発生するコリオリ力が大きくなり、ｙ軸方向に励起される弾性波の振幅が大きくなって、摂動錘６の振動振幅や振動速度を大きくすることが可能となる。これにより、角速度センサ１の更なる高感度化を図ることが可能となる。

具体的には、通常、摂動錘６の材料には配線材料と同材料であるＡｌ（２．６９ｇ／ｃｍ³）系が用いられる。しかしながら、Ａｌ系の材料では密度が小さいため、コリオリ力が小さい。これに対して、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ等のように、例えばＡｌの５倍（１３．５／ｃｍ³）以上の密度の材料を用い、かつ、摂動錘６の膜厚を励振用ＩＤＴ７〜１０の膜厚の２倍以上として摂動錘６を形成すると、角速度センサ１の感度をＡｌ系の材料で摂動錘６を形成した場合と比べて、１桁向上させることが可能となる。

なお、ここでは摂動錘６の材料としてＰｔ、Ａｕ、Ｗを例に挙げて説明したが、摂動錘６の材料は励振用ＩＤＴ７〜１０等の材料との関係により決まるものであり、必ずしもここで挙げたものでなければならないというものではない。

次に、本実施形態の角速度センサ１の製造方法について説明する。図５に、本実施形態の角速度センサ１の製造工程の断面図を示し、この図を参照して説明する。

まず、図５（ａ）、（ｂ）に示す工程では、図３（ａ）、（ｂ）と同様の工程を行う。続いて、図５（ｃ）に示す工程では、圧電膜５の表面に、例えば不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ等を成膜したのち、それをパターニングすることで、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成する。

そして、図５（ｄ）に示す工程では、励振用ＩＤＴ７〜１０等の表面を含めた圧電膜５の表面に摂動錘６の材料となるＰｔ、Ａｕ、Ｗ等のいずれかを励振用ＩＤＴ７〜１０等の２倍以上の膜厚で成膜したのち、摂動錘６をパターニングする。このとき、励振用ＩＤＴ７〜１０等の材料と摂動錘６の材料とのエッチング選択比が得られるエッチング材料を選択する。

この後は、ワイヤボンディングなどを行うことで、駆動電圧印加ラインやＧＮＤラインを形成したり、励振用ＩＤＴ７〜１０や検出用ＩＤＴ１３〜１６と接続される配線等を形成することで、本実施形態の角速度センサ１が完成する。

（第２実施形態の変形例）
上記第２実施形態において、圧電膜５の表面に直接、摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成する構造としているが、第１実施形態の変形例で示したように、必要に応じて、図６の角速度センサ１の断面図に示すように、圧電膜５の表面に層間絶縁膜２０を成膜し、この層間絶縁膜２０の表面に摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成するようにしても良い。このようにすれば、摂動錘６の材料と励振用ＩＤＴ７〜１０等の材料との組み合わせにより圧電膜５が侵食され得るが、そのような侵食を防止することも可能となる。

また、上記第２実施形態では、第１実施形態で示したように励振用ＩＤＴ７〜１０の下に下部電極４が形成された構造において、さらに摂動錘６の材料が励振用ＩＤＴ７〜１０の材料よりも密度の高いものにするという組み合わせを説明したが、下部電極４を備えない構造において本実施形態の構造を採用しても、角速度センサ１の高感度化を図るという効果は得られる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の角速度センサ１も、第２実施形態と同様に、第１実施形態に対して摂動錘６の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図７は、本実施形態の角速度センサ１の断面構成を示した図である。この図に示すように、本実施形態の角速度センサ１では、摂動錘６の膜厚を励振用ＩＤＴ７〜１０や反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６の膜厚よりも厚くすることにより、第１実施形態に対して１つ１つの摂動錘６の重さを重くしている。

このように、摂動錘６の膜厚が励振用ＩＤＴ７〜１０や反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６の膜厚よりも厚くなるようにしても、角速度が印加された時に発生するコリオリ力が大きくなり、ｙ軸方向に励起される弾性波の振幅が大きくなって、摂動錘６の振動振幅や振動速度を大きくすることが可能となる。これにより、角速度センサ１の更なる高感度化を図ることが可能となる。

次に、本実施形態の角速度センサ１の製造方法について説明する。図８に、本実施形態の角速度センサ１の製造工程の断面図を示し、この図を参照して説明する。

まず、図８（ａ）〜（ｃ）に示す工程では、図５（ａ）〜（ｃ）と同様の工程を行う。続いて、図５（ｄ）に示す工程では、励振用ＩＤＴ７〜１０等の表面を含めた圧電膜５の表面に例えば１０μｍ以上の膜厚の厚膜レジスト３０を塗布してから、この厚膜レジスト３０のうち摂動錘６の形成予定位置をフォトリソグラフィにて開口させたホールパターンを形成する。続いて、成膜またはメッキ工程により、厚膜レジスト３０に形成された穴内に摂動錘６の材料を埋め込むことで、高アスペクト比（底面の幅に対する高さの比）となる針状の複数の摂動錘６が形成される。ここで述べるメッキ工程とは、シード層を用いる電解メッキまたは、無電解メッキ手法を指している。シード層を用いる場合には、レジストを塗布する前に、シード層を成膜し、厚膜のフォトレジストを塗布、パターニングする必要がある。その後、図８（ｅ）に示す工程において、厚膜レジスト３０を除去することにより、厚膜レジスト３０の上に形成された摂動錘６の形成用の材料も共にリフトオフさせる。

（第３実施形態の変形例）
上記第３実施形態では、複数の摂動錘６それぞれが針状で構成される場合について説明したが、図９の角速度センサ１の断面図に示すように、厚膜レジスト３０よりも厚くなるように摂動錘６の材料を成膜したのち、摂動錘６がすべて一繋ぎとなるように上部錘６ａを架設することもできる。このようにすれば、摂動錘６の剛性を高めることが可能となり、角速度センサ１の構造体の持つ共振周波数が上がり、外部振動に強くなるという効果も得られる。

なお、このような上部錘６ａを形成するには、摂動錘６の材料のうち厚膜レジスト３０よりも上に形成された部分をパターニングするときに、例えば摂動錘６が形成される略正方形の領域と対応する正方形状に残すようにすれば良い。勿論、網目状に上部錘６ａが残るようにしても構わないが、摂動錘６の剛性を高めるためには正方形状に上部錘６ａを形成するのが好ましい。

また、図７や図９に示すように、圧電膜５の表面に直接、摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成する構造としているが、第１実施形態の変形例で示したように、必要に応じて、図１０（ａ）、（ｂ）の角速度センサ１の断面図に示すように、圧電膜５の表面に層間絶縁膜２０を成膜し、この層間絶縁膜２０の表面に摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成するようにしても良い。

また、上記第３実施形態でも、第１実施形態で示したように励振用ＩＤＴ７〜１０の下に下部電極４が形成された構造において、さらに摂動錘６が励振用ＩＤＴ７〜１０の材料よりも厚くなるようにするという組み合わせを説明したが、下部電極４を備えない構造において本実施形態の構造を採用しても、角速度センサ１の高感度化を図るという効果は得られる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態の角速度センサ１も、第１実施形態に対して摂動錘６の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図１１は、本実施形態の角速度センサ１を示したものであり、図１１（ａ）は、角速度センサ１の斜視図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。

本実施形態の角速度センサ１は、図１１（ａ）において破線で示したように、第１実施形態に対して複数の摂動錘６をシリコン基板２内に埋め込んだ構成としている。具体的には、シリコン基板２に対して複数の摂動錘６と対応した数のトレンチ２ａが形成されており、このトレンチ２ａ内にシリコン酸化膜３を介して複数の摂動錘６が１つ１つ配置されている。そして、複数の摂動錘６を覆うようにシリコン酸化膜３が再度形成され、その上に下部電極４、圧電膜５などが形成された構造としている。そして、このような構造において、摂動錘６の材料は基板材料（ここではシリコン）よりも密度が高い材料、例えば、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ等とされている。

このように、シリコン基板２に摂動錘６を埋め込み、かつ、摂動錘６の材料をシリコンよりも高い密度の材料で構成するようにしても、摂動錘６の重さを重くすることができる。このため、角速度が印加された時に発生するコリオリ力が大きくなり、ｙ軸方向に励起される弾性波の振幅が大きくなって、摂動錘６の振動振幅や振動速度を大きくすることが可能となる。これにより、角速度センサ１の更なる高感度化を図ることが可能となる。

次に、本実施形態の角速度センサ１の製造方法について説明する。図１２に、本実施形態の角速度センサ１の製造工程の断面図を示し、この図を参照して説明する。

まず、図１２（ａ）に示す工程では、シリコン基板２を用意したのち、フォトリソグラフィ工程により、シリコン基板２のうち摂動錘６の形成予定領域にトレンチ２ａを形成する。そして、図１２（ｂ）に示す工程では、熱酸化等により、トレンチ２ａ内を含むシリコン基板２の表面にシリコン酸化膜３を形成する。

続く、図１２（ｃ）に示す工程では、シリコン酸化膜３の表面に摂動錘６の材料４０を成膜する。その後、図１２（ｄ）に示す工程では、シリコン酸化膜３が露出するまで摂動錘６の材料４０をエッチバックすることで、摂動錘６を形成する。このときのエッチバックは、ドライエッチングによって行っても良いが、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）にて行うこともできる。

そして、図１２（ｅ）に示す工程において、シリコン酸化膜３を再度形成することで摂動錘６を覆ったのち、図１２（ｆ）、（ｇ）の工程において、図８（ｂ）、（ｃ）と同様の工程を行う。

（第４実施形態の変形例）
上記第４実施形態において、圧電膜５の表面に直接、摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成する構造としているが、第１実施形態の変形例で示したように、必要に応じて、図１３の角速度センサ１の断面図に示すように、圧電膜５の表面に層間絶縁膜２０を成膜し、この層間絶縁膜２０の表面に摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成するようにしても良い。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態の角速度センサ１は、第４実施形態に対して励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６の構成を変更したものであり、その他に関しては第４実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図１４は、本実施形態の角速度センサ１を示したものであり、図１４（ａ）は、角速度センサ１の斜視図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。

本実施形態の角速度センサ１は、図１４（ａ）において破線で示したように、複数の摂動錘６に加えて、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６もシリコン基板２内に埋め込み、上述した下部電極４を無くした構成としている。具体的には、シリコン基板２に対して励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６と対応するトレンチ２ｂが形成されており、このトレンチ２ｂ内にシリコン酸化膜３を介して励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６が配置されている。そして、複数の摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を覆うようにシリコン酸化膜３が再度形成され、その上に圧電膜５や層間絶縁膜２０などが形成された構造としている。

このように、シリコン基板２に摂動錘６を埋め込み、かつ、摂動錘６の材料４０をシリコンよりも高い密度の材料４０で構成した角速度センサ１において、本実施形態のように、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６もシリコン基板２に埋め込んだ構造とすることもできる。このようにしても、上記第４実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、図示しないが、本実施形態の角速度センサ１では、各励振用ＩＤＴ７〜１０や検出用ＩＤＴ１３〜１６と配線等との電気的な接続は、層間絶縁膜２０や圧電膜５に形成されたコンタクトホールを通じて行われている。

次に、本実施形態の角速度センサ１の製造方法について説明する。図１５に、本実施形態の角速度センサ１の製造工程の断面図を示し、この図を参照して説明する。

まず、図１５（ａ）に示す工程では、シリコン基板２を用意したのち、フォトリソグラフィ工程により、シリコン基板２のうち励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６と対応する位置にトレンチ２ｂを形成する。続いて、図１５（ｂ）に示す工程では、熱酸化により、トレンチ２ｂ内を含むシリコン基板２の表面にシリコン酸化膜３を形成する。このとき、熱酸化された分、シリコン基板２とシリコン酸化膜３の境界部によって区画されたトレンチ２ｂが大きくなる。

図１５（ｃ）に示す工程では、シリコン酸化膜３の表面に励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６の材料５０を成膜する。この後、図１５（ｄ）に示す工程では、シリコン酸化膜３が露出するまで材料５０をエッチバックすることで、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成する。このときのエッチバックは、ドライエッチングによって行っても良いが、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）にて行うこともできる。

続いて、図１５（ｅ）に示す工程では、再度シリコン酸化膜３を形成したのち、フォトリソグラフィ工程にて、シリコン酸化膜３のうちの摂動錘６の形成予定位置を開口させると共に、その開口した位置においてシリコン基板２をエッチングすることでトレンチ２ａを形成する。この後、図１５（ｆ）に示す工程では、トレンチ２ａ内を含めてもう一度熱酸化等によりシリコン酸化膜３を形成したのち、図１２（ｃ）〜（ｅ）と同様の工程を行うことで摂動錘６を形成する。

そして、図１５（ｇ）に示す工程では、圧電膜５を形成した後、層間絶縁膜２０の形成工程を行う。その後、図示しないが、励振用ＩＤＴ７〜１０との電気的な接続を図るためのコンタクトホール形成工程やワイヤボンディング工程等を行うことで、本実施形態の角速度センサ１が完成する。

（第５実施形態の変形例）
上記第５実施形態において、摂動錘６の長さ（ｚ軸方向のサイズ）に関して特に触れていないが、摂動錘６の長さはトレンチ２ａの深さに依存するため、例えば、図１６の角速度センサ１の断面図に示されるように、トレンチ２ａを深くすることにより、より摂動錘６の重さを重くすることができ、さらなる角速度センサ１の高感度化を図ることが可能となる。

また、図１７の角速度センサ１の断面図に示すように、上記構造の角速度センサ１に対して、圧電膜５の上に導電性膜６０を成膜することも可能である。この導電性膜６０は、例えば不純物をドーピングしたＰｏｌｙ−Ｓｉ等、下部電極４と同様の材料により構成される。

このような導電性膜６０を備えることにより、励振用ＩＤＴ７〜１０と導電性膜６０の間に一定の電位差を発生させることが可能となり、圧電膜５に効率よく電力を注入すること（つまり電圧を加えること）が可能となる。また、この導電性膜６０をＧＮＤ電位とすることで、電気的なシールド効果を発揮させることも可能となり、角速度センサ１に生じるノイズレベルを抑制できるため、角速度センサ１内での信号レベルが上がり、さらなる高感度化を図ることが可能となる。

さらに、図１８の角速度センサ１の断面図に示すように、図１７に示すような導電性膜６０を形成する場合において、摂動錘６の上部に関しては導電性膜６０を除去した構成とすることも可能である。このような構造は、導電性膜６０を成膜した後に、フォトリソグラフィ・エッチング工程を行うことにより実現できる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、駆動電極や検出器を櫛歯状の励振用ＩＤＴ７〜１０や検出用ＩＤＴ１３〜１６にて構成したが、駆動電極や検出器として機能するものであればどのような形状であっても構わない。また、駆動電極として複数の摂動錘６の一方側に配置された励振用ＩＤＴ７、８だけでなく、複数の摂動錘６の他方側に配置された励振用ＩＤＴ９、１０も備えた構成としている。これも単なる一例であり、少なくとも一方にのみ駆動電極が配置されていれば良い。

第２実施形態では、励振用ＩＤＴ７〜１０等の材料と摂動錘６の材料とのエッチング選択比が高い場合を想定して、励振用ＩＤＴ７〜１０等をパターニングした後に摂動錘６の材料を励振用ＩＤＴ７〜１０等の表面に成膜し、それから摂動錘６のパターニングを行うようにしている。これに対して、励振用ＩＤＴ７〜１０等の材料と摂動錘６の材料とのエッチング選択比が得られない場合には、第３実施形態で示したように、リフトオフによって摂動錘６を形成することも可能である。

また、上記各実施形態では、角速度センサ１を構成する各部の材料や膜厚等のサイズの一例を挙げて説明したが、ここで示した材料や膜厚は単なる一例であり、適宜変更可能である。特に、各部の膜厚等のサイズは、発生させたい定在波の波長等によって設定されるものであるため、角速度センサ１の仕様などにより変更されることになる。

（ａ）は、本発明の第１実施形態にかかる角速度センサ１の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図１に示す角速度センサ１に対して角速度が印加された場合の摂動錘６などの様子を示した拡大模式図である。図１に示す角速度センサ１の製造工程の断面図である。本発明の第１実施形態の変形例で示す角速度センサ１の断面図である。本発明の第２実施形態にかかる角速度センサ１の製造工程の断面図である。本発明の第２実施形態の変形例で示す角速度センサ１の断面図である。本発明の第３実施形態にかかる角速度センサ１の断面図である。図７に示す角速度センサ１の製造工程の断面図である。本発明の第３実施形態の変形例で示す角速度センサ１の断面図である。本発明の第３実施形態の変形例で示す角速度センサ１の断面図である。（ａ）は、本発明の第４実施形態にかかる角速度センサ１の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。図１１に示す角速度センサ１の製造工程の断面図である。本発明の第４実施形態の変形例で示す角速度センサ１の断面図である。（ａ）は、本発明の第５実施形態にかかる角速度センサ１の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。図１４に示す角速度センサ１の製造工程の断面図である。本発明の第５実施形態の変形例で示す角速度センサ１の断面図である。本発明の第５実施形態の変形例で示す角速度センサ１の断面図である。本発明の第５実施形態の変形例で示す角速度センサ１の断面図である。従来の角速度センサのレイアウト図である。角速度センサの駆動用の櫛歯電極による定在波の振動分布と摂動マスとの関係とその角速度センサに発生するコリオリ力の説明図である。

符号の説明

１…角速度センサ、２…シリコン基板、２ａ、２ｂ…トレンチ、
３…シリコン酸化膜、４…下部電極、５…圧電膜、６…摂動錘、６ａ…上部錘、
７〜１０…励振用ＩＤＴ、７ａ〜１０ａ…櫛歯部、７ｂ〜１０ｂ…連結部、
１１、１２…反射器、１３〜１６…検出用ＩＤＴ、１３ａ〜１６ａ…各櫛歯部、
１３ｂ〜１６ｂ…各連結部、２０…層間絶縁膜、３０…厚膜レジスト、４０…材料、
５０…材料、６０…導電性膜。

Claims

半導体基板（２）と、
前記半導体基板（２）の上に形成された下部電極（４）と、
前記下部電極（４）を覆うように形成された圧電膜（５）と、
前記圧電膜（５）の上において、前記下部電極（４）と対向する位置に形成され、駆動電圧が印加されることで前記圧電膜（５）と前記下部電極（４）との間に電界を発生させ、前記圧電膜（５）に対して弾性表面波を発生させる駆動電極（７〜１０）と、
前記圧電膜（５）の上において、前記駆動電極（７〜１０）の両側を挟み込むように配置され、前記駆動電極（７〜１０）に対して前記駆動電圧を印加したときに発生させられる前記弾性表面波を定在波とする反射器（１１、１２）と、
前記定在波が形成される領域に配置され、該定在波により前記半導体基板（２）の垂直方向に振動させられる摂動錘（６）と、
前記圧電膜（５）の上に形成され、前記摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）とを備え、
前記半導体基板（２）には、前記摂動錘（６）用のトレンチ（２ａ）が形成されており、該トレンチ（２ａ）内に前記摂動錘（６）が配置されることで、前記摂動錘（６）が前記圧電膜（５）の下に配置されていることを特徴とする弾性表面波角速度センサ。
半導体基板（２）と、
前記半導体基板（２）に形成された複数のトレンチ（２ｂ）と、
前記複数のトレンチ（２ｂ）内に形成された絶縁膜（３）と、
前記複数のトレンチ（２ｂ）内において、前記絶縁膜（３）を介して形成され、駆動電圧が印加されることで弾性表面波を発生させる駆動電極（７〜１０）と、
前記複数のトレンチ内（２ｂ）内において、前記絶縁膜（３）を介して形成されていると共に、前記駆動電極（７〜１０）の両側を挟み込むように配置され、前記駆動電極（７〜１０）に対して前記駆動電圧を印加したときに発生させられる前記弾性表面波を定在波とする反射器（１１、１２）と、
前記定在波が形成される領域に配置され、該定在波により前記半導体基板（２）の垂直方向に振動させられる摂動錘（６）と、
前記複数のトレンチ（２ｂ）内において、前記絶縁膜（３）を介して形成され、前記摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）と、
前記駆動電極（７〜１０）、前記反射器（１１、１２）および前記検出器（１３〜１６）の上に形成された圧電膜（５）とを備え、
前記摂動錘（６）の単位面積当たりの重さが前記駆動電極（７〜１０）、前記反射器（１１、１２）および前記検出器（１３〜１６）の単位面積あたりの重さよりも重くなっており、
前記半導体基板（２）には、前記摂動錘（６）用のトレンチ（２ａ）が形成されており、該トレンチ（２ａ）内に前記摂動錘（６）が配置されることで、前記摂動錘（６）が前記圧電膜（５）の下に配置されていることを特徴とする弾性表面波角速度センサ。
前記圧電膜（５）の上に導電性膜（６０）が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の弾性表面波角速度センサ。
前記摂動錘（６）の材料と前記駆動電極（７〜１０）、前記反射器（１１、１２）および前記検出器（１３〜１６）の材料が異なっており、前記摂動錘（６）の材料の方が前記駆動電極（７〜１０）、前記反射器（１１、１２）および前記検出器（１３〜１６）の材料の密度よりも高くされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の弾性表面波角速度センサ。
前記摂動錘（６）の膜厚が前記駆動電極（７〜１０）、前記反射器（１１、１２）および前記検出器（１３〜１６）の膜厚よりも厚く構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の弾性表面波角速度センサ。
半導体基板（２）と、
前記半導体基板（２）の上に形成された下部電極（４）と、
前記下部電極（４）を覆うように形成された圧電膜（５）と、
前記圧電膜（５）の上において、前記下部電極（４）と対向する位置に形成され、駆動電圧が印加されることで前記圧電膜（５）と前記下部電極（４）との間に電界を発生させ、前記圧電膜（５）に対して弾性表面波を発生させる駆動電極（７〜１０）と、
前記圧電膜（５）の上において、前記駆動電極（７〜１０）の両側を挟み込むように配置され、前記駆動電極（７〜１０）に対して前記駆動電圧を印加したときに発生させられる前記弾性表面波を定在波とする反射器（１１、１２）と、
前記定在波が形成される領域に配置され、該定在波により前記半導体基板（２）の垂直方向に振動させられる摂動錘（６）と、
前記圧電膜（５）の上に形成され、前記摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）とを備えてなる弾性表面波角速度センサの製造方法であって、
前記半導体基板（２）を用意する工程と、
前記半導体基板（２）の上において、前記駆動電極（７〜１０）の形成予定位置と対応する位置に下部電極（４）を形成する工程と、
前記下部電極（４）を覆うように圧電膜（５）を形成する工程と、
前記圧電膜（５）の上に、前記駆動電極（７〜１０）、前記反射器（１１、１２）および前記検出器（１３〜１６）を形成する工程と、
前記摂動錘（６）を形成する工程と、を含んでおり、
前記摂動錘（６）を形成する工程は、
前記半導体基板（２）に対して前記摂動錘（６）用のトレンチ（２ａ）を形成する工程と、
前記トレンチ（２ａ）内に絶縁膜（３）を形成する工程と、
前記絶縁膜（３）を介して前記トレンチ（２ａ）内に前記摂動錘（６）を形成することで、前記摂動錘（６）を前記圧電膜（５）の下に配置する工程と、を含んでいることを特徴とする弾性表面波角速度センサの製造方法。
半導体基板（２）と、
前記半導体基板（２）に形成された複数のトレンチ（２ｂ）と、
前記複数のトレンチ（２ｂ）内に形成された絶縁膜（３）と、
前記複数のトレンチ（２ｂ）内において、前記絶縁膜（３）を介して形成され、駆動電圧が印加されることで弾性表面波を発生させる駆動電極（７〜１０）と、
前記複数のトレンチ内（２ｂ）内において、前記絶縁膜（３）を介して形成されていると共に、前記駆動電極（７〜１０）の両側を挟み込むように配置され、前記駆動電極（７〜１０）に対して前記駆動電圧を印加したときに発生させられる前記弾性表面波を定在波とする反射器（１１、１２）と、
前記定在波が形成される領域に配置され、該定在波により前記半導体基板（２）の垂直方向に振動させられる摂動錘（６）と、
前記複数のトレンチ（２ｂ）内において、前記絶縁膜（３）を介して形成され、前記摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）と、
前記駆動電極（７〜１０）、前記反射器（１１、１２）および前記検出器（１３〜１６）の上に形成された圧電膜（５）とを備えてなる弾性表面波角速度センサの製造方法であって、
前記半導体基板（２）を用意する工程と、
前記半導体基板（２）のうち前記駆動電極（７〜１０）、前記反射器（１１、１２）および前記検出器（１３〜１６）の形成予定位置と対応する場所に複数のトレンチ（２ｂ）を形成する工程と、
前記複数のトレンチ（２ｂ）の内壁に絶縁膜（３）を形成する工程と、
前記絶縁膜（３）を介して、前記複数のトレンチ（２ｂ）内に、前記駆動電極（７〜１０）、前記反射器（１１、１２）および前記検出器（１３〜１６）を形成する工程と、
前記駆動電極（７〜１０）、前記反射器（１１、１２）および前記検出器（１３〜１６）の上に圧電膜（５）を形成する工程と、
前記摂動錘（６）の単位面積当たりの重さが前記駆動電極（７〜１０）、前記反射器（１１、１２）および前記検出器（１３〜１６）の単位面積あたりの重さよりも重くなるように、前記摂動錘（６）を形成する工程と、を含み、
前記摂動錘（６）を形成する工程は、
前記半導体基板（２）に、前記摂動錘（６）用のトレンチ（２ａ）を形成する工程と、
前記摂動錘（６）用のトレンチ（２ａ）内に前記絶縁膜（３）を形成したのち、前記摂動錘（６）を配置することで、前記圧電膜（５）の下に前記摂動錘（６）が配置されるように形成する工程と、を含んでいることを特徴とする弾性表面波角速度センサの製造方法。
前記圧電膜（５）の上に導電性膜（６０）を形成する工程を含んでいることを特徴とする請求項７に記載の弾性表面波角速度センサの製造方法。
前記摂動錘（６）を形成する工程では、前記摂動錘（６）の材料として、前記駆動電極（７〜１０）、前記反射器（１１、１２）および前記検出器（１３〜１６）の材料よりも密度よりも高い材料を用いて前記摂動錘（６）を形成することを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１つに記載の弾性表面波角速度センサの製造方法。
前記摂動錘（６）を形成する工程では、前記摂動錘（６）の膜厚が前記駆動電極（７〜１０）、前記反射器（１１、１２）および前記検出器（１３〜１６）の膜厚よりも厚くなるように前記摂動錘（６）を形成することを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１つに記載の弾性表面波角速度センサの製造方法。