JP5161442B2 - リング共振器ジャイロスコープ、リング共振器ジャイロスコープの製造方法 - Google Patents
リング共振器ジャイロスコープ、リング共振器ジャイロスコープの製造方法 Download PDFInfo
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Description
2. スペーサウエハーの全表面にSiO2を2μm成長させる。
3. 111結晶方向を有する500μmのシリコンウエハーをスペーサウエハーに接合する。このリング共振器、駆動/検出電極及び封止リング用のウエハーは、ウエハーCで示されている。
4. ウエハーCを突き抜けて、ウエハーB上の酸化物層まで、駆動/検出電極110及び封止リング112の輪郭を示すようにパターン化し、エッチングする。
5. スペーサBにおける酸化された穴パターンをマスクとして用い、ウエハーCを突き抜けるようにエッチングする。
6. 111結晶方向を有する500μmのシリコンウエハーをウエハーB及びCの積層体のウエハーB側(トップ側)に接合する。このトップカバーウエハーは、ウエハーAで示されている。
7. ウエハーBにより形成された空洞中に露出されているウエハーA及びCから自然酸化物を除去する。エピタキシャルシリコン反応を用いて、リングサスペンション104を形成するために、10μmのエピタキシャルポリシリコン層を堆積させる。
8. ウエハーCの表面からエピタキシャルポリシリコンを除去するために、ウエハーA、B及びCの積層体を平面化する。
9. 酸化物エッチングを用いて、リング共振器102及びリングサスペンション104の側壁を開放する。
10. 2μmの酸化物層及び111結晶方向を有する500μmのシリコンウエハーを、ウエハーA、B及びCの積層体のウエハーC側に接合する。このボトムカバーウエハーは、ウエハーDで示されている。
11. 駆動/検出電極110の接触領域を露出させるために、ウエハーA及びD及び酸化物層を突き抜けて、貫通接続ビアホール116をパターン化し、エッチングする。
12. シャドウマスクを用いてアルミ金属電極を堆積し、駆動/検出電極110に対して抵抗接触208を形成するために、アニールする。
Claims (20)
- 円筒状リング共振器と、
第1のシリコンウエハーから形成されるトップカバーと、
第2のシリコンウエハーから形成され、前記トップカバーに結合され、前記トップカバーの下部に位置するスペーサと、
前記円筒状リング共振器を支持し、前記トップカバーに結合される円筒状リングサスペンションを備え、
前記スペーサは、その平面に垂直な円筒状穴を備え、
前記円筒状リングサスペンションは、前記円筒状穴に堆積されたエピタキシャルポリシリコン層から形成され、
前記円筒状リング共振器は、前記円筒状リングサスペンションの外周に結合され、第3のシリコンウエハーから形成され、前記スペーサとの間に隙間を介在させた状態で前記スペーサの下部に位置するように前記円筒状リングサスペンションにより支持されていることを特徴とするリング共振器ジャイロスコープ。 - 前記トップカバーと、前記スペーサと、前記円筒状リングサスペンションと、前記円筒状リング共振器は微小電気機械システム(MEMS)を構成することを特徴とする請求項1に記載のリング共振器ジャイロスコープ。
- 前記第3のシリコンウエハーから形成され、前記円筒状リング共振器の外周を囲むように位置している複数の電極と、
前記第3のシリコンウエハーから形成され、前記複数の電極の外周を囲むように位置している封止リングと、
第4のシリコンウエハーから形成され、前記複数の電極及び前記封止リングに結合されるボトムカバーを備えていることを特徴とする請求項1に記載のリング共振器ジャイロスコープ。 - 前記エピタキシャルポリシリコン層は、10μmに堆積されたエピタキシャルポリシリコンを有していることを特徴とする請求項3に記載のリング共振器ジャイロスコープ。
- 前記エピタキシャルポリシリコン層は、前記トップカバーに機械的に取り付けられていることを特徴とする請求項3に記載のリング共振器ジャイロスコープ。
- 前記円筒状リング共振器は、長方形断面を有していることを特徴とする請求項3に記載のリング共振器ジャイロスコープ。
- 前記スペーサは、第1の誘電体層を介在させて、前記トップカバーに接合されていることを特徴とする請求項3に記載のリング共振器ジャイロスコープ。
- 前記スペーサは、第2の誘電体層を介在させて、前記複数の電極及び前記封止リングに接合されていることを特徴とする請求項7に記載のリング共振器ジャイロスコープ。
- 前記ボトムカバーは、第3の誘電体層を介在させて、前記複数の電極及び前記封止リングに接合されていることを特徴とする請求項8に記載のリング共振器ジャイロスコープ。
- 前記ボトムカバー及び介在する第3の誘電体層は、前記複数の電極に電気的に接続されるための複数のビアホールを備えていることを特徴とする請求項9に記載のリング共振器ジャイロスコープ。
- 前記第1、第2及び第3の誘電体層は、前記円筒状リング共振器を機械的に自由にするために、前記円筒状リング共振器及び前記円筒状リングサスペンションの側壁の周りがエッチングされていることを特徴とする請求項9に記載のリング共振器ジャイロスコープ。
- 前記複数の電極は1又はそれ以上の駆動電極を備え、
前記1又はそれ以上の駆動電極は、共振周波数において、前記円筒状リング共振器に静電気力を与え、
前記1又はそれ以上の駆動電極は、前記円筒状リング共振器を基本モードで共振駆動させるために、前記円筒状リング共振器の振動パターンの正側の腹において、前記円筒状リング共振器に静電気力を与えることを特徴とする請求項3に記載のリング共振器ジャイロスコープ。 - 前記複数の電極は1又はそれ以上の検出電極及び1又はそれ以上の強制電極を備え、
前記1又はそれ以上の検出電極は、前記円筒状リング共振器の振動パターンの正側の節に位置し、
前記1又はそれ以上の検出電極は、前記円筒状リング共振器の節点におけるコリオリ力振動を検出し、
前記1又はそれ以上の強制電極は、前記円筒状リング共振器の振動パターンの負側の節に位置し、
前記1又はそれ以上の強制電極は、前記円筒状リング共振器と共軸の入力軸に対して与えられた角速度に比例する電圧をサーボループから受け、
前記1又はそれ以上の強制電極は、前記振動パターンの1又はそれ以上の節において変位を零にするための電圧を与えることを特徴とする請求項12に記載のリング共振器ジャイロスコープ。 - 前記第1、第2、第3及び第4のシリコンウエハーは”111”結晶方向を有していることを特徴とする請求項3に記載のリング共振器ジャイロスコープ。
- スペーサを形成するように、円筒状の穴を、第1のシリコンウエハーを突き抜けてエッチングするステップと、
第1の酸化物層を、前記第1のシリコンウエハーの表面に成長させるステップと、
第2のシリコンウエハーを、第1のシリコンウエハーの下部に接合するステップと、
第2のシリコンウエハーを、封止リング、複数の駆動/検出電極及び円筒状リング共振器の輪郭を示すように、前記第1のシリコンウエハーの酸化物層を突き抜けてパターン化し、エッチングするステップと、
前記円筒状穴をマスクとして用いて、前記第2のシリコンウエハーを突き抜けてエッチングするステップと、
第3のシリコンウエハーを、前記第1のシリコンウエハーの上に接合するステップと、
前記円筒状穴に露出された前記第2及び第3のシリコンウエハーから自然酸化物を除去するステップと、
円筒状リングサスペンションを形成し、円筒状リング共振器を前記円筒状リングサスペンションの外周に結合するように、前記円筒状穴にエピタキシャルポリシリコン層を堆積させるステップと、
前記第3のシリコンウエハーの表面からエピタキシャルポリシリコン層を除去するために、前記第1、第2及び第3のシリコンウエハーを平坦化するステップと、
酸化物エッチングを用いて、円筒状リング共振器及び円筒状リングサスペンションの側壁を開放するステップと、
第4のシリコンウエハーを、前記第2のシリコンウエハーの下部に接合するステップと、
前記円筒状リングサスペンション及び前記複数の駆動/検出電極の接触領域を露出させるように、第3及び第4のシリコンウエハーを突き抜けるように、複数の貫通接続ビアホールをパターン化し、エッチングするステップと、
貫通接続ビアホールを介して前記円筒状リングサスペンション及び前記複数の駆動/検出電極に抵抗接触を形成するように、複数の金属電極を堆積させるステップを備えたことを特徴とするリング共振器ジャイロスコープの製造方法。 - 前記円筒状の穴を、前記第1のシリコンウエハーを突き抜けてエッチングするステップは、
深反応エッチング処理を用いて前記円筒状の穴をエッチングすることを特徴とする請求項15に記載の方法。 - 前記円筒状リングサスペンションを形成するように、エピタキシャルポリシリコン層を堆積させるステップは、
前記円筒状リングサスペンションを形成するためにエピタキシャルシリコン反応装置を用いてエピタキシャルポリシリコン層を堆積させるステップを備え、
前記エピタキシャルポリシリコン層は、厚さが約10μmであることを特徴とする請求項15に記載の方法。 - 前記複数の駆動/検出電極に抵抗接触を形成するように、複数の金属電極を堆積させるステップは、シャドウマスク及びアニールを用いて前記金属電極を堆積させるステップを備えることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記第4のシリコンウエハーは第2の酸化物層を備え、
前記複数の駆動/検出電極の接触領域を露出させるように、第4のシリコンウエハーを突き抜けるように、複数の貫通接続ビアホールをパターン化し、エッチングするステップは、
前記円筒状リングサスペンション及び前記駆動/検出電極の接触領域を露出させるように、前記第1及び第4のシリコンウエハー及び前記外側の酸化物層を突き抜けるように、複数の貫通接続ビアホールをパターン化し、エッチングするステップを備えることを特徴とする請求項15に記載の方法。 - 前記第1のシリコンウエハーの表面に前記第1の酸化物層を成長させるステップは、
前記第1のシリコンウエハーの全表面に、厚さ2μmの二酸化ケイ素層を成長させるステップを備えることを特徴とする請求項15に記載の方法。
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