JPH05508914A - マイクロメカニック式の回転値センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロメカニック式の回転値センサ 従来技術 本発明は請求項１に記載した形式の回転値センサから出発している。例えば主と してヨー軸を中心とした自動車の旋回速度を測定するため、走行動作を調整する ため又は操縦のために１秒あたり数置の範囲にある回転のわずかな回転値をセン サで検出することはすでに公知である。この場合には回転軸に対して平行に配向 された同調フォーク構造が一平面内で励振される。

回転軸を中心として回転すると、コリオリスク力が振動する同調フォーク歯に、 回転軸に対して直角にかつ励起方向、すなわち回転運動が存在していない場合の 歯の変位に対して直角に作用する。回転値は励起方向に対して直角にコリオリス ク力により惹起されるフォーク歯の変位を介して検出されかつ評価される。

ＵＳ−ＰＳ４８３６０２３号においては振動体と該振動体をフレームに懸吊する 手段とを有する回転値センサであって、冒頭に述べた原理で働く形式のものが記 載されている。振動体はフォーク状に形成され、４つの懸吊具によりフレームに 固定されている。振動体と懸吊具とフレームは一様な弾性を有する唯一の材料ブ ロックか組織されている。振動体の励振も信号の取出しも圧電的に行われる。振 動体の上に配置された圧電的な部材は導電性の薄膜層を介して外に位置するスイ ッチ回路に接続されている。ざらにセンサは上方と下方のカバーを有している。

ＤＥ−ＰＳ３４１７８５８号においてはセンサ構造を圧電材料、例えば石英又は 人口クリスタルから製造することが提案されている。さらに２つの不動のフレー ム部材の間に配置されたシャフトにこれに対して直角又は平行に同調フォーク構 造が対を成して固定されている、複数の同調フォーク構造を有するセンサシステ ムが記載されている。さらに測定信号を容量的に検出することが提案されている 。

発明の利点 請求項１の特徴を有する本発明のセンサは、振動可能なすべての構造部材が単品 のシリジュームから製作されているという利点を有している。この場合、センサ の信頼性は有利には単品のシリジュームのきわめて良い機械的特徴によって決定 される。さらに、シリジュームの電気的な特性は、機械的な構造部材として構成 された振動体が同時にプレートコンデンサの電極として用いられかつ（又は）圧 電的な部材を備え、振動体の懸吊ウェブが電極及び（又は）圧電部材のための給 電体を形成することによって有利な形式で活用される。さらに有利であることは センサが広い温度範囲で使用できることである。何故ならば振動可能な構造体が 統一的な温度特性を有する同一材料から製造されているからである。センサ構造 を不動態化されていないモノクリスタルのシリジュームウエーハから構成するこ とにより、補償することが困曙である機械的な応力は排除され、測定方向での有 害な励振は減少させられる。別の利点１よ、測定信号のための評価回路ちセンサ 基板の上に統合できることである。本発明のセンサは特に小さい構成体積で実現 できるので、自動車分野の使用によって特に有利である。さらに本発明のセンサ はコスト的な理由からパッチ製作を可能にする、規格的にマイクロメカニックに おいて使用されている方法で製造することができる。

請求項２以下に記載した特徴によっては請求項１に記載したセンサの有利な実施 例が可能である。測定信号の容量的な取出しを可能にするためには、可動な電極 として役立つ振動体と不動の対応電極との間に過負荷状態においても過負荷状１ １！後においても間障があることが保証されていなければならない、これは特に 有利には、定置の電極が取付けられているカバーが振動体の範囲に空洞を有して いるか又は振動体自体及び懸吊ウェブの厚さが′ｇ少されており、カバーとセン サ構造との間に振動体の範囲において空洞が存在することにより達成される。過 負荷状態が発生すると、カバーはｍ動体の変位制限部として役立つ、振動体が定 ！の電極に貼付くことを回避するためにはスペーサを定置の電極及び（又は）セ ンサ部材の上に取付けることが特に有利である。特に有利であることはセンサ部 材を（＋１０）−結晶配列のシリジュームウェーハがら製造することである。何 故ならば、前記ウェーハにおいてはアニソトロツブウエットエｙチングプａセス に際してウェーハ表面に対して垂直に、センサ構造にとって特に有利である何方 のエンチング制隔壁が形成されるからである。さらに層の間にドーピング移行層 を有する多層シリジュームウェーハの使用も製造方法を簡易化する。特に有利で あるのはｐｎ−移行層である、何故ならばｐｎ−移行層はセンサ構造の個々の部 分を電気的に互いに絶縁する可能性を呈するからである。

３層のシリジュームウェーハを用いた場合には拡大された地震質量を有し、これ によって測定効果が有利に拡大される振動体を実現できる。妨害信号を回避する ために特に有利であるのは、懸吊ウェブを配置する場合に振動体に対して対称的 な質量分布を考慮することである。何故ならば測定信号は他の妨害信号に較べて 弱く、この妨Ｉｌ！Ｆ（′！ＡＪ！によりカバーされやすいからである。

励振は特に有利には電磁的又は熱機械的に行われる。

何故ならばこのためには振動体の機械的な特性に影響を及ぼす処置、例えば別の 層を施すことが必要ないからである。平行に配向された振動体対を電磁的に励振 するもっとも簡単な可能性は、両方の振動体を適当な手段で電気的に互いに直列 に１ａ続し、両方の振動体を逆向きに電流が流れるようにし、電流の方向に対し て直角に磁場が形成されるようにすることである。−機械的な励振の特に簡単な 可能性は懸吊ウェブに電流パルスを作用させ、この電流パルスでウェブの長さ変 化を生ぜしぬることである。熱機械的な励振に際して振動体の変位方向を固定す るためには、懸吊ウェブは有ｆＪにはわずかな誤差角で互いに平行にかつ検出方 向に対して直角に配向させられる。Ｉ！利には振動体は振動体間又は懸吊ウェブ とフレームにおける対応する対応電極との間に電気的なフィールドを作用させて 静電的にａｌ！させられる。さらに摂動体は振動体の懸吊ウェブが櫛歯状の構造 を有し、この櫛歯構造が定置の対応Ｗ橿の＃Ｉ歯Ｗ４造に係合させられてレルク タンス思助装置で駆動されることち１Ｖ利である。この場合には互いに係合しあ う櫛歯Ｗ４造の間に電気的なフィールドが形成される。さらに有利であることは 、いずれも定置の電極を備えた、上方及び下方のセンサ部材カバーを使用して間 啄に容量的な信号取出しに対する差装置を実現することである。測定効果を高め るため又はａｍと信号取出しとを分離するためには、２倍又は４倍の同調フォー ク構造を有する構造を使用することが有利である。これは例えば有利にはグリッ ド状のフレームが用いられ、そのステーの両側から対を成して摂動体が延びてお り、これらの振動体がステーと一緒に複数の同調フォーク構造を形成することで 実現される。

さらに請求項３４以下には本発明による回転値センサの有利な製法が記載されて いる。この場合にはマイクロメカニックにおいて一般的なプロセス段階だけが実 施される。特に有利であるのは、これに関連して移行層の種々の可能性を方法の 家庭で考慮するだけでなく、規定された電気的な状態を得るためにも考慮し、多 層に構成された復動体が帯電形式に関して統一的なドーピングを有することであ る。

図面 本発明の実施例は図面に示されており、以下に説明する。

第１図はセンサ部材の平面図、第２図はこのセンサ部材を■−ｎ線に沿って断面 した図、第３図はこのセンサ部材を■−ｍ線に沿った断面図、第４図は別のセン サ部材の平面図、第５図はセンサの断面図、第６図は別のセンサの断面図、第７ 図は熱機械式駆動装置の略示図、ｆＪ８図は熱機械式駆動装置とセンサ部材とを 示した平面図、第９図と第１Ｏ図は静電的な運動装置と振動体とを示した図、第 １１図は静電的な駆動装置とセンサ部材とを示した平面図、ｌ！１２図は前記セ ンサ部材の罵−■線に沿った断面図、第１３図はレルクタンス駆動装置と振動体 の平面図、＠１４図は多重同調フォーク構造を示した図、第１５ａ図からｆは２ 層のシリジュームウエーハからセンサ部材を製造する方法を示した図、第１６ａ 図からｆは３層のシリジュームウエーハからセンサ部材を製造する方法を示した 図、第１７ａ図からｇは３層のウェーハからセンサ部材を製造する別の方法を示 した図である。

本発明の説明 第１図においてはセンサ部材ｌのトポグラフィが示されている。センサ部材ｌは フレームｌＯと、ウェブ４１から４４を介して両側でフレームＩＯに結合された ２つの振動体２１．２２とを有している。振動体２１．２２はその懸吊に関し対 称的な質量分布を有している。さらに振動体２１．２２は互いに平行に懸吊され ている。フレームＩＯ内には、懸吊ウェブ４１−４４がフレーム１０と結合され る側に、エツチングビット１１がある。エツチングビット１１内には懸吊ウェブ のための電気的な接続ｆｉｌｌ！３１，３２．３３が配置されている。第２図は 第１図に示されたセンサ部材ｌのロー１１！ａｌニ沿った断面図である。センサ 部材１は２層のシリジュームウエーハから構成され、もちろんフレーム１０の範 囲だけにおいて基板３とその上に取付けられた別の層２からなっている。たいて いエピタキシャルプロセスで生ゼしのられる別の層２は基板３に異原子を拡散さ せることによって生せしめることができる。この別の層２と基板３との間にはド ーピング移行層、この場合にはｐｎ移行層がある。この場合にはｐ３ドーピング された層とｎ−ドーピングされた基板であることができる。ウェブ４１，４２と 振動体２１との間の範囲には背面エツチング８５があり、ウェブ４１゜４２と振 動体２１はもっばら別の層２に構成されている。フレーム１０におけるエツチン グビット１１は別の層２を完全に貫き、ウェブ４１，４２と振動体２１はセンサ 部材ｌの残りによって絶縁されている。エツチングビット１１内には振動体２１ のための電気的な接続部３１と３２がある。この場合、接続部３１．３２と振動 体との間の導電的な接続は懸吊ウェブ４１゜４２によって行われる。接続部３１ ，３２．３３は基板と機械的に結合されているが基板３と別の層２とビットとの 間のｐｎ移行層によって互いに電気的に絶縁されている。このような形式で不動 態化層及び導電路は完全に回避できるので、可動な構造にこれによって生じる機 械的な応力が回避される。懸吊ウェブ４１゜４２と振動体２１はウェーハ表面か ら出発して厚さにおいて減少させられている。すなわち、懸吊ウェブ４１．４２ と振動体２はもっばら別の層２に構成されているが別の層２の全厚さは有してい ない、この処置はＩＩａ図に示すように上方のカバー４が存在している場合にも 振動体２１．２２の振動性を保証しようとするものである。これはもちろん、上 方のカバー４にウェブ４１から４４と振動体２１．２２の範囲に空調を設けるこ とによっても達成可能である。プレートコンデンサのＰｒ閲として役立つ振動体 ２１．２２に向き合つてカバー４には定置の電極２３が取付けられ、振動体２１ ．２２がこの方向に変位すると、この変位は容量変化として検出され得る。定置 の電極２３はカバー４における金属化として実現できる。電極２１から２３のこ の配置は電極２１．２２が回転運動１：際して反対方向に変位されることを考慮 すれば差装置を成す、マイクロメカニック式に組織されたウェーハと、有利には ガラス保持体のために使用されるカバーとの間の結合は、例えばアノード状のポ ンディングで行うことができる。定置の電極２３と接続部３１から３３までの電 気的な接続は外部へ導びくために適している。第１図から第３図までに示された 実施例はそれぞれ２つの細いウェブ４１から４４に両側で締込まれた同調フォー クのように懸吊された振動体２１．２２を有している。この構造の拡大として第 ４図には、各振動体２１゜２２が全部で４つのウェブに懸吊されている実施例が 示されている。この実施例は振動体２１．２２が著しく良好に保持され、Ｘ方向 に励振した場合に独りでに懸吊軸線を中心として回動できないという利点を有し ている。第１図から第４図までに示されたセンサ構造の励振は電磁的に行うこと ができる。接続部３１から振動体２１を介して接続部３２へかつ振動体２２を介 して接続部３３に向かってＸ方向に流れる電流はことに２方向に配向された磁場 において、電極２１．２２を逆向きにＸ方向に変位させる力ロレンツを生ぜしめ る。

第１図から第４図に示されたセンサ部材は別の層２に相応して数マイクロメータ の厚さしか有していない可動な構造を有している。これによってコリオリスの力 によって２方向に加速されるわずかな質Ｉしか与えられない、第５図とｊＩ６図 １ニ示された実施例は３層のシリジュームウエーハ１０から構成されたセンサ部 材を有している。シリジュームウエーハ１０はこの場合には両側に別の層２ａ、 ２ｂが取付けられている基板３から成っている。基板３と両方の層２ａ、２ｂと の間にはドーピング移行層が生じる。振動体２１．２２はこの場合には、一杯の ウェーハ軍さに構成されている。この場合、基板３は振動体２１．２２の範囲に おいて地震質ｆｆ１１３として役立つ、振動体２１．２２はできるだけ対称的に 懸吊したいので、懸吊ウェブ４１から４８は両方の別の層２ａと２ｂに構成され ている。

第５図と第６図に示された実施例においてはウェーハｌＯはウェブ４１から４８ と振動体２１．２２の範囲において両方のウェーハ表面から出発してその厚さが 減少させられている。センナ部材の上には両側にカバー４０１と４０２が取付け られている。ウェブ４１から４８と振動体２１．２２の範囲には振動体の運動性 を保証する中空室１２が存在している。振動体２１゜２２の範囲において電極２ ３．２４はカバー４０’ｌと４０２の上に取付けられている。振動体２１．２２ がカバー４０１，４０２の方向に大きく変位した場合には振動体２１．２２を該 当する定置の電極２３．２４と接触させることができる。振動体２１．２２が電 極２３．２４の一方に固着することを阻止するためには振動体２１．２２の、電 極２３．２４に向いた表面に隆起部の形をしたスペーサ１４が構成されている。

該スペーサ１４は振動体２１．２２が電極２３．２４に所定の間隔をおいて接近 することしか可能にしない。

しかしながら同様に考えられることは、スペーサをカバー４０１，４０２の上に 配置することである。別の層２ａ、２ｂにおいてのみ構成されているウェブ４１ から４８はアンダエッチング８６によって露出させられているので、基板はウェ ブ４１から４８の範囲ではほぼ完全にエツチングで除去されている。第６図は第 ５図と同じセンサ構造を示している。この場合にはただ、センサ部材は３層に構 成されているがｐｎ移行部しかウェブ４１から４８の範囲に有していないウェー ハｌＯから構成されている。この詳細は主としてセンサ部材の製造に関して意味 を持っている。これについては第１７ａからｇまでの説明で詳しく述べることに する。第５図と第６図に横断面で示されたセンサ部材の地形図は選択的に第１図 又は第４図に示されたものに相応することができる。

第１図から第７図までに示された構造の励振は電磁的にだけではなく熱機械式に 行うこともできる。ウェブ４１から４８までを通って流れる電流はウェブを加熱 し、これによってウェブの長さ膨張ｅを惹起する。

これは略示的に第７図の振動体２１のために示されている。ウェブ４１から４８ に適当な寸法を与え、電流インパルスで適当に共振励振させることにより、振動 体２１．２２は有利な方向に変位させられる。したがって薄い懸吊ウェブ４１か ら４８を励振方向に対して直角ではなく、わずかな不足角をもって配向すること が有利である。これによって熱機械的に生ぜしめられた変位は著しいく良好に規 定されるようになる。第８図には熱機械的に励振可能なセンサ部材１のための、 第１図に示されたトポグラフィに相応するトポグラフィが示されている。振動体 ２１と２２はそれぞれ２つのウェブ４１，４２と４３．４４でフレーム１０と結 合されている。しかしながらウェブ４１，４２及び４３．４４は励振方向に対し て正確に直角であるのはなく、わずかな不足角で配向し、ウェブ４１から４４が 加熱により長さ膨張した場合にウェブ４１から４４が有利には逆向きにＸ方向に 振動することになる。

別の励振変化態様は静電駆動である。この場合には第９図と第１０図に示された 構造に相応して振動体２１．２２には定置の対応電極２５が励振方向に向き合っ ている。静電励振をできるだけ有効に行うためには振動可能な電極として役立つ 振動体２１．２２と定置の対応電極２５との間隔はできるだけわずかでなければ ならない。そのためにこのような構造は有利には（１１０）−配列シリジューム から構成される。さらに電極表面はできるだけ大きくなければならないのでウェ ーハの全厚さで構成された振動構造が使用される。

懸吊は両面で４つ又は８つのウェブ４１〜４８において行われる（第９図）。し かし振動体を片面で２つ又は４つのウェブ４１．４３，４５．４７に懸吊するこ ともできる（第１０図）。片面で懸吊された振動体を有する構造はきわめてフレ キシブルで高い感受性を有している。静電駆動されかつ振動体が片面懸吊された センサ構造の別の可能性は第１１図と第１２図に示されている。このセンサ構造 は有利には２層ウェーハとして実現される。センサ部材はパドル状の１対の振動 体２１．２２を有している。振動体２１．２２はそれぞれ１つの懸吊ウェブ４１ と４４を介してフレームｌＯと結合され、懸吊ウェブ４１，４４と協働して同調 フォーク構造を形成する。ウェブ４１，４４は一杯のウェーハ厚さに構成され、 それぞれ励振コンデンサの一方の電極側として役立つ、ウェブ４１，４４に向き 合って定置の対応電極２５が励振コンデンサの第２の電極側として配置されてい る。振動体２１．２２はパドル状に、励振方向に対して直角な運動性を可能にす るために別の層２だけに構成されている。

静電駆動は振動体２１．２２と懸吊ウェブ４１から４８とがもっばら別の層２に 構成されているセンサ部材には特に有利には使用できない。何故ならばこの場合 には励振電極の面は別の層２の厚さがわずかであるためにきわめてわずかである からである。もちろんこの構造はレルクタンス駆動装置で静電的に動かすことも できる。第１３図には励振方向にフィンガ５２を有する櫛歯状の構造を有する定 置の対応電極２５が示されている。この対応電極２５に向き合って同様に櫛歯状 の構造を励振方向に有する懸吊ウェブ４１が配置され、ウェブ４１から伸びるフ ィンガ５１が定置の電極２５の櫛歯状の構造に突入させられている。電気的なフ ィールドを櫛歯状に電極５１．５２に作用させると、ウェブ４１が励振方向に引 張られ、それに固定された振動体２１をこの方向に移動させる。

第１４図においては多重同調フォーク構造が示されている。フレームｌＯは複数 のステー１０１から１０３から成り、例えばグリッド状に構成されている。フレ ーム１０の１つのステー１０２からは両側に対を成して振動体２１１，２２１， ２１２，２２２が延びており、ステー１０２と共に多重同調フォーク構造を構成 している。振動体２１１，２２１，２１２，２２２は片側でステー１０２と結合 されているか又は両側で別のステー１０１，１０３と結合されていてもよい。

多重同調フォーク構造は１対の振動体２１１，２２１に種々の駆動メカニズムに よって振動を励起させることができるという利点を有している。この振動はウエ ブ１０２を介して対向する振動体対２１２，２２２に伝達され、この振動体対２ １２，２２２において信号が取出される。

次に第１図から第１４図までに示したセンサ構造を製造する方法を説明する。第 １５ａ図からｆまでには２層のウェーハからセンサ部材を構成する方法段階が示 されている。シリジュームウエーハ１０は基板３と別の層２とから成っている。

この場合、基板３と別の層２との間にはドーピング移行部が形成されている。

これはこの場合のようにｐｎ移行部であるか又はｐｐｏ又はｎｐ０移行部である ことができる。ウェーハｌＯはまず両側に不動態化層７０．７１を備えている。

別の層２の上に取付けられた不動態化層７０は組織化され、すなわち振動体２１ ．２２とウェブ４１から４８がその厚さを減少させられる範囲に切欠き８０を備 えている。しかし、第１５ａ図にしめすようにマスキング層はスペーサ１４が組 織される振動体の個所においては残される。

第１５ｂ図は不動態化層７０の切欠き８０がエツチングされかつ第２のフォトプ ロセスのあとでスペーサ１４が規定された高さにエツチングされたあとのウェー ハ１０が示されている。この方法段階あとでウェーハ１０の前面側及び背面側の 不動態化層７０．７１が除去される。次のプロセス段階の前でウェーハ１０の組 織化された前面側があらためて不動態化される。前面側７０１の不動態化層には 別の層２における振動体２１．２２が露出させようとする個所において切欠き８ １が設けられる。さらに例えば電気的な接続部を別の層２に入れるために役立つ 切欠き８２が不動態化層７０１に生ぜしめられる。背面側７１１の不動態化層７ １１にも切欠き８３が設けられる。この切欠き８３はウェブ４１，４８と振動体 ２１．２２を露出させるために背面エツチングにより基板３が除去される範囲に 設けられる。これは第１５ｃ図に示されている。有利には理化学的異方性で行わ れる背面エツチングにとっては比較的に長いエツチング時間が必要であるので、 ウェーハ１０の背面側には特に抵抗性の大きい不動態化層７１１を備えていなけ ればならない、この不動態化層は例えば析出された酸化物その上に析出された窒 化物とから合成されていることができる。第１５ｄ図は背面エツチングが行われ 、背面切欠き８５が形成されたあとのウェーハ１０が示されている。別の層２を 背面エツチングに対して不動態化するためには、別の層２にエツチングストップ 接続部７４を介して対応電圧がかけられる。各ウェーハにはｐ　／　ｎ移行層あ たり１つのエツチングストップ接続部しか、ウェーハにいくつのセンサ部材が組 織化されているかとは無関係に必要ではない、背面エツチングの後で、背面側の 組織化された不動態化層は除去され、組織化された背面側にあらためて不動態化 層７１２が設けられる。エツチングストップ接続部７４を除いたあとで、別の層 ２はウェーハ１０の前面側から出発してエツチングされる。

ウェーハ１０は第１５ｅ図においては、不動態化層７１１の切欠き８１と８２が 別の層２に伝達されたあとの状態で示されている。第１５ｆ図においては不動態 化層７０１と７０２を除去しかつ上方のカバー４０１と下方のカバー４０２でカ プセル化されたあとの状態が示されている。センサ構造は懸吊ウェブ４１でフレ ームに結合された振動体２１を有している。この場合、振動体２１と懸吊ウェブ ４１の厚さは減少され、それらはもっばら別の層２に構成されている。さらに振 動体２１は２つのスペーサ１４を有し、これらのスペーサ１４は振動体２１がそ れに向き合ってカバー４０１に配置された定置の電極２３に貼着することを阻止 する。カバー４０１と４０２は有利にはガラスから成り、有利にはアノードボン ディングによってセンサ部材と結合される。ここに記載した方法においては過負 荷状態のあとでもセンサの機能性を保証するスペーサ１４はセンサ部材から組織 化されていることをもう一度指摘しておく。しかし、振動体２１．２２とウェブ ４１から４８を別の層２の一杯の厚さに構成し、上方のカバー４０１に空洞を設 けることもできる。該空洞は振動体２１．２２の範囲に定置の電極を有し、さら に振動体２１．２２の範囲にスペーサ１４を備えている。

第１６ａからｅ図までには３層のウェーハ１０のための同様な方法が示されてい る。基板３の上には前面側と背面側とに別の層２ａ、２ｂが析出されている。

別の層２ａと２ｂと基板３との間にはドーピング移行部、この場合には再びｐｎ 移行部が生じている。第１６ａから０図には第１５ａから０図までに相当する、 別の層２ａと２０の表面のための方法段階が示されている。しかしながらこの場 合には振動体を露出させるためにまず別の層２ａ、２ｂの不動態化層７０１ａと ７０１ｂとにおける切欠き８１ａと８１ｂとが別の層２ａ、２ｂに伝達される。

この場合、別の層２ａと２ｂは完全に貫通エツチングされる。これはウェブの周 囲の範囲においても行われる。第１６ｄ図においてはウェーハ１０は、別の層２ ａ、２ｂが貫通エツチングされたあとの状態が示されている。別のプロセス段階 で、ウェーハを完全に貫通エツチングしようとする個所においても基板は両側に おいて、別の層２ａ、２ｂにおける切欠き８１ａ、８１ｂから出発して両方の切 欠き８１ａと８１ｂとが切欠き８１と１つになるまで別の層２ａと２ｂがエツチ ングされる。別の層２ａと２ｂとにおいてウェブ４１から４８を露出させること はウェブを別の層２ａと２ｂにおける開口から出発してアンダエッチングするこ とで行われる。この場合、ウェブは電圧を別の層２ａと２ｂと基板３との間のｐ ｎ移行層に遮断方向にエツチングストップ接続部７４ａと７４ｂとを介してかけ ることにより不動態化される。第１６ｆ図にはセンサ部材は不動態化層７０１ａ と７０１ｂ及びエツチングストップ接続部７４ａと７４ｂを除去し、上方のカバ ー４０１と下方カバー４０１と４０２はそれぞれ振動体２１の範囲に対応電極２ ３．２４を有している。このエツチング方法によっては地震質量１３で重み付け した、はぼ全ウェーハ犀さを有する振動体２１を備えたセンサ部材を製造するこ 第１７ａからｇ図までには３層のシリジュームウエーハからセンサ部材を製作で きる方法が示されている。

この方法はほぼ第１６　ａ　−ｆ図に示された方法に相応の層構造が記述されて いる。この方法においてはまずスキング層７２ａと７２ｂはＰ０拡敢が懸吊ウェ ブ４能にする。基板３のマスキングされた表面にＰｌ　ドーピングを施し、マス キング層７２ａ、７２ｂを除いたル層２ａ、２ｂが析出される。このようにプレ バレートされた表面の上には不動態化層７０ａ、７０ｂが備えられる前面及び背 面側の上の接続個所を除いて、硼素含有ガラス７３　ａ、　７３　ｂが設けられ る。硼素含有ガラスの代わりに他の適当な材料、ポジティブなイオンを含有する 材料を使用することもできる。別のプロセス段階においてＰ０ドーピング５ａ、 ５ｂも硼素含有ガラス７３ａと７３ｂのポジティブなイオンも両側でエピタキシ ャル層２ａ、２ｂ内に胆道される。これは第１７ｂ図に示されている。これによ ってＰドーピングされた１つの基板３と、ウェブを構成しようとすッチングスト ップ個所におけるｎ−領域でドーピング掘下げられたｎ領域はウェブ４１から４ ８をアンダエッチングストップ限界として用いることができる。こ存在する振動 体を製造できることである。

ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、１５ Ｆ［６，１５ 要　約　書 センサ部材を有し、該センサ部材が単品のシリジュームウエーハから組織化され 、少なくとも１つの振動体、有利には１対の振動体を有し、該振動体が単数又は 複数のウェブを介して不動のフレームと結合されている回転値センサが提案され ている。振動体は互いに直交する方向に振動可能である。センサ部材は振動体を 第１の振動方向に励振する手段と、第１の振動方向に対して直角である第２の振 動方向に振動体が変位する量を検出するための手段とを備えている。さらにセン サ部材は定置の電極の上に板コンデンサの電極として取付けられた少なくとも１ つのカバーを有している。・各振動体はこの板コンデンサの他の電極側を形成し ている。懸吊ウェブは振動体の励振と信号供給もしくは導出のための電気的な供 給導線として役立つ。

国際調査報告 １＋＋＋＋＋Ｈ＋、−一−＋　ＰＣＴ／ＤＥ　９１１００５５５国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．定置のフレーム、少なくとも１つの振動体、有利には互いに直交する２つの 方向に振動可能な少なくとも１対の振動体を有し、振動体をフレームに懸吊する 手段を備えたセンサ部材を有する回転値センサであって、フレーム、振動体およ び振動体の懸吊手段が１つの材料ブロックから組織化されており、振動体を第１ の振動方向に励振する手段、第１の振動方向に直角に位置する第２の振動方向で の振動体の変位を容量的または圧電抵抗的に検出する手段及び少なくとも１つの カバーを有している形式のものにおいて、センサ部材が単晶のシリジュームウエ ーハから組織化され、少なくとも１つの振動体（２１，２２）が単数または複数 のウエブ（４１−４８）においてフレーム（１０）と結合され、少なくとも１つ の振動体（２１，２２）が板コンデンサの一方の電極側を形成しており、ウエブ （４１−４８）が少なくとも１つの振動体（２１，２２）のための振動及び信号 供給もしくは導出のための電気的な供給導体を形成しており、少なくとも１つの 振動体（２１，２２）に向き合って、少なくとも１つのカバー（４０１，４０２ ）の上で第２の振動方向に少なくとも１つの定置の電極（２３，２４）が板コン デンサの別の電極として配置されていることを特徴とする、マイクロメカニック 式の回転値センサ。 ２．カバーとセンサ部材（１）との間にカバーにおける空洞（４０１，４０２） により中空室が生ぜしめられている、請求項１記載の回転値センサ。 ３．カバーとセンサ部材（１）との間にセンサ部材（１）の厚さを少なくとも振 動体（２１，２２）と懸吊ウエブ（４１−４８）の範囲で減少させることにより 中空室が生ぜしめられている、請求項１記載の回転値センサ。 ４．少なくとも定置の電極（２３，２４）及び（又は）センサ部材（１）の電極 の上に少なくとも１つのスペーサが設けられている、請求項１から３までのいず れか１項記載の回転値センサ。 ５．振動体（２１，２２）が少なくとも１つの定置の電極（２３，２４）に向い た表面に隆起部の形をしたスペーサ（１４）を有し、該スペーサ（１４）がスペ ーサ（１４）の高さに相応する間隔までしか振動体（２１，２２）を少なくとも １つの電極（２３，２４）に接近させない、請求項４記載の回転値センサ。 ６．センサ部材（１）が（１１０）結晶配列のシリジュームウエーハから構成さ れている、請求項１から５までのいずれか１項記載の回転値センサ。 ７．センサ部材（１）が基板（３）とその上を施されたエッチングストップ層（ ２）とから２層に構成されたシリジュームウエーハから構成され、エッチングス トップ層（２）と基板（３）との間にドーピング移行層が生じている、請求項２ 記載の回転値センサ。 ８．ウエブ（４１−４８）と振動体（２１，２２）がエッチングストップ層（２ ）に構成されている、請求項７記載の回転値センサ。 ９．振動体（２１，２２）のための電気的な接続部（３１−３３）がフレーム（ １０）のエッチングストップ層（２）に設けられて、基板（３）との機械的な結 合を形成しており、振動体（２１，２２）の接続部（３１−３３）が基板（３） とエッチングストップ層（２）との間のｐ／ｎ移行層とエッチングストップ層（ ２）を完全に貫くエッチングビット（１１）とによって電気的に互いに絶縁され ている、請求項７又は８記載の回転値センサ。 １０．センサ部材が基板（３）の上面側及び下面側にそれぞれ１つの別の層（２ ａ，２ｂ）が施されている基板（３）から３層に構成されている、請求項１から ６までのいずれか１項記載の回転値センサ。 １１．振動体（２１，２２）のウエブ（４１，４８）が別の層（２ａ，２ｂ）に 構成され、振動体（２１，２２）が基板（３）の厚さの、基板（３）から構成さ れた少なくとも１つの地震質量（１３）を有している、請求項１０記載の回転値 センサ。 １２．別の層（２８，２ｂ）と基板（３）との間にドーピング移行層が生じてい る、請求項１０又は１１記載の回転値センサ。 １３．センサ部材（１）が基板の上面側と下面側とにそれぞれ１つのｐドーピン グされた層（５ａ，５ｂ）を有するｐ基板（３）から３層に構成されたシリジュ ームウエーハから構成されており、ｐドーピングされた層（５ａ，５ｂ）がウエ ブ（４１−４８）の範囲に埋設されたｎドーピングされた領域（６ａ，６ｂ）を 有している、請求項１０又は１１記載の回転値センサ。 １４．少なくとも１対の振動体（２１，２２）がそれぞれ２つ又はそれ以上のウ エブ（４１−４８）において両側でフレーム（１０）と結合されており、ウエブ （４１−４８）により形成された、少なくとも２つの振動体（２１，２２）の懸 吊部が互いに平行にかつ励振方向に対して直角に配向されており、個々の振動体 （２１，２２）の懸吊部が懸吊部の方向でその中心軸線に対して対称的である、 請求項１から１３までのいずれか１項記載の回転値センサ。 １５．振動体（２１，２２）を第１の振動方向に励振することが電磁的に行なわ れる、請求項１から１４までのいずれか１項記載の回転値センサ。 １６．少なくとも１つの接続部（３２）がフレーム（１０）の上に、１対め振動 体（２１，２２）の間の導電結合を形成するように、すなわち振動体（２１，２ ２）が直列に接続されるように配置され、少なくとも２つの別の接続部（３１， ３３）がフレーム（１０）の上に、別の接続部（３１，３３）に電圧がかけられ た場合に電流が懸吊ウエブ（４１−４８）を介して直列に接続された振動体（２ １，２２）を通して電流を流すように配置されている、請求項１５記載の回転値 センサ。 １７．磁場を形成する手段が存在しており、該磁場が振動体（２１，２２）を流 れる電流の方向に対して直角にかつ励振方向に対して直角に配向されている、請 求項１５又は１６記載の回転値センサ。 １８．少なくとも１対の振動体（２１，２２）がそれそれ２つ又はそれ以上のウ エブ（４１−４８）において両側でフレーム（１０）と結合されており、ウエブ （４１−４８）によって形成された、少なくとも２つの振動体（２１，２２）の 懸吊部がわずかな不足角で互いに平行にかつ励振方向に直角に配向され、ウエブ （４１−４８）の長さ変化が振動体（２１，２２）の逆向きの変位方向をもたら す、請求項１から１３までのいずれか１項記載の回転値センサ。 １９．振動体（２１，２２）を第１の振動方向に励振することが熱機械的に行な われる、請求項１８記載の回転値センサ。 ２０．ウェブ（４１−４８）に電流パルスを作用させる手段が存在しており、該 電流パルスがウエブ（４１−４８）の長さ変化をもたらす、請求項１８又は１９ 記載の回転値センサ。 ２１．振動体（２１，２２）がフレーム（１０）内に振動体（２１，２２）に対 して平行に定置された対応電極（２５）に向き合って配置され、振動体（２１， ２２）とフレーム内における該当する対応電極との間に力を導入する手段が存在 している、請求項１から１３までのいずれか１項記載の回転値センサ。 ２２．振動体（２１，２２）を第１の振動方向に励振することを静電的に行なう 、請求項２１記載の回転値センサ。 ２３．少なくとも１対の振動体（２１，２２）がそれぞれ２つ又はそれ以上のウ エブ（４１−４８）において片側でフレーム（１０）に結合されており、ウエブ （４１−４８）によって形成された、１対の振動体（２１，２２）の懸吊部が互 いに平行にかつ励振方向に対して直角に配向されている、請求項２１又は２２記 載の回転値センサ。 ２４．振動体（２１，２２）を第１の振動方向に励振することが静電的に行なわ れる、請求項１から７までのいずれか１項記載の回転値センサ。 ２５．振動体（２１，２２）がエッチングストップ層（２）にパドル状に構成さ れており、ウエブ（４１−４４）がシリジュームウエーハの全厚さに構成されて いる、請求項２４記載の回転値センサ。 ２６．ウエブ（４１−４４）がフレーム（１１）内にウエブ（４１−４４）に対 して平行に定置された対応電極（２５）に励振方向で向き合って配置され、ウエ ブ（４１−４４）とフレーム（１０）における該当する対応電極（２５）との間 に力を導入する手段が存在している、請求項２４又は２５記載の回転値センサ。 ２７．少なくとも１対の振動体（２１，２２）がそれぞれ２つ又はそれ以上のウ エブ（４１−４８）において片側又は両側でフレーム（１０）と結合されており 、少なくとも２つの振動体（２１，２２）の、ウエブ（４１−４８）によって形 成された懸吊部が互いに平行にかつ励振方向に対して直角に配向されている、請 求項２４から２６までのいずれか１項記載の回転値センサ。 ２８．振動体（２１，２２）の懸吊ウエブ（４１−４８）が励振方向に少なくと も１つの第１の櫛歯状の構造を有し、第１の櫛歯状の構造に向き合って少なくと も１つの定置の電極（２５）が配置され、該電極（２５）が少なくとも１つの第 ２の櫛歯状の構造を有し、第１の櫛歯状の構造のフィンガ（５１）が第２の櫛歯 状の構造のフィンガ（５２）に係合している、請求項１から１３までのいずれか １項記載の回転値センサ。 ２９．電圧をかける手段が振動体（２１，２２）の懸吊ウエブ（４１）と該当す る定置の電極（２５）との間に存在している、請求項２８記載の回転値センサ。 ３０．振動体（２１，２２）を第１の振動方向に励振することをレルクタンッ駆 動装置により静電的に行なわれる、請求項２８又は２９記載の回転値センサ。 ３１．不動のフレーム（１０）がグリッド状である、請求項１から３０までのい ずれか１項記載の回転値センサ。 ３２．グリッド状のフレーム（１０）の少なくとも１つのステー（１０２）から 両側で対を成して振動体（２１，２２）が延びており、少なくとも１つのステー （１０２）と多重同調フォーク構造を形成しており、振動体（２１，２２）の片 側又は両側でウエブ（４１−４８）を介してフレーム（１０）と結合されている 、請求項３１記載の回転値センサ。 ３３．励振を１つの振動体対（２１１，２１２）を介して行なわれ、これによっ てこれと連結された別の振動体対（２２１，２２２）を振動させ、信号取出しが 別の振動体対（２２１，２２２）において行なわれる、請求項３１又は３２記載 の回転値センサ。 ３４．請求項７又は８の回転値センサを製造する方法において、第１の方法段階 でシリジュームウエーハ（１０）の、エッチングストップ層（２）により形成さ れた前面側と背面側とを不動態化し、前面側の不動態化層（７０）を、振動体（ ２１，２２）とウエブ（４１−４４）が形成される範囲においてエッチング窓（ ８０）が生じるように構成し、エッチングストップ層（２）をこの範囲において エッチングすることで厚さを減少させ、次いで前面側と背面側の不動態化層を除 去し、第２の方法段階で組織化された前面側と背面面とを不動態化し、背面側の 不動態化層（７０１）を組織化し、振動体（２１，２２）とウエブ（４１−４４ ）が形成される範囲にエッチング窓（８３）を生ぜしめ、そこで完全に貫通エッ チングし、前面側の不動態化層（７０１）を組織化し、ウェーハ（１０）が完全 に貫通エッチングされる範囲においてエッチング窓（８１）を生ぜしめ、背面側 でエッチング窓（８３）の範囲でエッチングストップ（２）までエッチングし、 組織化された背面側を不動態化し、エッチングストップ層（２）をエッチング窓 （８１）の範囲において完全に貫通エッチングし、前面側と背面側の不動態化層 を除去することを特徴とする、回転値センサの製造法。 ３５．第２方法段階で組織化されていない背面を不動態化するために酸化物層と その上にある窒化物層を使用し、背面側を組織加工したあとで窒化物層を除去す る、請求重３４記載の製造法。 ３６．請求項１０から１２までのいずれか１項の回転値センサを製造する方法に おいて、第１の方法段階でシリジュームウエーハの両方の主表面を不動態化し、 不動態化層（７０ａ，７０ｂ）を組織化し、振動体（２１，２２）とウエブ（４ １−４４）が構成される範囲にエッチング窓（８０ａ，８０ｂ）を生ぜしめ、別 の層（２ａ，２ｂ）の厚さをエッチングによって前記範囲において減少させ、次 いで不動態化層（７０ａ，７０ｂ）を除去し、第２の方法段階で、組織化した主 面を不動態化し、不動態化層（７０１ａ，７０１ｂ）を組織化して、エッチング 窓（８１ａ．８１ｂ）を、ウエーは（１０）が完全に貫通エッチングされる範囲 に生ぜしめ、別の層（２ａ，２ｂ）をエッチング窓（８１ａ，８１ｂ）の範囲で 完全に貫通エッチングし、基板（３）をウエブ（４１−４８）の範囲で両方の別 の層（２ａ，２ｂ）から出発して除去エッチングし、基板（３）を完全に貫通す るアンダエッチング（８６）を生ぜしめ、ウエブ（４１−４８）のアンダエッチ ングに際して別の層（２ａ，２ｂ）をエッチングストップ層として用い、不動態 化層（７０１ａ，７０１ｂ）を除去することを特徴とする、回転値センサの製造 法。 ３７．エッチングストップ層（２，２ａ，２ｂ）をｐ＋ドーピングする、請求項 ３４から３６までのいずれか１項記載の製造法。 ３８．基板（３）とエッチングストップ層（２，２ａ，２ｂ）との間のドーピン グ移行層がｐ／ｎ移行層である、請求項３４から３６までのいずれか１項記載の 製造法。 ３９．基板（３）をエッチングする場合に、エッチングストップ層（２，２ａ， ２ｂ）がｐ／ｎ移行層に遮断方向に電圧をかけることにより不動態化する、請求 項３８記載の製造法。 ４０．シリジュームウエーハ（１０）を３層に構成する第１の方法段階の前に、 ｐドーピングされた基体（３）の両方の表面をウエブ（４１−４８）が構成され る範囲において構成し、少なくとも１つのエッチングストップ接続部（７４ａ， ７４ｂ）への接続範囲において両方の主面の各々をマスキングし、両方のマスキ ングされた主面をｐ＋ドーピングし、次いで両方の主面においてそれぞれ１つの ｎエピタキシャル層（２ａ，２ｂ）を析出し、ｎエピタキシャル層（２ａ，２ｂ ）をエッチングストップ接続部（７４ａ，７４ｂ）の範囲で不動態化し、次いで 表面の上にポジティブなイオンを含有するガラス層（７３ａ，７３ｂ）を施し、 別のプロセス段階で、有利には加熱によってｐ＋層（２ａ，２ｂ）のｐ＋ドーピ ングとガラス層（７３ａ，７３ｂ）をポジティブなイオンをｎエピタキシャル層 （２ａ，２ｂ）内に駆進させ、それらがオーバラップし、本来のマスキングされ たｎ領域（６ａ，６ｂ，２ａ，２ｂ）においてのみ残るようにし、次いでガラス 層（７３ａ，７３ｂ）を除く、請求項３６記載の製造法。 ４１．ガラス層（７３ａ，７３ｂ）がポアイオンを含有している、請求項３９又 は４０記載の製造法。