JPH0634649A - 角速度センサー - Google Patents
角速度センサーInfo
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- JPH0634649A JPH0634649A JP5156337A JP15633793A JPH0634649A JP H0634649 A JPH0634649 A JP H0634649A JP 5156337 A JP5156337 A JP 5156337A JP 15633793 A JP15633793 A JP 15633793A JP H0634649 A JPH0634649 A JP H0634649A
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- sensor
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- tip
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5607—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating tuning forks
- G01C19/5628—Manufacturing; Trimming; Mounting; Housings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5607—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating tuning forks
- G01C19/5621—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating tuning forks the devices involving a micromechanical structure
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- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 角速度センサーとその製造方法を提供する。
【構成】 角速度センサーは組合された歯（１４、１
６）と共に先端（５、６）を構成するためにエッチング
したシリコンウエハ（１０）を備える。上記先端（５、
６）を先端（５、６）間に静電力をつくりだす上で好適
な駆動信号を付与することによってウエハ（１０）面内
で励起振動させる。先端（５、６）のウエハ面からの回
転は、先端（５、６）のサポート（１８）上の、例え
ば、圧抵抗器のような好適な検出器により検出される。
６）と共に先端（５、６）を構成するためにエッチング
したシリコンウエハ（１０）を備える。上記先端（５、
６）を先端（５、６）間に静電力をつくりだす上で好適
な駆動信号を付与することによってウエハ（１０）面内
で励起振動させる。先端（５、６）のウエハ面からの回
転は、先端（５、６）のサポート（１８）上の、例え
ば、圧抵抗器のような好適な検出器により検出される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は角速度センサーならびに
その製造方法に関する。
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】角速度センサーを提供するためにジャイロ
スコープを使用することが可能である。そのようなセン
サーは“自動操縦”のような航空機誘導方式において用
途を見出している。ジャイロスコープは物理的に重た
く、そのため、それを支持するために使用するベアリン
グは衝撃や振動により損傷を受ける恐れがある。
スコープを使用することが可能である。そのようなセン
サーは“自動操縦”のような航空機誘導方式において用
途を見出している。ジャイロスコープは物理的に重た
く、そのため、それを支持するために使用するベアリン
グは衝撃や振動により損傷を受ける恐れがある。
【０００３】今日、固体角速度センサーが知られてお
り、従来より解説されてきている。米国特許第４，６５
４，６３３号（アルゼンツ他）は圧電材料製の音さより
構成される角速度センサーについて解説している。上記
圧電材料に対して交流を印加することにより音さの先端
は振動する。角運動によって先端の被駆動振動に対して
垂直な先端の周期的偏向が惹起される。上記周期的偏向
は音さのステムに検出される。米国特許第４，３８１，
６７１号（オコンナー外）は結晶性シリコンより構成さ
れた一本の片持ばりを有する角速度センサーについて解
説している。上記ビームは平面状で、はりの面に対して
垂直に振動する。
り、従来より解説されてきている。米国特許第４，６５
４，６３３号（アルゼンツ他）は圧電材料製の音さより
構成される角速度センサーについて解説している。上記
圧電材料に対して交流を印加することにより音さの先端
は振動する。角運動によって先端の被駆動振動に対して
垂直な先端の周期的偏向が惹起される。上記周期的偏向
は音さのステムに検出される。米国特許第４，３８１，
６７１号（オコンナー外）は結晶性シリコンより構成さ
れた一本の片持ばりを有する角速度センサーについて解
説している。上記ビームは平面状で、はりの面に対して
垂直に振動する。
【０００４】英国特許第２１９８２３１Ａは、結晶性シ
リコンより構成された角速度センサーについて解説して
いる。積層体が緊張したフィラメントにより支持され
る。積層体は、フィラメント軸の周囲を振動する。積層
体が振動する間にフィラメントに対して垂直な第１の軸
の周囲に回転することによってフィラメントと第１の軸
に対して垂直なトルクが惹起されることになる。英国特
許第２１５６５２３Ａは、平面状部材が同部材と共面状
の一軸の周囲にねじり振動して駆動される。
リコンより構成された角速度センサーについて解説して
いる。積層体が緊張したフィラメントにより支持され
る。積層体は、フィラメント軸の周囲を振動する。積層
体が振動する間にフィラメントに対して垂直な第１の軸
の周囲に回転することによってフィラメントと第１の軸
に対して垂直なトルクが惹起されることになる。英国特
許第２１５６５２３Ａは、平面状部材が同部材と共面状
の一軸の周囲にねじり振動して駆動される。
【０００５】米国特許第４，５３８，４６１号（ジャプ
トナー外）はクオーツウエハ形に構成された音さより成
る角速度センサーを開示している。米国特許第５，０２
５，３４６号（タング外）は、基板に対して平行に駆動
されるポリシリコンマイクロブリッジ構造について開示
している。一例では振動要素が２個の電極間の中心部に
配置される。上記電極はそれぞれ電極と振動要素の一部
として構成された組合せ構造を介して振動要素に容量結
合する。
トナー外）はクオーツウエハ形に構成された音さより成
る角速度センサーを開示している。米国特許第５，０２
５，３４６号（タング外）は、基板に対して平行に駆動
されるポリシリコンマイクロブリッジ構造について開示
している。一例では振動要素が２個の電極間の中心部に
配置される。上記電極はそれぞれ電極と振動要素の一部
として構成された組合せ構造を介して振動要素に容量結
合する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】だが、この構成の欠点
は、振動要素がねじる時に整合が失われるために駆動連
結が低下することである。このため、センサーの感度が
低下することになる。
は、振動要素がねじる時に整合が失われるために駆動連
結が低下することである。このため、センサーの感度が
低下することになる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の一局面によれ
ば、第１と第２の組合せ先端部を形成するべくエッチン
グされたシリコンウエハと、前記第１と第２の先端を励
起してウエハと共面で互いに逆相に振動する手段と、先
端のウエハ面からの回転を検出する検出手段と、から成
る角速度センサーが提供される。上記シリコンは単結晶
シリコンであることが望ましい。上記先端は静電的に励
起させることが望ましい。上記先端は第１端を固定し、
第２端を自由にしてもよい。先端は、その第１端に先端
に対して平行に形成された第１のねじりサポートにより
支持することができる。
ば、第１と第２の組合せ先端部を形成するべくエッチン
グされたシリコンウエハと、前記第１と第２の先端を励
起してウエハと共面で互いに逆相に振動する手段と、先
端のウエハ面からの回転を検出する検出手段と、から成
る角速度センサーが提供される。上記シリコンは単結晶
シリコンであることが望ましい。上記先端は静電的に励
起させることが望ましい。上記先端は第１端を固定し、
第２端を自由にしてもよい。先端は、その第１端に先端
に対して平行に形成された第１のねじりサポートにより
支持することができる。
【０００８】上記第１のねじりサポートは、第１と第２
の先端から等距離に形成することが望ましい。その代わ
り、上記先端は第１と第２の端に固定することもでき
る。上記第１のねじりサポートに加えて、第２のねじり
サポートを先端の第２端に形成し、第１のねじりサポー
トと同軸状とすることができる。更に、その代わりに、
先端をその第１端に先端に対して垂直かつウエハと共面
状に構成された第１のたわみサポートにより支持するこ
ともできる。更にもう一つのたわみサポートを設けるこ
ともできる。たわみサポートはウエハの面からたわむよ
うにすることが望ましい。前記検出手段は圧抵抗器や容
量センサーより構成することができる。導電路を先端と
その指上に構成することによって駆動信号が先端に付与
され、それらを静電的に励起させ振動させることができ
るようにすることが望ましい。
の先端から等距離に形成することが望ましい。その代わ
り、上記先端は第１と第２の端に固定することもでき
る。上記第１のねじりサポートに加えて、第２のねじり
サポートを先端の第２端に形成し、第１のねじりサポー
トと同軸状とすることができる。更に、その代わりに、
先端をその第１端に先端に対して垂直かつウエハと共面
状に構成された第１のたわみサポートにより支持するこ
ともできる。更にもう一つのたわみサポートを設けるこ
ともできる。たわみサポートはウエハの面からたわむよ
うにすることが望ましい。前記検出手段は圧抵抗器や容
量センサーより構成することができる。導電路を先端と
その指上に構成することによって駆動信号が先端に付与
され、それらを静電的に励起させ振動させることができ
るようにすることが望ましい。
【０００９】検出手段はサポートに取付けることができ
る。同手段は第１のねじりステム上に構成し、ステムの
ねじり変形を測定する。その代わりに、同手段を第１の
たわみサポート上に構成し、ウエハの面に対して垂直な
たわみを検出するようにすることもできる。別のねじり
又はたわみサポート上にもう一つの検出手段を構成する
こともできる。
る。同手段は第１のねじりステム上に構成し、ステムの
ねじり変形を測定する。その代わりに、同手段を第１の
たわみサポート上に構成し、ウエハの面に対して垂直な
たわみを検出するようにすることもできる。別のねじり
又はたわみサポート上にもう一つの検出手段を構成する
こともできる。
【００１０】ウエハはもう一枚のウエハにボンディング
することが望ましい。上記ボンディングはシリコン融着
ボンディングとすることができる。上記もう一枚のウエ
ハは、先端とウエハ内に形成されたサポートに隣接する
領域に相当する第１の面内に形成された凹所を備える。
ウエハ厚は、ほぼ１０マイクロメートルであることが望
ましい。もう一枚のウエハはウエハのプラットホームと
しての働きを行う。ウエハは第１のドーパントにより、
ドープすることが望ましい。更に、第１のウエハは第２
のドーパントによりドープすることができる。ねじりサ
ポートを有する角速度センサーは＜１００＞の結晶面に
対して平行に形成されたねじりサポートを備えることが
望ましい。たわみサポートを有する角速度センサーは＜
１１０＞の結晶面に対して平行に形成されたたわみサポ
ートを備えることが望ましい。
することが望ましい。上記ボンディングはシリコン融着
ボンディングとすることができる。上記もう一枚のウエ
ハは、先端とウエハ内に形成されたサポートに隣接する
領域に相当する第１の面内に形成された凹所を備える。
ウエハ厚は、ほぼ１０マイクロメートルであることが望
ましい。もう一枚のウエハはウエハのプラットホームと
しての働きを行う。ウエハは第１のドーパントにより、
ドープすることが望ましい。更に、第１のウエハは第２
のドーパントによりドープすることができる。ねじりサ
ポートを有する角速度センサーは＜１００＞の結晶面に
対して平行に形成されたねじりサポートを備えることが
望ましい。たわみサポートを有する角速度センサーは＜
１１０＞の結晶面に対して平行に形成されたたわみサポ
ートを備えることが望ましい。
【００１１】本発明の第２の局面によれば、以下の段階
より成る本発明の第１局面によるセンサー製造方法が提
供される。即ち、第２のドーパントをドープした薄いエ
ピタキシャル層を第１のドーパントにより軽くドープし
た第１の層上に形成する段階。第２のウエハ内にセンサ
ー形状に相当する凹所を形成する段階。凹所がエピタキ
シャル層に面するように第２のウエハをエピタキシャル
層にボンディングする段階。第１のウエハをエッチング
してエピタキシャル層を露出させる段階。センサー構造
をエピタキシャル層内に形成する段階。上記センサー構
造は光リソグラフィーとエッチングの組合せによりエピ
タキシャル層内に形成することが望ましい。第３のドー
パントをエピタキシャル層領域内に拡散させ、エッチン
グし、組合せ先端を形成し導電路を提供し先端を駆動す
ることが望ましい。
より成る本発明の第１局面によるセンサー製造方法が提
供される。即ち、第２のドーパントをドープした薄いエ
ピタキシャル層を第１のドーパントにより軽くドープし
た第１の層上に形成する段階。第２のウエハ内にセンサ
ー形状に相当する凹所を形成する段階。凹所がエピタキ
シャル層に面するように第２のウエハをエピタキシャル
層にボンディングする段階。第１のウエハをエッチング
してエピタキシャル層を露出させる段階。センサー構造
をエピタキシャル層内に形成する段階。上記センサー構
造は光リソグラフィーとエッチングの組合せによりエピ
タキシャル層内に形成することが望ましい。第３のドー
パントをエピタキシャル層領域内に拡散させ、エッチン
グし、組合せ先端を形成し導電路を提供し先端を駆動す
ることが望ましい。
【００１２】前記角速度センサーは可動部品を殆んど持
たずに製作可能である。同センサーは集積回路の製作の
ために確立された生産技術を使用することによって堅固
な高品質センサーを比較的安価に製作することができ
る。
たずに製作可能である。同センサーは集積回路の製作の
ために確立された生産技術を使用することによって堅固
な高品質センサーを比較的安価に製作することができ
る。
【００１３】
【実施例】以下、本発明を添附図面に即して例解する。
図１は、音さ１を略示したものである。音さ１は、音さ
１に対して固定された座標系Ｘ、Ｙ、ＺのＸ軸で隔った
第１と第２の先端２、３を備える。先端２、３はＸ軸に
沿って逆相で振動する。もし音さがＺ軸に対して平行に
Ｚ′軸の周囲に回転すると、コリオリ効果が作用して先
端を、一方は正のＹ方向に押し、他方を負のＹ方向へ押
す。このことによって一定のトルクが音さをＺ軸周囲に
ねじる傾向が発生する。先端２、３がそれらの中央位置
の周囲に振動するとコリオリトルクの方向が変化する。
その結果、音さはＺ軸の周囲にねじり振動を経験する。
ねじり振動の大きさは、音さ１のＺ′軸の周囲での回転
速度に比例する。音さ１のねじり振動の位相を先端２、
３の振動位相と比較するとＺ′軸の周囲の回転方向を決
定することができる。先端の振動周波数は、音さとその
サポートより成る共振系の自然周波数とマッチさせるこ
とによって音さ１のねじり振動が共振系の性能係数Ｑに
より増幅されるようにすることができる。
図１は、音さ１を略示したものである。音さ１は、音さ
１に対して固定された座標系Ｘ、Ｙ、ＺのＸ軸で隔った
第１と第２の先端２、３を備える。先端２、３はＸ軸に
沿って逆相で振動する。もし音さがＺ軸に対して平行に
Ｚ′軸の周囲に回転すると、コリオリ効果が作用して先
端を、一方は正のＹ方向に押し、他方を負のＹ方向へ押
す。このことによって一定のトルクが音さをＺ軸周囲に
ねじる傾向が発生する。先端２、３がそれらの中央位置
の周囲に振動するとコリオリトルクの方向が変化する。
その結果、音さはＺ軸の周囲にねじり振動を経験する。
ねじり振動の大きさは、音さ１のＺ′軸の周囲での回転
速度に比例する。音さ１のねじり振動の位相を先端２、
３の振動位相と比較するとＺ′軸の周囲の回転方向を決
定することができる。先端の振動周波数は、音さとその
サポートより成る共振系の自然周波数とマッチさせるこ
とによって音さ１のねじり振動が共振系の性能係数Ｑに
より増幅されるようにすることができる。
【００１４】図２は角速度センサーの平面図である。同
角速度センサーはベース１１上に支持される薄いシリコ
ン層１０の形に構成する。ベース１１もまたシリコン製
とする。薄いシリコン層をエッチングして包囲体１２
と、歯１４を有する第１のバー１３より成る第１の先端
５と、歯１６を有する第２のバー１５より成る第２の先
端６を形成する。第１と第２の先端５、６の歯１４、１
６は互い方向に延び、互いに組合される。第１と第２の
バー１３、１５は横断要素１７により第１端で共に接続
される。バー１３、１５と横断要素１７をねじりサポー
ト１８により包囲体１２に接続する。ベース１１は、図
３に示すように先端５、６下方に形成された凹所を有す
る。
角速度センサーはベース１１上に支持される薄いシリコ
ン層１０の形に構成する。ベース１１もまたシリコン製
とする。薄いシリコン層をエッチングして包囲体１２
と、歯１４を有する第１のバー１３より成る第１の先端
５と、歯１６を有する第２のバー１５より成る第２の先
端６を形成する。第１と第２の先端５、６の歯１４、１
６は互い方向に延び、互いに組合される。第１と第２の
バー１３、１５は横断要素１７により第１端で共に接続
される。バー１３、１５と横断要素１７をねじりサポー
ト１８により包囲体１２に接続する。ベース１１は、図
３に示すように先端５、６下方に形成された凹所を有す
る。
【００１５】ねじりサポート１８上には圧抵抗器２２を
形成してサポート１８のねじり変形を検出する。圧抵抗
器はバーの方向に対して４５度に方向ずける。シリコン
層１０をバー１３、１５が＜１００＞の結晶軸と平行に
形成されるように方向ずける。このことによって圧抵抗
器２２は最大応力の方向に平行になり、圧抵抗係数が最
大になるような軸に沿って方向ずけられる。シリコン層
１０は、バー１３、１５と歯１４、１６の領域にＰ形ド
ープする。上記ドーパントによって電気ポテンシャルが
先端５、６に加えられ、それらが互いに引きつけられた
り反撥することになる。
形成してサポート１８のねじり変形を検出する。圧抵抗
器はバーの方向に対して４５度に方向ずける。シリコン
層１０をバー１３、１５が＜１００＞の結晶軸と平行に
形成されるように方向ずける。このことによって圧抵抗
器２２は最大応力の方向に平行になり、圧抵抗係数が最
大になるような軸に沿って方向ずけられる。シリコン層
１０は、バー１３、１５と歯１４、１６の領域にＰ形ド
ープする。上記ドーパントによって電気ポテンシャルが
先端５、６に加えられ、それらが互いに引きつけられた
り反撥することになる。
【００１６】図４は、第１のセンサーと同様な第２の角
速度センサーを示す。Ｃ形のアパーチャ４１、４２を２
個、薄いシリコン層４０内に形成する。シリコン層４０
をシリコンのベース上に支持する。それぞれ組合せ歯４
４、４６を有するバー４３、４５より成る第１と第２の
先端３５、３６をアパーチャ４１、４２が境界を接する
領域内に構成する。ベース３９内のアパーチャ４１、４
２が境界を接する領域の下部には凹所が存在する。ベー
ス４３、４５を共に第１の横断部材４７により第１端に
接続し、第２の横断部材４８により第２端に接続する。
第１の横断部材４７を第１のねじりサポート５０により
アパーチャ４１、４２が境界を接する領域外部でシリコ
ン層４０に接続する。第２の横断部材４８を第２のねじ
りサポート５１によりアパーチャ４１、４２が境界を接
する領域外部でシリコン層に接続する。かくして、先端
は第１実施例におけると同様に自由な一端を有すること
はない。バー４３、４５と歯４４、４６のシリコンはド
ープして駆動ポテンシャルが付与されて先端を振動させ
るようにする。圧抵抗器のようなトランスジューサ５２
をねじりサポート５０上に形成する。第１のセンサーと
同様に、バーを＜１００＞の結晶軸により平行に形成
し、圧抵抗器５２をねじりステム５０に対して４５°に
形成して感度を最大にする。その代わりに、例えば部材
４７のドープ領域により形成された第１と第２のプレー
ト５４、５５と隣接シリコンベースをドープすることに
より形成された第３の電極とを有する差動コンデンサの
形をした容量性センサーを設けることもできる。
速度センサーを示す。Ｃ形のアパーチャ４１、４２を２
個、薄いシリコン層４０内に形成する。シリコン層４０
をシリコンのベース上に支持する。それぞれ組合せ歯４
４、４６を有するバー４３、４５より成る第１と第２の
先端３５、３６をアパーチャ４１、４２が境界を接する
領域内に構成する。ベース３９内のアパーチャ４１、４
２が境界を接する領域の下部には凹所が存在する。ベー
ス４３、４５を共に第１の横断部材４７により第１端に
接続し、第２の横断部材４８により第２端に接続する。
第１の横断部材４７を第１のねじりサポート５０により
アパーチャ４１、４２が境界を接する領域外部でシリコ
ン層４０に接続する。第２の横断部材４８を第２のねじ
りサポート５１によりアパーチャ４１、４２が境界を接
する領域外部でシリコン層に接続する。かくして、先端
は第１実施例におけると同様に自由な一端を有すること
はない。バー４３、４５と歯４４、４６のシリコンはド
ープして駆動ポテンシャルが付与されて先端を振動させ
るようにする。圧抵抗器のようなトランスジューサ５２
をねじりサポート５０上に形成する。第１のセンサーと
同様に、バーを＜１００＞の結晶軸により平行に形成
し、圧抵抗器５２をねじりステム５０に対して４５°に
形成して感度を最大にする。その代わりに、例えば部材
４７のドープ領域により形成された第１と第２のプレー
ト５４、５５と隣接シリコンベースをドープすることに
より形成された第３の電極とを有する差動コンデンサの
形をした容量性センサーを設けることもできる。
【００１７】図５は第３の角速度センサーを示す。それ
ぞれ第１と第２のバー７６、７７と歯７８、７９を備え
る第１と第２の先端８０、８１をシリコン８２の全体と
して“Ｈ”形の領域に形成する。上記構成は図４に示す
センサーと同様である。バーに対して垂直に走る第１と
第２のたわみサポート９０、９１によって取替えて第１
のねじりサポートを第１の横断部材４７をシリコン８３
の境界に接続する。同様に、第２のねじりサポートをそ
れぞれ第３と第４のたわみサポート９３、９４により取
替えて第２の横断部材４８をシリコン境界８３に接続す
る。バー７６、７７と各歯７８、７９をドープして駆動
電圧を先端に対して供給するために使用する導電路を与
える。先端を駆動するための接続部はわかりやすくする
ために省略してある。上記駆動電圧はたわみサポートを
介して先端に付与することができる。例えば、第２と第
４のサポート９１、９４をドープして第１と第２の先端
８０、８１と境界領域８３に形成した第１と第２の電極
（図示せず）間に導電路を提供することができる。その
代わりに、駆動電圧を容量結合により先端８０、８１に
供給することもできる。第１と第３のたわみサポート上
には圧抵抗器９６、９７を構成し、コリオリ効果の結果
としてサポートのたわみを検出する。感度を向上させる
ためにたわみサポート＜１１０＞結晶面に対して平行に
形成し、圧抵抗器をたわみサポート上に長手方向に配置
する。
ぞれ第１と第２のバー７６、７７と歯７８、７９を備え
る第１と第２の先端８０、８１をシリコン８２の全体と
して“Ｈ”形の領域に形成する。上記構成は図４に示す
センサーと同様である。バーに対して垂直に走る第１と
第２のたわみサポート９０、９１によって取替えて第１
のねじりサポートを第１の横断部材４７をシリコン８３
の境界に接続する。同様に、第２のねじりサポートをそ
れぞれ第３と第４のたわみサポート９３、９４により取
替えて第２の横断部材４８をシリコン境界８３に接続す
る。バー７６、７７と各歯７８、７９をドープして駆動
電圧を先端に対して供給するために使用する導電路を与
える。先端を駆動するための接続部はわかりやすくする
ために省略してある。上記駆動電圧はたわみサポートを
介して先端に付与することができる。例えば、第２と第
４のサポート９１、９４をドープして第１と第２の先端
８０、８１と境界領域８３に形成した第１と第２の電極
（図示せず）間に導電路を提供することができる。その
代わりに、駆動電圧を容量結合により先端８０、８１に
供給することもできる。第１と第３のたわみサポート上
には圧抵抗器９６、９７を構成し、コリオリ効果の結果
としてサポートのたわみを検出する。感度を向上させる
ためにたわみサポート＜１１０＞結晶面に対して平行に
形成し、圧抵抗器をたわみサポート上に長手方向に配置
する。
【００１８】以上に述べた実施例は、それぞれ単結晶シ
リコンを使用している。単結晶シリコンにより多結晶シ
リコンの構造と比較して優れたＱを有する共振構造を形
成することができる。だが、その代わりに、多結晶シリ
コンを使用する実施例を構成することも可能である。更
に、シリコン１０、４０、８３の層と共面内にある先端
が振動することによってシリコン面に対して垂直な振動
と比較して小さな空気緩衝が発生する。同空気緩衝は更
に、先端付近にほぼ排気された領域を構成することによ
って、例えば、凹所領域を有するカバーをセンサーに対
して接着させることによって少なくすることができる。
上記凹所は先端付近に包囲体を形成するように先端近傍
に存在する。その後、上記包囲体を実質上排気すること
ができる。
リコンを使用している。単結晶シリコンにより多結晶シ
リコンの構造と比較して優れたＱを有する共振構造を形
成することができる。だが、その代わりに、多結晶シリ
コンを使用する実施例を構成することも可能である。更
に、シリコン１０、４０、８３の層と共面内にある先端
が振動することによってシリコン面に対して垂直な振動
と比較して小さな空気緩衝が発生する。同空気緩衝は更
に、先端付近にほぼ排気された領域を構成することによ
って、例えば、凹所領域を有するカバーをセンサーに対
して接着させることによって少なくすることができる。
上記凹所は先端付近に包囲体を形成するように先端近傍
に存在する。その後、上記包囲体を実質上排気すること
ができる。
【００１９】各実施例において、バーに対して平行に軸
周囲に回転しながら先端が振動すると先端はシリコン層
の面周囲に振動することになる。先端が振動する結果、
第１と第２の実施例ではねじりサポートが振動ねじり変
形し、第３の実施例ではたわみサポートが振動たわみを
起こす。上記振動は、先端の共面振動と同一の周波数で
発生する。センサー内の共振は振動の振幅を大きくする
ために活用することができる。振動の振幅は、先端と平
行な軸の周囲のセンサーの回転速度に比例する。振動位
相を先端の振動の位相と比較することによって回転方向
を判断することができる。圧抵抗器は上記の如く容量セ
ンサーにより取替えることができる。上記センサーの製
造方法を図６ａ〜６ｅに関して説明する。第１のシリコ
ンウエハ１００をエッチングしてウエハ１００の上面に
ピット１０２を形成する。第２の軽くｐ形ドープしたウ
エハ１０５は、ウエハ１０５の下面上に形成されたｎ形
ドープシリコン１０６のエピタキシャル層を有する。層
１０６はほぼ１０マイクロメートルの厚さである。第１
と第２の層１００、１０５は、第１のウエハ１００に面
するエピタキシャル層１０６と共にシリコン融着する。
第２のウエハ１０５をエッチングして図６ｃに示すよう
に第１のウエハ１００にボンディングしたエピタキシャ
ル層１０６を露出させる。層１０６を、その後、例えば
反応性イオンエッチングによりエッチングして図６ｅに
示すようにセンサーの機械的構造を構成する。かくし
て、第１層１００内の凹所１０２上に懸吊する形で先端
が形成される。
周囲に回転しながら先端が振動すると先端はシリコン層
の面周囲に振動することになる。先端が振動する結果、
第１と第２の実施例ではねじりサポートが振動ねじり変
形し、第３の実施例ではたわみサポートが振動たわみを
起こす。上記振動は、先端の共面振動と同一の周波数で
発生する。センサー内の共振は振動の振幅を大きくする
ために活用することができる。振動の振幅は、先端と平
行な軸の周囲のセンサーの回転速度に比例する。振動位
相を先端の振動の位相と比較することによって回転方向
を判断することができる。圧抵抗器は上記の如く容量セ
ンサーにより取替えることができる。上記センサーの製
造方法を図６ａ〜６ｅに関して説明する。第１のシリコ
ンウエハ１００をエッチングしてウエハ１００の上面に
ピット１０２を形成する。第２の軽くｐ形ドープしたウ
エハ１０５は、ウエハ１０５の下面上に形成されたｎ形
ドープシリコン１０６のエピタキシャル層を有する。層
１０６はほぼ１０マイクロメートルの厚さである。第１
と第２の層１００、１０５は、第１のウエハ１００に面
するエピタキシャル層１０６と共にシリコン融着する。
第２のウエハ１０５をエッチングして図６ｃに示すよう
に第１のウエハ１００にボンディングしたエピタキシャ
ル層１０６を露出させる。層１０６を、その後、例えば
反応性イオンエッチングによりエッチングして図６ｅに
示すようにセンサーの機械的構造を構成する。かくし
て、第１層１００内の凹所１０２上に懸吊する形で先端
が形成される。
【００２０】
【発明の効果】かくして確立された製造技術を使用して
安価な角速度センサーを構成することができる。上記セ
ンサーは圧抵抗係数を改善し多結晶シリコンと比較して
高い機械的性能係数Ｑを有する単結晶シリコンを使用す
ることによる利点を有する。更に、センサーの先端を共
面振動して駆動することにより、センサー面に対して垂
直な従来の振動と比較して粘性抗力と緩衝力を少なくす
ることができる。更に、両方の組の先端が逆相でねじら
れるが実質上整合状態にとどまるために、先端は回転に
かかわらず常に実質上一定の最大駆動力を受けることに
なる。そのため、センサーの感度は回転によっても実質
上影響を受けることはない。
安価な角速度センサーを構成することができる。上記セ
ンサーは圧抵抗係数を改善し多結晶シリコンと比較して
高い機械的性能係数Ｑを有する単結晶シリコンを使用す
ることによる利点を有する。更に、センサーの先端を共
面振動して駆動することにより、センサー面に対して垂
直な従来の振動と比較して粘性抗力と緩衝力を少なくす
ることができる。更に、両方の組の先端が逆相でねじら
れるが実質上整合状態にとどまるために、先端は回転に
かかわらず常に実質上一定の最大駆動力を受けることに
なる。そのため、センサーの感度は回転によっても実質
上影響を受けることはない。
【図１】音さの概略線図である。
【図２】本発明の第１の実施例を構成する角速度センサ
ーの概略図である。
ーの概略図である。
【図３】図２に示す線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例を構成する角速度センサ
ーの概略図である。
ーの概略図である。
【図５】本発明の第３の実施例を構成する角速度センサ
ーの概略図である。
ーの概略図である。
【図６】図６のａは、本発明の実施例を構成する角速度
センサーの製造時における処理段階である。図６のｂ
は、本発明の実施例を構成する角速度センサーの製造時
における処理段階である。図６のｃは、本発明の実施例
を構成する角速度センサーの製造時における処理段階で
ある。図６のｄは、本発明の実施例を構成する角速度セ
ンサーの製造時における処理段階である。図６のｅは、
本発明の実施例を構成する角速度センサーの製造時にお
ける処理段階である。
センサーの製造時における処理段階である。図６のｂ
は、本発明の実施例を構成する角速度センサーの製造時
における処理段階である。図６のｃは、本発明の実施例
を構成する角速度センサーの製造時における処理段階で
ある。図６のｄは、本発明の実施例を構成する角速度セ
ンサーの製造時における処理段階である。図６のｅは、
本発明の実施例を構成する角速度センサーの製造時にお
ける処理段階である。
５，６ 先端 １０ ウエハ １４，１６ 歯 １８ サポート ２２ 圧抵抗器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピーター・エドワード・マイケル・フレア イギリス国 イングランド、ビー30 ２キ ュー・エイチ、バーミンガム、ミルヘヴ ン・アヴェニュー 22 (72)発明者 ラッセル・ウィリアム・クラドック イギリス国 イングランド、ニア・ナニー トン、ストーク・ゴールディング、ウィッ キン・レーン 11、パーク・ヴュー・コッ テイジ
Claims (18)
- 【請求項１】 第１と第２の組合せ先端を構成するため
にエッチングしたシリコンウエハと、前記第１と第２の
先端をウエハと共面内でかつ互いに逆相の振動に励起す
る手段と、前記第１と第２の先端のウエハ面からの回転
を検出する検出手段と、から成る角速度センサー。 - 【請求項２】 前記励起手段が静電励起手段より成る請
求項１のセンサー。 - 【請求項３】 前記第１と第２の先端の各々がその第一
端で固定され、その第２端で自由である請求項１又は２
記載のセンサー。 - 【請求項４】 前記第１と第２の先端の第１端が第１と
第２の先端の長手軸に対して平行に延びる第１のねじり
サポートにより支えられる請求項３記載のセンサー。 - 【請求項５】 前記第１のねじりサポートが第１と第２
の先端から等距離である請求項４記載のセンサー。 - 【請求項６】 第１と第２の先端の各々がその第１と第
２の端で固定される請求項１又は２いずれか１項記載の
センサー。 - 【請求項７】 第１と第２の先端の第１端が第１のねじ
りサポートにより支持され、第１と第２の先端の第２端
が第１のねじりサポートと同軸の第２のねじりサポート
により支持され、第１と第２のねじりサポートが第１と
第２の先端の長手方向に対して平行に延びる請求項６記
載のセンサー。 - 【請求項８】 第１と第２の先端の第１と第２の端が、
第１と第２の先端に対して垂直でウエハと共面内に延び
るそれぞれのたわみサポートにより支持される請求項６
記載のセンサー。 - 【請求項９】 前記検出手段が少なくとも一つの圧抵抗
器より成る請求項１〜８の何れか１項記載のセンサー。 - 【請求項１０】 検出手段が容量トランスジューサより
成る請求項１〜８の何れか１項記載のセンサー。 - 【請求項１１】 前記励起手段が駆動信号を受取るため
に第１と第２の先端上に形成された導電路を備える請求
項１〜１０の何れか１項記載のセンサー。 - 【請求項１２】 第１と第２の先端がそれぞれ互いに組
合された第１と第２の組の歯を有する請求項１〜１１の
何れか１項記載のセンサー。 - 【請求項１３】 検出手段が第１のねじりサポート上に
配置されたねじり変形測定手段より成る請求項４、５、
７の何れか１項記載のセンサー。 - 【請求項１４】 検出手段がたわみサポートの少なくと
も１つの上に配置されウエハに対して垂直なたわみを検
出する手段より成る請求項８のセンサー。 - 【請求項１５】 ウエハが単結晶シリコンより成る請求
項１〜１４の何れか１項記載のセンサー。 - 【請求項１６】 請求項１〜１５の何れか一のセンサー
を製造する方法において、 第１のドーパントをドープした第１のウエハ上に第２の
ドーパントをドープしたエピタキシャル層を形成し；第
２のウエハ内に凹所を形成し、 前記エピタキシャル層に面する凹所と共に第２のウエハ
をエピタキシャル層にボンディングし；第１のウエハを
エッチングしてエピタキシャル層を露出させ；センサー
構造をエピタキシャル層内に形成する；段階より成る前
記センサー製造方法。 - 【請求項１７】 前記センサー構造形成段階が光リソグ
ラフィー段階とエッチング段階より成る請求項１６の方
法。 - 【請求項１８】 第３のドーパントをエピタキシャル層
の一領域内へ拡散させて少なくとも一つの導電路を形成
する請求項１６又は１７の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9212099-7 | 1992-06-06 | ||
| GB929212099A GB9212099D0 (en) | 1992-06-06 | 1992-06-06 | Angular rate sensor and method of production thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0634649A true JPH0634649A (ja) | 1994-02-10 |
Family
ID=10716715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5156337A Pending JPH0634649A (ja) | 1992-06-06 | 1993-06-03 | 角速度センサー |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5537872A (ja) |
| EP (1) | EP0574143B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0634649A (ja) |
| DE (1) | DE69306314T2 (ja) |
| ES (1) | ES2098663T3 (ja) |
| GB (1) | GB9212099D0 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09512904A (ja) * | 1994-03-08 | 1997-12-22 | ニューカーマンズ、アーモンド、ピー． | 一体化センサを備えたモノリシックシリコン・レートジャイロ |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5861705A (en) * | 1994-11-01 | 1999-01-19 | Fujitsu Limited | Tuning-fork vibratory gyro and sensor system using the same |
| JP3392959B2 (ja) * | 1994-11-01 | 2003-03-31 | 富士通株式会社 | 音叉形振動ジャイロ及びこれを用いたセンサシステム |
| DE19528961C2 (de) * | 1995-08-08 | 1998-10-29 | Daimler Benz Ag | Mikromechanischer Drehratensensor (DRS) und Sensoranordnung |
| JP3811304B2 (ja) * | 1998-11-25 | 2006-08-16 | 株式会社日立製作所 | 変位センサおよびその製造方法 |
| US6257057B1 (en) * | 1998-12-16 | 2001-07-10 | L-3 Communications Corporation | Epitaxial coriolis rate sensor |
| US6433401B1 (en) | 1999-04-06 | 2002-08-13 | Analog Devices Imi, Inc. | Microfabricated structures with trench-isolation using bonded-substrates and cavities |
| US6189381B1 (en) | 1999-04-26 | 2001-02-20 | Sitek, Inc. | Angular rate sensor made from a structural wafer of single crystal silicon |
| EP1472507B1 (en) * | 2002-02-06 | 2011-05-11 | Analog Devices, Inc. | Micromachined gyroscope |
| US7089792B2 (en) * | 2002-02-06 | 2006-08-15 | Analod Devices, Inc. | Micromachined apparatus utilizing box suspensions |
| US6865945B2 (en) * | 2002-06-10 | 2005-03-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Angular velocity sensor |
| US7091451B2 (en) * | 2003-06-20 | 2006-08-15 | Northrop Grumman Corporation | Heating element induction of time-varying thermal gradient in elongated beam to cause one or more elongated beam oscillations |
| WO2005103620A1 (en) * | 2004-04-14 | 2005-11-03 | Analog Devices, Inc. | Inertial sensor with a linear array of sensor elements |
| US7478557B2 (en) * | 2004-10-01 | 2009-01-20 | Analog Devices, Inc. | Common centroid micromachine driver |
| US7421897B2 (en) | 2005-04-14 | 2008-09-09 | Analog Devices, Inc. | Cross-quad and vertically coupled inertial sensors |
| DE102005045378A1 (de) * | 2005-09-22 | 2007-03-29 | Eads Deutschland Gmbh | Drehratensensor |
| DE102005045379A1 (de) * | 2005-09-22 | 2007-03-29 | Eads Deutschland Gmbh | Drehratensensor |
| EP1783094A1 (en) * | 2005-11-04 | 2007-05-09 | Infineon Technologies SensoNor AS | Excitation in micromechanical devices |
| WO2008011185A2 (en) * | 2006-07-21 | 2008-01-24 | Meco Corporation | Folding table and chiar |
| DE102007018834A1 (de) | 2007-04-20 | 2008-10-23 | Eads Deutschland Gmbh | Drehratensensor |
| US20100109341A1 (en) * | 2008-11-06 | 2010-05-06 | Cedar Ridge Research Llc | System and method for generating power using angular kinetic energy |
| CN105158582B (zh) * | 2015-09-29 | 2018-03-09 | 北京工业大学 | 一种变间距叉指型相邻电容传感器 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4381672A (en) * | 1981-03-04 | 1983-05-03 | The Bendix Corporation | Vibrating beam rotation sensor |
| US4654663A (en) * | 1981-11-16 | 1987-03-31 | Piezoelectric Technology Investors, Ltd. | Angular rate sensor system |
| US4538461A (en) * | 1984-01-23 | 1985-09-03 | Piezoelectric Technology Investors, Inc. | Vibratory angular rate sensing system |
| US4598585A (en) * | 1984-03-19 | 1986-07-08 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Planar inertial sensor |
| US4744248A (en) * | 1985-07-25 | 1988-05-17 | Litton Systems, Inc. | Vibrating accelerometer-multisensor |
| GB2198231B (en) * | 1986-11-28 | 1990-06-06 | Stc Plc | Rotational motion sensor |
| GB8716047D0 (en) * | 1987-07-08 | 1987-08-12 | Thorn Emi Electronics Ltd | Rate sensor |
| US5025346A (en) * | 1989-02-17 | 1991-06-18 | Regents Of The University Of California | Laterally driven resonant microstructures |
| WO1993000589A1 (en) * | 1991-06-25 | 1993-01-07 | Sundstrand Corporation | Coriolis rate sensor using tunnel-effect displacement sensor |
-
1992
- 1992-06-06 GB GB929212099A patent/GB9212099D0/en active Pending
-
1993
- 1993-05-18 DE DE69306314T patent/DE69306314T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-05-18 EP EP93303845A patent/EP0574143B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-05-18 ES ES93303845T patent/ES2098663T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1993-06-03 US US08/071,732 patent/US5537872A/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-06-03 JP JP5156337A patent/JPH0634649A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09512904A (ja) * | 1994-03-08 | 1997-12-22 | ニューカーマンズ、アーモンド、ピー． | 一体化センサを備えたモノリシックシリコン・レートジャイロ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5537872A (en) | 1996-07-23 |
| EP0574143B1 (en) | 1996-12-04 |
| DE69306314D1 (de) | 1997-01-16 |
| EP0574143A1 (en) | 1993-12-15 |
| GB9212099D0 (en) | 1992-07-22 |
| DE69306314T2 (de) | 1997-04-10 |
| ES2098663T3 (es) | 1997-05-01 |
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