JPH06287082A - 導電体基板と絶縁体との接着方法及び該接着方法を用いた振動ジャイロデバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 導電体基板と絶縁体との接着を高精度、かつ
強固に行なうことができ、低温での接着が可能で熱歪に
よる変形や剥れを防止でき、導電体基板と熱膨張係数の
異なる絶縁体との接着が可能な接着方法及び該接着方法
を用いた振動ジャイロデバイスを提供する。 【構成】 絶縁体表面上に導電性薄膜を形成する工程と
絶縁体との間の接着力を強固にするイオン種をインプラ
ントする工程と該導電性薄膜上に絶縁性薄膜を形成する
工程と次いで絶縁性薄膜と導電体基板を重合させた状態
で該導電性薄膜と導電体基板との間に電圧を印加し、陽
極接合を行う工程とからなる導電体基板と絶縁体との接
着方法並びに該接着方法を用いた振動ジャイロデバイ
ス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は陽極接合を用いたＳｉ等
の導電体基板と可動イオンを含まない絶縁体との接着方
法及び該接着方法を用いて作製される振動ジャイロデバ
イスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｓｉ半導体プロセスを用いたアク
チュエーター、センサ等種々のデバイスが提案されてお
り、このようなデバイスを作製する上で、Ｓｉ／Ｓｉ間
の接着技術、あるいはＳｉ／ガラス、Ｓｉ／セラミック
ス等の異種材料間での接着技術が重要な技術となってい
る。

【０００３】従来、これらの接着技術としては、接着す
る面同士の間に低融点金属、低融点ガラス、あるいはエ
ポキシ樹脂等の樹脂系の接着剤を介して接着する技術、
Ｓｉ基板同士を重ね合わせ、６００〜１０００℃に加熱
することにより接合を行なう直接接合技術、Ｓｉとパイ
レックスガラスを３００〜４００℃に加熱し、両者間に
４００Ｖ程度の電圧を印加し、Ｓｉとパイレックスガラ
ス間に生じる静電引力により接合を行なう陽極接合技術
等が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｓｉと
セラミックス、高分子等の絶縁体との接着においては、
以下の様な問題点があった。

【０００５】すなわち、 （１）Ｓｉ基板等導電体基板と絶縁体とを接着剤を用い
て接着する方法では、接着剤が液状であるために寸法精
度を保つのが困難であり、高精度な接着ができない。 （２）接着剤を用いる方法では、接着剤の剛性が低く振
動を吸収しやすいために、例えば振動ジャイロデバイス
の様な振動を伝達、検出するデバイスにおいては、振動
の伝達効率の低下、及び検出感度の低下をまねく。 （３）接着剤を用いる方法では、接着剤が熱的安定性に
乏しいため、接着後には高温にできないというプロセス
上の制約をうける。 （４）接着剤を用いる方法では、接着剤の耐久性が低い
ため、デバイスの信頼性が低下する。 （５）セラミックスは結晶系を構成しており、可動イオ
ンを含まないために、上記従来例の陽極接合技術を用い
てＳｉと接着することができない。 （６）一般に、セラミックスや高分子の熱膨張係数はＳ
ｉの熱膨張係数と異なるため、高温下で接着した後、室
温まで降温する際に、熱歪により変形や剥れを生じるこ
とがある。

【０００６】本発明は、上記問題点を解決すべく成され
たものであり、本発明の目的は、Ｓｉ等導電体基板と可
動イオンを含まない絶縁体との新規な接着方法を提供す
ることにある。

【０００７】また、本発明の別の目的は、本発明の接着
方法を用いた振動ジャイロデバイスを提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決せんとするものでその要旨は、可動イオンを含まない
絶縁体表面上に導電性薄膜を形成する工程と絶縁体との
間の接着力を強固にするイオン種をインプラントする工
程と該導電性薄膜上に絶縁性薄膜を形成する工程と次い
で絶縁性薄膜とＳｉ等からなる導電体基板とを相対向さ
せ重合させた状態で該導電性薄膜と導電体基板との間に
電圧を印加し、陽極接合を行う工程とからなる導電体基
板と絶縁体との接着方法及び可動イオンを含まない絶縁
体表面上に導電性薄膜を形成する工程と絶縁体との間の
接着力を強固にするイオン種をインプラントする工程と
導電体基板上に絶縁性薄膜を形成する工程と次いで前記
絶縁体表面上の導電性薄膜と導電体基板上の絶縁薄膜と
を相対向させ重合させた状態で該導電性薄膜と導電体基
板との間に電圧を印加し、陽極接合を行う工程とからな
る導電体基板と絶縁体との接着方法並びにエッチング加
工により振動子を形成した導電体基板上に圧電性セラミ
ックス等可動イオンを含まない絶縁体からなる励振駆動
部および／又は圧電性セラミックス等可動イオンを含ま
ない絶縁体からなる駆動検出部が積層された構造を有す
る振動ジャイロデバイスであって、該導電体基板と該圧
電性セラミックス等可動イオンを含まない絶縁体とが前
記の接着方法により接着されたものであることを特徴と
する振動ジャイロデバイスにある。

【０００９】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。図１は本発明の接着方法を示す概略図であり、図中
１は絶縁体、２は導電性薄膜、あるいは導電性薄膜にな
るべき薄膜、３はＳｉ基板等の導電体基板、４は可動イ
オンを含む絶縁性薄膜、５は直流電源、６はヒーター、
７は光源である。

【００１０】絶縁体１上に導電性薄膜、あるいは導電性
薄膜になるべき薄膜２を形成する（図１（ａ））。絶縁
体１としては、セラミックスなどの無機絶縁体や、高分
子、もしくは高分子複合体などの有機絶縁体を用いるこ
とができる。セラミックスとしては、例えば酸化アルミ
ニウム、酸化ホウ素、酸化マグネシウム、二酸化ケイ
素、二酸化スズ、酸化亜鉛、二酸化ジルコニウム等の酸
化物、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム、チタ
ン・タングステン・ビスマス酸化物、鉄酸バリウム、ア
ルミン酸バリウム、アルミン酸マグネシウムバリウム、
イットリウム鉄ガーネット、イットリウムアルミニウム
ガーネット、ゲルマン酸鉛、ゲルマン酸ビスマス、アパ
タイト、リン酸八カルシウム、ナトリウムチタンブロン
ズ、プリデライト、チタン酸マグネシウム、チタン酸
鉛、チタン酸二亜鉛、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸ガリ
ウム、ニオブ酸チタンビスマス、タンタル酸鉄、タング
ステン酸バリウム、タングステン酸鉛、マンガン酸カル
シウム、アルミン酸鉄、ランタン・バリウム・銅酸化
物、イットリウム・バリウム・銅・酸化物、ビスマス・
ストロンチウム・カルシウム・銅酸化物、チタン・バリ
ウム・カルシウム・銅酸化物等の複合酸化物、窒化アル
ミニウム、窒化ホウ素、窒化ホウ素マグネシウム、窒化
ケイ素、窒化ケイ素ランタン、サイアロン等の窒化物、
炭化ホウ素、炭化ケイ素、炭化ケイ素アルミニウム、炭
化ホウ素アルミニウム、炭化チタン等の炭化物、二ホウ
化チタン、六ホウ化カルシウム、六ホウ化ランタン、ホ
ウ化イットリウム等のホウ化物、硫化鉄、硫化チタン、
硫化チタン亜鉛等の硫化物、などがあげられる。また、
その他ダイヤモンドなどの無機絶縁体を使用することが
できる。

【００１１】高分子、もしくは高分子複合体としては、
ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエス
テル、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルイ
ミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケト
ン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンオキ
サイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化エチ
レン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリ
ウレタン、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン
樹脂、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェ
ン、ポリビニルカルバゾールや、これらの高分子に無機
材料を複合、もしくは分散させたものを使用することが
できる。なお、絶縁体１としては、無機絶縁体が表面の
平滑性が比較的良く、熱膨張係数がＳｉと近いためより
好ましい。

【００１２】薄膜２はＳｉ薄膜、Ａｌ薄膜、Ａｕ薄膜等
であり、Ｓｉ薄膜はＣＶＤ法、スパッタリング法等によ
り、又、Ａｌ薄膜、Ａｕ薄膜はスパッタリング法、蒸着
法等により成膜できる。

【００１３】しかしながら、一般に上記の方法により成
膜されたＳｉ薄膜は導電性の低いものになりやすい。そ
こで図１（ｂ）に示すように、薄膜２側よりＢイオン、
Ｐイオン、Ａｓイオン等のイオン種をイオンインプラン
トする。イオンインプラントすることによりＳｉ薄膜に
導電性を付与することができ、また、絶縁体とＳｉ薄膜
界面においてイオンの拡散が生じるために、絶縁体とＳ
ｉ薄膜との接合をより強固にすることができる。薄膜２
としてＡｌ薄膜、Ａｕ薄膜を形成した場合も同様にイオ
ンインプラントを行なうことにより絶縁体との接合を強
固にすることができる。

【００１４】次に、図１（ｃ）に示すように、導電性薄
膜２の上に絶縁性薄膜４を形成する。絶縁性薄膜４とし
ては、Ｓｉ酸化膜、Ｓｉ窒化膜等が用いられる。Ｓｉ酸
化膜、Ｓｉ窒化膜は、ＣＶＤ法、スパッタリング法によ
り形成できる。

【００１５】ついで、図１（ｄ）に示すように、絶縁性
薄膜４とＳｉ基板３等の導電体基板とを相対向させ重合
させた状態でヒーター６で加熱しながら導電性薄膜２と
Ｓｉ基板３との間に電圧を印加する陽極接合法により、
絶縁性薄膜４及び導電性薄膜２を介してＳｉ基板３と絶
縁体１との接着を行なう。また、電圧を印加する際に、
同時に光を照射する光照射陽極接合法を用いると、より
低温での接着が可能となり好ましい。

【００１６】照射する光としては、波長０．２〜１２μ
ｍの光のうち、Ｓｉ基板もしくは使用する絶縁体を透過
する光を用いる。光源７としては水銀ランプ、エキシマ
レーザ、ヘリウム−カドミウムレーザ、ヘリウム−ネオ
ンレーザ、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ、ＡｌＧａＡ
ｓなどの半導体レーザを用いる。

【００１７】光照射することにより、絶縁性薄膜４を構
成している網目構造の一部が弛緩され、絶縁性薄膜中の
可動イオンが移動しやすくなるために、比較的低温（室
温〜２００℃）での接着が可能となる。

【００１８】図２は本発明の別の接着方法を示す概略図
であり、図中の数字符号は図１と同様である。

【００１９】絶縁体１上に導電性薄膜あるいは導電性薄
膜となるべき薄膜２を形成する。（図２（ａ））なお絶
縁体１、導電薄膜２等その他の後述の使用材料の材質及
び処理方法は図１の場合と同様のもの及び同様の手段が
採用できる。

【００２０】図１の方法の場合と同様にＣＶＤ法、スッ
パタリング法等で成膜されたＳｉ薄膜は導電性が低いも
のになり易い。

【００２１】そこで図２（ｂ）に示すように導電薄膜２
側より図１の方法の場合と同様にＢイオン、Ｐイオン、
Ａｓイオン等のイオン種をイオンプラントする。イオン
プラントすることによりＳｉ薄膜に導電性を付与するこ
とができ、また絶縁体とＳｉ薄膜界面においてイオンの
拡散が生じるために絶縁体とＳｉ薄膜との接合をより強
固にすることができる。導電薄膜２としてＡｌ薄膜Ａｕ
薄膜を形成した場合も同様にインプラントを行うことに
より絶縁体との接合を強固にすることができる。

【００２２】一方Ｓｉ基板３上には絶縁性薄膜４を形成
する。（図２（ｃ））次いで図２（ｄ）に示すように絶
縁体１表面上のイオンインプラントされた導電性薄膜２
とＳｉ基板３等導電体基板上の絶縁性薄膜４とを相対向
させ、重合させた状態でヒーター６で加熱しながら導電
性薄膜２とＳｉ基板等導電体基板３との間に電圧を印加
する陽極接合法により絶縁性薄膜４及び導電性薄膜２を
介して絶縁体１との接着を行う。また図１の方法の場合
と同様に電圧を印加する際に同時に光を照射する光照射
陽極接合法を用いるとより低温での接着が可能となり好
ましい。

【００２３】絶縁体表面上の導電性薄膜２の厚みは０．
０１μｍ〜２．０μｍ、好ましくは０．０２μｍ〜１．
０μｍ、また、Ｓｉ基板上の絶縁性薄膜４の厚みは０．
０２μｍ〜２．０μｍ、好ましくは０．０３μｍ〜１．
０μｍである。

【００２４】次に、本発明の接着方法を用いた振動ジャ
イロデバイスについて説明する。

【００２５】振動ジャイロデバイスは、振動している物
体に回転角速度が与えられるとその振動方向と直交する
方向にコリオリ力が生じるという力学現象を利用し、物
体に加えられた角速度を検出するものである。

【００２６】振動子が面内方向と直交する方向（例えば
図３矢印Ｘ方向）に共振振動している状態で長手方向の
軸（図３ ２０９）回りに角速度Ωの回転が加わると、
面内方向（図３矢印Ｆ方向）に角速度Ωに比例したコリ
オリ力Ｆが発生し、面内方向に振動が起振される。面内
方向の振幅は角速度Ωに比例するので、この振幅を検出
することにより、角速度Ωを求めることができる。

【００２７】本発明の振動ジャイロデバイスは、上記振
動子をＳｉエッチングプロセスにより作成し、その上に
圧電性セラミックス等可動イオンを含まない絶縁体から
成る圧電素子を接着し、これに励振電圧を加えて振動子
を振動させる構成のものであり、振動子の形成されたＳ
ｉ基板等の導電体基板と圧電性セラミックス等の可動イ
オンを含まない絶縁体との接着を上記本発明の接着方法
により行なったものである。または振動検出に圧電性セ
ラミックスから成る圧電素子を用い、これを上記振動子
の形成されたＳｉ基板等の導電体基板等上に形成したも
のであり、Ｓｉ基板等の導電体基板と圧電性セラミック
ス等可動イオンを含まない絶縁体との接着を上記本発明
の接着方法により行なったものである。

【００２８】

【実施例】以下、実施例をあげ、本発明の接着方法を更
に詳細に説明する。

【００２９】実施例１ 厚み３００μｍのＺｎＯ表面に、スパッタリング法によ
り厚み０．０８μｍの金薄膜を形成した後、金薄膜にＰ
イオンを加速電圧４０ＫｅＶ、注入量２．９×１０¹⁴ａ
ｔｍ／ｃｍ² の条件でイオンインプラントした。次に、
金薄膜上に、スパッタリング法により厚み０．１μｍの
Ｓｉ酸化膜を形成した。次に、Ｓｉ酸化膜上にＳｉ基板
を重合し、Ｓｉ基板を上にしてヒーター付プラテン上に
固定した。直流電源の正極をＳｉ基板に接続し、負極を
金薄膜に接続した。ヒーター付プラテンを１６０℃に加
熱した状態でＳｉ基板側より波長１０．６μｍ、照射強
度２Ｗ／ｃｍ² の炭酸ガスレーザを照射し、同時にＳｉ
基板と金薄膜との間に２５Ｖの電圧を１０分間印加した
ところ、Ｓｉ酸化膜及び金薄膜を介してＳｉ基板とＺｎ
Ｏとを高精度かつ強固に接着することができた。この
時、熱歪によるＺｎＯの変形等は生じなかった。

【００３０】実施例２ あらかじめ分極処理を行なった厚み２００μｍのＰＺＴ
表面に、シランガスを原料としたプラズマＣＶＤ法によ
り厚み０．１２μｍのＳｉ薄膜を形成した後、Ｓｉ薄膜
にＢイオンを加速電圧４０ＫｅＶ、注入量６．５×１０
¹⁴ａｔｍ／ｃｍ ² の条件でイオンインプラントした。次
に、Ｓｉ薄膜上に、ジクロロシランおよびアンモニアガ
スを原料としたＬＰＣＶＤ法により厚み０．２μｍのＳ
ｉ窒化膜を形成した。次に、Ｓｉ窒化膜上にＳｉ基板を
重合し、直流電源の正極をＳｉ基板に接続し、負極をＳ
ｉ薄膜に接続した。次に、Ｓｉ基板側より波長１０．６
μｍ、照射強度５．０Ｗ／ｃｍ² の炭酸ガスレーザを照
射し、同時にＳｉ基板とＳｉ薄膜との間に１５Ｖの電圧
を１０分間印加したところ、Ｓｉ窒化膜及びＳｉ薄膜を
介してＳｉ基板とＰＺＴとを高精度かつ強固に接着する
ことができた。またこの時、熱歪によるＰＺＴの変形等
は生じなかった。

【００３１】実施例３ 厚み２００ｍｍのＰＺＴ表面に、シランガスを原料とし
たプラズマＣＶＤ法により、厚み０．１μｍのＳｉ薄膜
を形成した。次に形成したＳｉ薄膜にＢイオンを加速電
圧５０ＫｅＶ、注入量５．５×１０¹⁴ａｔｍ／ｃｍ² の
条件でイオンインプラントした。

【００３２】一方、厚み５００μｍのＳｉ単結晶基板
を、水素、酸素雰囲気中で１０００℃に加熱し、Ｓｉ基
板表面に厚み０．０８μｍのＳｉ酸化膜を形成した。

【００３３】次に、ＰＺＴ表面上のＳｉ薄膜とＳｉ基板
上のＳｉ酸化膜とが相対向するように重ね、Ｓｉ基板を
上にして、ヒーター付プラテン上に固定した。直流電源
の負極をＳｉ基板に接続し、正極をＳｉ薄膜に接続し、
ヒーター付きプラテンを４００℃に加熱した状態で、Ｓ
ｉ薄膜とＳｉ基板との間に３０Ｖの電圧を１０分間印加
したところ、Ｓｉ酸化膜及びＳｉ薄膜を介してＳｉ基板
と、ＰＺＴとを精度良く接着することができた。

【００３４】また、この後ＰＺＴ表面に蒸着法によりア
ルミ電極を形成し、Ｓｉ薄膜とアルミ電極との間に３Ｋ
Ｖ／ｍｍの電圧を印加し、１２０℃１時間でＰＺＴの分
極処理を行った。

【００３５】実施例４ あらかじめ分極処理を行った厚み３００μｍのＰＺＴ表
面に、シランガスを原料としたプラズマＣＶＤ法によ
り、厚み０．０８μｍのＳｉ薄膜を形成した。次に、形
成したＳｉ薄膜にＡｓイオンを加速電圧４０ＫｅＶ、注
入量３．８×１０ ¹⁴ａｔｍ／ｃｍ² の条件でイオンイン
プラントした。

【００３６】一方、厚み５００μｍのＳｉ単結晶基板の
表面に、ジクロロシランおよびアンモニアガスを原料と
したＬＰＣＶＤ法により、厚み０．１２μｍのＳｉ窒化
膜を形成した。

【００３７】次に、ＰＺＴ表面上のＳｉ薄膜と、Ｓｉ基
板状のＳｉ窒化膜とが相対向するように重ね、直流電源
の負極をＳｉ基板に接続し、正極をＳｉ薄膜に接続し
た。次にＳｉ基板側より波長１０．６μｍ、照射強度２
Ｗ／ｃｍ² の炭酸ガスレーザを照射し、同時に、Ｓｉ薄
膜とＳｉ基板との間に５０Ｖの電圧を１０分間印加した
ところ、Ｓｉ窒化膜及びＳｉ薄膜を介して、Ｓｉ基板と
ＰＺＴとを高精度かつ強固に接着することができた。ま
た、この時、熱歪によるＰＺＴの変形等は見られなかっ
た。

【００３８】実施例５ 厚み８００μｍの酸化アルミニウムの表面に、スパッタ
リング法により、厚み０．０５μｍの金薄膜を形成し
た。次に形成した金薄膜にＰイオンを加速電圧６０Ｋｅ
Ｖ、注入量３．５×１０¹⁴ａｔｍ／ｃｍ² の条件でイオ
ンインプラントした。 一方、厚み５００μｍのＳｉ単
結晶基板を、水素、酸素雰囲気中で１０００℃に加熱
し、Ｓｉ基板表面に厚み０．１μｍのＳｉ酸化膜を形成
した。

【００３９】次に、酸化アルミニウム表面上の金薄膜と
Ｓｉ基板上のＳｉ酸化膜とが相対向するように重ね、Ｓ
ｉ基板を上にしてヒーター付プラテン上に固定した。直
流電源の負極をＳｉ基板に接続し、正極を金薄膜に接続
した。ついで、ヒーター付プラテンを１８０℃に加熱し
た状態で、Ｓｉ基板側より波長１０．６μｍ、照射強度
２．５Ｗ／ｃｍ² の炭酸ガスレーザを照射し、同時に、
Ｓｉ基板と金薄膜との間に１５Ｖの電圧を１５分間印加
したところ、Ｓｉ基板及び金薄膜を介して、Ｓｉ基板と
酸化アルミニウムとを、高精度かつ強固に接着すること
ができた。またこの時、熱歪による酸化アルミニウムの
変形等は見られなかった。

【００４０】実施例６ 分局処理を行った厚み２００μｍのポリフッ化ビニリデ
ン樹脂フィルムの表面に、スパッタリング法により、厚
み０．０６μｍのアルミ薄膜を形成した。次に形成した
アルミ薄膜にＰイオンを加速電圧４０ＫｅＶ、注入量
２．８×１０¹⁴ａｔｍ／ｃｍ² の条件でイオンプランと
した。

【００４１】一方、厚み８００μｍのＳｉ単結晶基板の
表面、ジクロロシランおよびアンモニアガスを原料とし
たＬＰＣＶＤ法により、厚み０．０６μｍのＳｉ窒化膜
を形成した。

【００４２】次に、ポリフッ化ビニリデン樹脂フィルム
表面上のアルミ薄膜とＳｉ基板上のＳｉ窒化膜とが相対
向するように重ね、直流電源の負極をＳｉ基板に接続
し、正極をアルミ薄膜に接続した。

【００４３】次に、Ｓｉ基板側より波長１０．６μｍ、
照射強度２．５Ｗ／ｃｍ² の炭酸ガスレーザを照射し、
同時にＳｉ基板をアルミ薄膜との間に４０Ｖの電圧を１
０分間印加したところ、Ｓｉ窒化膜、及びアルミ薄膜を
介して、Ｓｉ基板と、ポリフッ化ビニリデン樹脂フィル
ムとを高精度かつ強固に接着することができた。

【００４４】実施例７ 次に、本発明の接着方法を用いた振動ジャイロデバイス
について、実施例をあげて詳細に説明する。図３は本発
明の振動ジャイロデバイスの実施例を示す構造図であ
る。図３において、２０１はＳｉ単結晶基板、２０２は
励振駆動部、及び検出部が形成された梁部、２０３，２
０４はエッチングにより除去された空隙部、２０５は励
振用圧電素子（ＰＺＴ）、２０６は検出用ピエゾ抵抗素
子、２０７はリード電極、２０８はリード電極引出部、
２０９は角速度の検知軸、２１０は単体センサ部であ
る。

【００４５】本実施例においては、励振用圧電素子２０
５に一定の交流電圧を印加することにより、梁部２０２
を矢印Ｘの方向に振動させる。検知軸２０９回りの角速
度が振動している梁部２０２に加わると、梁部２０２は
矢印Ｆの方向にコリオリ力を受け、同方向にたわみ変形
する。この時、この歪量を、梁部２０２の両側に形成さ
れた検出用ピエゾ抵抗素子２０６を用いて検出する。ま
たデバイスに作用する外部の振動や加速度、重力などの
影響を除去するため、二個のセンサを使用し、互いに位
相が１８０°異なった同一の振幅、周波数で駆動する。
本実施例のセンサはＳｉ単結晶基板をエッチング加工す
ることにより作製される。以下、本実施例のセンサの作
製方法を説明する。

【００４６】１ｍｍ厚の＜１００＞方位のｎ型単結晶Ｓ
ｉ基板に所望のＳｉ酸化膜を形成した後、一部をエッチ
ング除去し、ピエゾ抵抗素子パターンを形成し、イオン
注入法を用いてｐ型の検出用ピエゾ抵抗素子２０６を形
成した。次に、Ｓｉ基板をエッチング加工して梁部２０
２、及び空隙部２０３，２０４を形成した。なお、非エ
ッチング部にはＳｉ窒化膜を形成し、これをマスクとし
た。Ｓｉ基板上のＳｉ窒化膜を所望のパターンを残して
除去した後、レジストパターニングを行ない、蒸着法及
びリフトオフ法を用いてリード電極２０７を形成した。

【００４７】一方、分極処理を行なった厚み２５０μｍ
のＰＺＴの表面に、シランガスを原料としたプラズマＣ
ＶＤ法により厚み０．１μｍのＳｉ薄膜を形成した後、
Ｓｉ薄膜にＡｓイオンを加速電圧５０ＫｅＶ、注入量
４．７×１０¹⁴ａｔｍ／ｃｍ²の条件でイオンインプラ
ントした。次に、Ｓｉ薄膜上に、スパッタリング法によ
り厚み０．０７μｍのＳｉ酸化膜を形成した。また、Ｐ
ＺＴのもう一方の表面には蒸着法により電極用のアルミ
薄膜を形成した。次にこれをＳｉ基板上に、Ｓｉ酸化膜
とＳｉ基板とが相対向するように重合し、Ｓｉ基板側よ
り波長１０．６μｍ、照射強度５．０Ｗ／ｃｍ² の炭酸
ガスレーザを照射し、同時にＳｉ基板とＳｉ薄膜との間
に１５Ｖの電圧を１０分間印加して両者の接着を行なっ
た。このあと所望の大きさにセンサをＳｉ基板より切り
出し、単体センサ部２１０を作製した。なお単体センサ
部の外寸は１５ｍｍ×２０ｍｍとした。

【００４８】このようにして作製した単体センサ部２１
０ ２個を相対向するように重ね、幅２ｍｍ、厚さ０．
５ｍｍのテフロン枠シートを間にはさみ、エポキシ系接
着剤を用いて加圧接着し、２個の単体センサ部から成る
センサを作製した。このセンサを共振周波数で駆動し、
検出用ピエゾ抵抗素子２０６の抵抗差を検出したとこ
ろ、検知軸２０９回りの角速度を良好に検出することが
できた。

【００４９】なお、上記実施例においては歪量の検出に
ピエゾ抵抗素子を用いたが、ＰＺＴ、ＺｎＯ等の圧電素
子を用いても同様の効果が得られた。

【００５０】実施例８ 次に、本発明の接着方法を用いた振動ジャイロデバイス
について、別の実施例について詳細に説明する。図４〜
図５は、本発明の振動ジャイロデバイスの他の実施例を
示すものであり、図４は、本実施例の振動ジャイロデバ
イスの構造図、図５は、本実施例の振動ジャイロデバイ
スの作製方法を示す図である。

【００５１】図４において、３０１は、Ｓｉ単結晶基板
であり、３０２は重り部、３０３は、検出用梁部、３０
４は、エッチング除去して形成した空隙部、３０５は、
検出用圧電素子（ＺｎＯ）、３０６は上下方向の振動が
可能な駆動構造部、３０７は、駆動源である励振用圧電
素子（ＰＺＴ）、３０８はリード電極、３０９はリード
電極引出部、３１０は角速度の検地軸、３１１は単体セ
ンサ部である。

【００５２】本実施例においては、励振用圧電素子３０
７に、一定の交流電圧を印加することにより、駆動構造
部３０６を矢印Ｘの方向に振動させ、重り部３０２及び
検出用梁部３０３を振動させる。このとき、駆動周波数
が所望の値となるように励振用圧電素子３０７に印加す
る交流電圧を駆動回路（図示せず）で調整し、一定の振
動が得られるようにする。

【００５３】検地軸３１０の回りの角速度が振動してい
る重り部２０２、及び検出用梁部３０３に加わると、重
り部３０２及び検出用梁部３０３は、矢印Ｆの方向にコ
リオリカを受け、検出用梁部３０３は、同方向にたわみ
変形する。この時、この歪量を、検出用梁部の中立軸の
両側に形成した２つの検出用圧電素子３０５の出力電圧
の差により検出する。

【００５４】又、デバイスに作用する外部の振動や加速
度、重力などの影響を除去するため、二対のセンサを使
用し、互いに位相が１８０゜異なった同一の振幅、周波
数で駆動する。

【００５５】本実施例においては、重り部３０２、検出
用梁部３０３は１ｍｍ厚の＜１００＞包囲のｎ型単結晶
Ｓｉ基板から異方性エッチングによって一体的に形成し
ている。次に、この作製方法について、図５を用いて詳
細に説明する。

【００５６】図５において、４０１はＳｉ単結晶基板、
４０２は、Ｓｉ窒化膜、４０３は、検出用重り部３０２
及び梁部３０３を形成するためのエッチング部、４０４
は、Ｓｉ（１１１）面、４０５は駆動構造部３０６を形
成するためのエッチング部、４０６は垂直エッチング
面、４０７は駆動用片持ち梁部、４０８はＺｎＯ、４０
９は、検出用金電極４１０はＰＺＴ、４１１はＳｉ薄
膜、４１２は駆動用金電極である。

【００５７】図５（ａ）に示すように、Ｓｉ単結晶基板
４０１の表面に、ジクロロシランおよびアンモニアガス
を原料としたＬＰＣＶＤ法を用いて、厚み０．２μｍの
Ｓｉ窒化膜４０２を形成した。次に、図５（ｂ）に示す
ように、両面マスクアライナー装置を用いたフォトリソ
グラフィー法により、基板両面の検出用重り部３０２及
び梁部３０３を形成するためのエッチング部４０３のＳ
ｉ窒化膜を除去した。なお、Ｓｉ窒化膜の除去は、四フ
ッ化炭素を用いた反応性イオンエッチング法により行っ
た。この基板を約１１０℃に加熱した水酸化カリウム水
溶液で所望時間エッチングを行い、図５（ｃ）に示す状
態を得た。ここで、シリコンの（１１１）結晶面４０４
は結晶面によるエッチング速度の違いにより出現する。
次に、図５（ｄ）に示す様に検知部を形成した平板部を
上下方向に駆動する駆動機構である片持ち梁部３０６の
厚みを調整し所望の駆動周波数とするための梁部のエッ
チングを行うため、Ｓｉ窒化膜４０５のエッチング部の
パターニングを行い、再び加熱した水酸化カリウム水溶
液によりエッチングを行った。図５（ｅ）における４０
７はこのエッチングにより形成された梁部であり、エッ
チング時において、重り部３０２梁部３０３のエッチン
グによりほぼ垂直断面が得られる時間と所望の駆動用梁
部の厚みが得られる時間を一致させることにより所望の
センサ構造体の形成が可能となる。また、本実施例で
は、エッチング溶液として水酸化カリウムを用いたが、
ヒドラジン、エチレンジアミンピロカテコール、テトラ
メチルアンモニウムハイドロオキサイド等のシリコンの
異方性エッチングを示すエッチング液を用いることがで
きる。

【００５８】次に、梁部３０３上及びＳｉ窒化膜４０２
上に電極用のレジストパターニングを行った後、蒸着法
およびリフトオフ法を用いて、検出用金電極４０９及び
リード電極（図示せず）を所望のパターンに形成した。
検出用金電極４０９上にＺｎＯ膜４０８をアルゴン、酸
素雰囲気中でスパッタリング法により形成し、ＺｎＯ４
０８上にも検出用金電極４０９を形成して、図５（ｆ）
に示す状態を得た。

【００５９】一方、分極処理を行った厚み３００μｍの
ＰＺＴ４１０の一方の表面に、シランガスを原料とした
プラズマＣＶＤ法により、厚みＯ．Ｏ７μｍのＳｉ薄膜
４１１を形成した後、Ｓｉ薄膜４１１にＰイオンを加速
電圧５０ＫｅＶ、注入量６．２×１０¹⁴ａｔｍ／ｃｍ²
の条件でイオンインプラントした。次に、ＰＺＴ４１０
の他方の表面に、駆動用金電極４１２を蒸着法により形
成し、図５（ｇ）に示す状態を得た。

【００６０】次に、図５（ｈ）に示すように、図５
（ｆ）にしめした構造体と図５（ｇ）に示した構造体と
を重ね、２００℃に加熱した状態で、Ｓｉ基板４０１側
より波長１０．６μｍ、照射強度２．０Ｗ／ｃｍ² の炭
酸ガスレーザを照射し、同時にＳｉ基板４０１とＳｉ薄
膜４１１との間に３０Ｖの電圧を１０分間印加し、両者
の接着を行った。このあと、所望の大きさにセンサをＳ
ｉ基板より切り出し、単体センサ部４１１を作成した。
なお、本実施例においては、単体センサ部３１１の外寸
は１５ｍｍ×１５ｍｍとした。また、本実施例において
は、検出用圧電素子をスパッタリング法により形成した
が、１０μｍ程度の厚みに加工した圧電性セラミックス
を本発明の接着方法を用いて接着することにより形成し
てもよい。このようにして作成した単体センサ部３１
１、２個を相対するように重ね、幅２ｍｍ、厚さ０．５
ｍｍのテフロン枠シートを間にはさみ、エポキシ系接着
剤を用いて加圧接着し、２個の単体センサ部から成るセ
ンサを作成した。このセンサを共振周波数で駆動し、図
３における２つの検出用圧電素子の出力電圧差を検出し
たところ、検知軸３１０回りの角速度を良好に検出する
ことができた。

【００６１】実施例９ 図６は、本発明の振動ジャイロデバイスの更に他の実施
例を示す構造図であり、図６において、５０１はＳｉ単
結晶基板、５０２は検出部、５０３は検出コイル、５０
４は梁部、５０５ａ、５０５ｂは駆動構造部、５０６
ａ、５０６ｂは励振用圧電素子、（ＰＺＴ）、５０７は
リード電極、５０８はリード電極引出部、５０９は角速
度の検知軸、５１０は単体センサ部である。

【００６２】本実施例においては、励振用圧電素子５０
６ａ、５０６ｂに互いに逆位相の交流電圧を印加するこ
とにより、駆動構造部５０５ａ、５０５ｂをそれぞれ矢
印Ｘ方向、Ｘ’方向に逆方向に振動させる。検知軸５０
９回りの方向に角速度が加わると、検出部５０２は、矢
印Ｆの方向にコリオリカを受け、同方向に振動する。矢
印Ｂは、磁界の方向であり、Ｓｉ基板５０１と一体に動
く部材に取付けられた永久磁石等に供給される。検出コ
イル５０３の矢印Ｆの方向の振動により、検出コイル５
０３には、この磁束Ｂを周期的に切ることになり、検出
コイル５０３には、、振動の速度に比例した交流信号が
誘起され、この信号より角速度を検出することができ
る。

【００６３】本実施例のセンサはＳｉ単結晶基板をエッ
チング加工することにより作製され、作製方法は、図５
に示した実施例８の作成方法に準拠するものである。以
下、作製方法を簡単に説明する。

【００６４】１ｍｍ厚の＜１００＞方位のｎ型単結晶Ｓ
ｉ基板をエッチング加工し、検出部５０２、梁部５０４
及び駆動構造部５０５ａ、５０５ｂを形成した。

【００６５】なお、非エッチング部には、Ｓｉ窒化膜を
形成し、マスクとした。次にレジストパターニングを行
った後、蒸着法及びリフトオフ法を用いて検出コイル５
０３、及びリード電極５０７を作成した。

【００６６】一方、分極処理を行った厚み２００μｍの
ＰＺＴの両面に蒸着法により、厚み０．１μｍのアルミ
薄膜を形成した後、一方のアルミ薄膜にＢイオンを加速
電圧３０ＫｅＶ、注入量２．４×１０¹⁴ａｔｍ／ｃｍ²
の条件でイオンインプラントした。

【００６７】次に、駆動構造部５０５ａ、５０５ｂに形
成されたＳｉ窒化膜上に、上記アルミ薄膜を形成したＰ
ＺＴを、Ｓｉ窒化膜とイオンインプラントしたアルミ薄
膜とが相対抗するように重合し、Ｓｉ基板側より波長１
０．６μｍ、照射強度２．５Ｗ／ｃｍ² の炭酸ガスレー
ザを照射し、同時にＳｉ基板とイオンインプラントした
アルミ薄膜との間に３０Ｖの電圧を８分間印加し、両者
の接着を行った。このあと所望の大きさにセンサをＳｉ
基板より切り出し、単体センサ部５１０を作成した。な
お、本実施例においては、単体センサ部の外寸は、２５
ｍｍ×２５ｍｍとした。

【００６８】このようにして作成した単体センサ５１０
に磁束Ｂを供給するための永久磁石を取り付けた後、単
体センサ５１０、２個を相対向するように重ね、幅２ｍ
ｍ、厚さ０．５ｍｍのテフロン枠シートを間にはさみ、
エポキシ系接着剤を用いて加圧接着し、２個の単体セン
サ部から成るセンサを作製した。このセンサを共振周波
数で駆動し、検出コイル５０３を用いて、出力信号を検
出したところ、検知軸５０９回りの角速度を良好に検出
することができた。

【００６９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、導電
体基板と絶縁体との接着を高精度かつ強固に行なうこと
ができる。また、光照射陽極接合を行なうことにより、
低温での接着が可能となるため、熱歪による変形や剥れ
を防止することができ、導電体基板と熱膨張係数の異な
る絶縁体との接着が可能となる。

【００７０】また、本発明の接着方法を用いた振動ジャ
イロデバイスにおいては、振動子と励振駆動部、振動子
と振動検出部との接着を高精度に行なうことができると
共に、接着部での振動の吸収を低減することができるた
め、デバイスの信頼性の向上及び高感度化を達成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の接着方法を示す概略図

【図２】本発明の別の接着方法を示す概略図

【図３】本発明の振動ジャイロデバイスの実施例を示す
構造図

【図４】本発明の振動ジャイロデバイスの他の例を示す
構造図

【図５】本発明の図４に示す振動ジャイロデバイスの作
製方法を示す。

【図６】本発明の振動ジャイロデバイスの他の実施例を
示す斜視図

【符号の説明】

１ 絶縁体 ２ 導電性薄膜あるいは導電性薄膜になるべき薄膜 ３ 導電体基板 ４ 絶縁性薄膜 ５ 直流電源 ６ ヒーター ７ 光源 ２０１ Ｓｉ基板 ２０２ 梁部 ２０３，２０４ 空隙部 ２０５ 励振用圧電素子 ２０６ 検出用ピエゾ抵抗素子 ２０７ リード電極 ２０８ リード電極引出部 ２０９ 角速度の検知軸 ２１０ 単体センサ部 ３０１ Ｓｉ単結晶基板 ３０２ 重り部 ３０３ 検出用梁部 ３０４ 空隙部 ３０５ 検出用圧電素子 ３０６ 駆動構造部 ３０７ 励振用圧電素子 ３０８ リード電極 ３０９ リード電極引出部 ３１０ 角速度の検知軸 ３１１ 単体センサ部 ４０１ Ｓｉ単結晶基板 ４０２ Ｓｉ窒化膜 ４０３ 検出用重り部 ４０４ Ｓｉ（１１１）面 ４０５ 駆動構造部 ４０６ 垂直エッチング面 ４０７ 駆動用片持ち梁部 ４０８ ＺｎＯ ４０９ 検出用金電極 ４１０ ＰＺＴ ４１１ Ｓｉ薄膜 ４１２ 駆動用金電極 ５０１ Ｓｉ単結晶基板 ５０２ 検出部 ５０３ 検出コイル ５０４ 梁部 ５０５ａ 駆動構造部 ５０５ｂ 駆動構造部 ５０６ａ 励振用圧電素子 ５０６ｂ 励振用圧電素子 ５０７ リード電極 ５０８ リード電極引出部 ５０９ 角速度の検知軸 ５１０ 単体センサ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八木 隆行 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動イオンを含まない絶縁体表面上に導
   電性薄膜を形成する工程と絶縁体との間の接着力を強固
   にするイオン種をインプラントする工程と該導電性薄膜
   上に絶縁性薄膜を形成する工程と次いで該絶縁性薄膜と
   導電体基板とを相対向させ重合させた状態で該導電性薄
   膜と導電体基板との間に電圧を印加し、陽極接合を行う
   工程とからなることを特徴とする導電体基板と絶縁体と
   の接着方法。
2. 【請求項２】 可動イオンを含まない絶縁体表面上に導
   電性薄膜を形成する工程と絶縁体との間の接着力を強固
   にするイオン種をインプラントする工程と導電体基板上
   に絶縁性薄膜を形成する工程と次いで前記絶縁体表面上
   の導電性薄膜と導電体基板上の絶縁性薄膜とを相対向さ
   せ重合させた状態で該導電性薄膜と導電体基板との間に
   電圧を印加し、陽極接合を行う工程とからなることを特
   徴とする導電体基板と絶縁体との接着方法
3. 【請求項３】 エッチング加工により振動子を形成した
   導電体基板上に圧電性セラミックス等可動イオンを含ま
   ない絶縁体からなる励振駆動部および／又は圧電性セラ
   ミックス等可動イオンを含まない絶縁体からなる駆動検
   出部が積層された構造を有する振動ジャイロデバイスで
   あって、該導電体基板と該圧電性セラミックス等可動イ
   オンを含まない絶縁体とが請求項１又は２記載の接着方
   法により接着されたものであることを特徴とする振動ジ
   ャイロデバイス。
4. 【請求項４】 陽極接合が光照射陽極接合である請求項
   １又は２記載の導電体基板と絶縁体との接着方法