JPH08105748A - 角速度センサ、その共振周波数調整方法及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】角速度センサの可動部の共振周波数を調整し得
る構造を備えた加速度センサ、可動部の共振周波数を調
整する方法及び可動部の駆動振動モード及び検出振動モ
ードに於ける特性のバラツキをなくし、高感度で且つ特
性の安定した角速度センサを歩留まり良く製造する方法
を提供することである。 【構成】角速度センサの共振周波数調整方法は、半導体
基板上に設けられた可動支持部と、基板面から離間して
設けられ可動支持部から伸長した支持梁により支持され
た振動板を有する可動部と、振動板に対し基板面に平行
なる水平方向の駆動を与える振動発生手段と、コリオリ
力による前記振動板の前記基板面に対して垂直方向への
変位を検出する検出手段とを備え、支持梁は断面を四角
形に形成すると共に支持梁の上下面と側面に相互にエッ
チング特性の異なる保護膜を形成し、何れか一方の保護
膜をエッチング法で削り、可動部の共振周波数を調整す
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体角速度センサ、
その共振周波数の調整方法及びその製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来技術】近年、微小のセンサやアクチュエータを作
製する技術として、主にシリコン等の半導体材料を利用
したマイクロマシニング技術が開発されている。この技
術は、従来の機械加工、組立技術を用いた作製方法と異
なり、半導体の回路形成プロセスに利用されてきたフォ
トリソグラフィー、成膜、エッチング技術を組み合わせ
利用する作製方法である。この技術を用いると、素子寸
法が1mm以下の微少な角速度センサが作製できる。

【０００３】図６ないし図８には、マイクロマシニング
技術で作成された角速度センサの一例を示している。図
中、１は角速度センサの全体の構成を示す。角形の基板
２は、高抵抗を有する単結晶のシリコン材料によって形
成される。可動部３は、基板上に窒化シリコン膜４Ａを
介して対向して設けられた一対の可動支持部４，４に支
持されている。また、可動部３は、断面が長方形で上下
面５Ａ，５Ａおよび側面５Ｂ，５Ｂを有し、各可動支持
部４、４の端縁から中央部に向けて伸長するそれぞれ２
本の支持梁５、５と、この支持梁５、５によって両短辺
側を支持された長方形状の振動板６とから構成され、振
動板６の両長辺側には、それぞれ板状の複数本の、たと
えば８本の可動くし形電極６Ａが突出形成されている。
この可動部３は、基板２上にリン（Ｐ），ボロン
（Ｂ），アンチモン（Ｓｂ）等がドーピングされたポリ
シリコンで形成されている。

【０００４】なお、各支持梁５、５と振動板６は、基板
２との間に窒化シリコン膜は設けていなく、基板２から
浮いた状態で保持され、また、振動板６は基板２と平行
となるように配置されている。

【０００５】固定部７、７は、可動支持部４，４の間に
振動板６を介して向かい合って配置され、また、基板２
上に窒化シリコン膜７Ａを介して設けられている。この
固定部７，７には、振動板６と対向する端縁側に板状の
複数本の、たとえば６本および７本の固定くし形電極７
Ｂ，７Ｂが突出形成されている。可動くし形電極６Ａと
固定くし形電極７Ｂは、相互に組み合う如くに配置さ
れ、且つその間には微細な隙間が形成され、この部分が
可動部３を振動させる振動発生部となる。 この固定部
７も、可動部３と同様に、シリコン基板にリン（Ｐ），
ボロン（Ｂ），アンチモン（Ｓｂ）等がドーピングされ
たポリシリコンで形成されている。

【０００６】また、振動板６の変位を検出する検出電極
９は、振動板６に対向して基板２の表面に設けられる。
この検出電極９は、基板２と異なる特性になるようなド
ーパントを高濃度にドーピングすることによって形成さ
れる。基板２の表面には、同じ加工方法でリード部１０
Ａと外部電極１０が検出電極９に連続して形成される。
なお、可動支持部４、固定部７、外部電極１０の上に
は、金、アルミニウムなどの導電金属材料で形成した電
極パット１１がそれぞれ形成されている。

【０００７】上述の構成に於て、可動支持部４と固定部
７の間に、周波数ｆの振動駆動信号を印加すると、可動
くし形電極６Ａと固定くし形電極７Ｂの間に静電力が発
生し、この静電力によって振動板６が固定部７の方向、
即ち図６の矢印Ａ１，Ａ２で示す水平方向に同じ大きさ
で且つ基板２に対し平行な水平振動を行う。この駆動振
動モードでは、振動板６と検出電極９の間の静電容量は
変化せず、従って外部電極１０からは静電容量変化の出
力は検出されない。

【０００８】この定常状態に於いて、可動支持部４、４
方向を軸として振動板６に回転方向の角速度ωが加わる
と、振動板６は、基板２に対し垂直な方向のコリオリ力
Ｆ1,Ｆ2 により垂直方向に振動する。これが検出振動モ
ードである。ここで、コリオリ力Ｆ1,Ｆ2 は次式のよう
になる。

【０００９】Ｆ１＝Ｆ２＝２ｍωＶ＝２ｍω×Ａ（２π
ｆ）ｃｏｓ（（２πｆ）ｔ） 但し、ｍは振動板６の質量、Ｖは振動板６の速度、Ａは
振動板６の振幅、ｆは振動駆動信号の周波数である。

【００１０】振動板６がコリオリ力Ｆ1,Ｆ2で垂直方
向、即ち上下に振動すると、振動板６と基板２との間隔
が振動の周期にしたがって変化する。この離間寸法の変
化を検出電極１０と振動板６との間の静電容量の変化と
して検出し、図示しない回路による信号処理によって角
速度ωを検出する。

【００１１】角速度センサ１を高感度にするには，振動
板に加わるコリオリ力Ｆ1,Ｆ2を大きくすれば良い。換
言すれば、上述の方程式により振動板６の振幅Ａを大き
くすることである。そのためには，先ず、駆動振動モー
ドである水平方向（矢印Ａ１，Ａ２方向）の振動を共振
の状態にする。次に、検出振動モードであるコリオリ力
Ｆ1，Ｆ2による垂直方向の振動も共振の状態にする。こ
の共振状態であれば、振動板６の振動変位が大きくなる
ので，静電容量の変化が大きくなる。そして、駆動振動
モードと検出振動モードの２つの共振周波数を一致させ
たとき、角速度センサの感度は最も大きくなる。

【００１２】上述の角速度センサ２は、ステム等に固定
し、外部の端子と電極パットをワイヤ等で接続し、更
に、検出回路と組合せてセンサとして完成される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，マイク
ロマシン技術で作製された角速度センサは，作製後の素
子の駆動振動モードや検出振動モードの共振周波数が、
加工精度が十分に得られないため一定の値にならず、角
速度センサの感度等の特性が角速度センサ毎に異なり、
高感度な角速度センサの製造歩留まりが低くなるという
欠点があった。このため、角速度センサの特性を改善す
るため作製後に角速度センサの一部を加工して共振周波
数を調整することも考えられるが、マイクロマシン技術
で作製された角速度センサは構造が微細であるため、切
削による機械加工で共振周波数を調整することが困難で
あった。

【００１４】また、ビーム加工の場合、レーザビームで
はスポット径が大きく，微小な部分を削り取って共振周
波数の調整を行うことが困難であり、更に、集束イオン
ビームの場合、微小部分の加工は可能であるが、高真空
中での加工を必要とするため共振周波数の変化を確認し
ながら加工するには多くの時間と手間がかかり、コスト
が高くなるという欠点があった。

【００１５】更にまた、ＲＩＥ(reactive ion etching)
によるドライエッチングで削り取ることも考えられる
が、例えば、振動板を支える支持梁を削る場合、支持梁
の表面全体が削られるため、振動板の共振振動を所望に
調整することは困難であった。

【００１６】本発明は、上述の課題を解決するためにな
されたもので、その第１の目的は、可動部の共振周波数
を調整し得る構造を備えた角速度センサを提供すること
であり、第２の目的は、可動部の共振周波数を調整する
方法を提供するものであり、第３の目的は、可動部の駆
動振動モード及び検出振動モードに於ける特性のバラツ
キをなくし、高感度で且つ特性の安定した角速度センサ
を歩留まり良く製造する方法を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は次のように構成される。先ず、本発明の
角度センサの特徴について、半導体基板と、該基板上に
設けられた可動支持部と、前記基板面から離間して設け
られ前記支持部から伸長した支持梁により支持された振
動板を有する可動部と、前記振動板に対し基板面に平行
なる水平方向の駆動を与える振動発生手段と、コリオリ
力による前記振動板の前記基板面に対して垂直方向への
変位を検出する検出手段とを備える角速度センサに於
て、前記支持梁は前記水平方向を側面とし前記垂直方向
を上下面として断面を四角形に形成すると共に、前記支
持梁の上下面と側面の何れか一方又は双方にエッチング
に対する保護膜を形成したものである。

【００１８】また、好ましくは、支持梁の上下面と側面
に相互にエッチング特性の異なる保護膜を形成したもの
であり、また好ましくは、、支持梁の上下面に形成する
保護膜は、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜の何れかの
単独膜或は複合膜とするものであり、更に好ましくは、
支持梁の側面に形成する保護膜は、酸化シリコン膜とす
るものであり、更にまた好ましくは、可動支持部及び可
動部は、ポリシリコンまたは単結晶シリコン或は多結晶
シリコンで構成するものである。

【００１９】次に、本発明の角速度センサの共振周波数
調整方法の特徴について、半導体基板と、該基板上に設
けられた可動支持部と、前記基板面から離間して設けら
れ前記支持部から伸長した支持梁により支持された振動
板を有する可動部と、前記振動板に対し基板面に平行な
る水平方向の駆動を与える振動発生手段と、コリオリ力
による前記振動板の前記基板面に対して垂直方向への変
位を検出する検出手段とを備え、前記支持梁は前記水平
方向を側面とし前記垂直方向を上下面として断面を四角
形に形成すると共に、前記支持梁の上下面と側面に相互
にエッチング特性の異なる保護膜を形成し、何れか一方
の保護膜をエッチング法で削るものである。

【００２０】また、好ましくは、可動部の垂直方向の共
振周波数が基板面に対する水平方向の共振周波数より高
い場合には、支持梁部分の上下面を削り取り、前記水平
方向の共振周波数が前記垂直方向の共振周波数より高い
場合には、支持梁部分の側面を削り取るものである。

【００２１】または、半導体基板と、該基板上に設けら
れた可動支持部と、前記基板面から離間して設けられ前
記支持部から伸長した支持梁により支持された振動板を
有する可動部と、前記振動板に対し基板面に平行なる水
平方向の駆動を与える振動発生手段と、コリオリ力によ
る前記振動板の前記基板面に対して垂直方向への変位を
検出する検出手段とを備え、前記支持梁は前記水平方向
を側面とし前記垂直方向を上下面として断面を四角形に
形成すると共に、前記支持梁の上下面と側面の何れか一
方に保護膜を形成し、支持梁の構成材料をエッチング法
で削るものである。

【００２２】更に、本発明の角速度センサの製造方法の
特徴について、半導体基板と、該基板上に設けられた可
動支持部と、前記基板面から離間して設けられ前記支持
部から伸長した支持梁により支持された振動板を有する
可動部と、前記振動板に対し基板面に平行なる水平方向
の駆動を与える振動発生手段と、コリオリ力による前記
振動板の前記基板面に対して垂直方向への変位を検出す
る検出手段とを備え、前記支持梁は前記水平方向を側面
とし前記垂直方向を上下面として断面を四角形に形成し
た角度センサの製造方法に於て、可動部の前記垂直方向
及び水平方向の共振周波数を測定し、前記支持梁部分の
前記垂直方向の加工を、前記水平方向の加工速度に対す
る前記垂直方向の加工速度の比値が高いエッチング法を
用いて行うものである。

【００２３】好ましくは、支持梁部分の垂直方向の加工
を、イオンミリングにより行うものであり、また好まし
くは、支持梁部分の垂直方向の加工を、水平方向の加工
速度に対する前記垂直方向の加工速度の比値が高いＲＩ
Ｅを用いて行うものであり、更に好ましくは、支持梁部
分のエッチング工程に於て、可動部の垂直方向と水平方
向の共振周波数差の変化率から適切なエッチング時間を
計算し、周波数調整加工工程を時間制御するものであ
り、更にまた好ましくは、支持梁部分に於ける垂直方向
の寸法及び水平方向の寸法を、可動部の垂直方向の共振
周波数が水平方向の共振周波数より高くなる寸法に形成
して、支持梁を垂直方向にエッチングするものである。

【００２４】

【作用】可動部の支持梁は、断面を四角形に形成され、
その支持梁の上下面と側面の何れか一方又は双方にエッ
チングに対する保護膜を形成しているから、角速度セン
サを作製後に、支持梁を択一的に削り可動部の共振周波
数を調整することができる。

【００２５】そして，可動部に於ける検出振動モードよ
り高い駆動振動モードの共振周波数を検出振動モードの
共振周波数に一致させるには，支持梁の両側面に形成し
た酸化シリコン膜あるいはポリシリコン等の構成材料を
削るもので、逆に、検出振動モードの共振周波数を駆動
振動モードの共振周波数に一致させるには、支持梁の上
下の面に形成した窒化シリコン膜、酸化シリコン膜を削
るものである。これらの、削減には、ＲＩＥなどのドラ
イエッチング，またはウェットエッチングを用いて、窒
化シリコン膜や酸化シリコン膜或いは露出したポリシリ
コン等の構成材料を選択的に削ることによって共振周波
数を調整するものである。

【００２６】角速度センサの製造方法としては、可動部
の駆動振動モード及び検出振動モードの共振周波数を測
定する。測定結果より、検出振動モードが駆動振動モー
ドよりどれくらい共振周波数が高いかを計算し、この値
を適正な値に修正するため、支持梁の垂直方向の加工
を、水平方向の加工速度に対する垂直方向の加工速度の
比値が高いドライエッチングで行うものである。このド
ライエッチングには、イオンミリング、特定の条件に於
けるＲＩＥがある。このドライエッチングでは、主に梁
の垂直方向が加工されるため、検出振動モードの共振周
波数が駆動振動モードの共振周波数に対して大きく減少
する。その結果、作製後の角速度センサに於ける検出振
動モードと駆動振動モードの共振周波数の差が修正さ
れ、両共振周波数がほぼ一致した特性の良い角速度セン
サが作製される。

【００２７】ここで、角速度センサの形状が同じであれ
ば、支持梁の垂直方向の加工深さに対する両振動モード
の共振周波数の変化はほぼ一定である。また、支持梁の
垂直方向の加工深さは、ドライエッチング時間に依存す
る。よって、作製後の角速度センサに於ける検出振動モ
ードと駆動振動モードの共振周波数の差がわかれば、ド
ライエッチングを予め計算された共振周波数差を修正す
るための適正時間行うことで常に同じ特性の角速度セン
サを作製できる。この製造方法では、加工後の角速度セ
ンサの共振周波数の確認工程が不要であるため、短時間
に共振周波数の調整ができる。作製された角速度センサ
は、高感度で特性が一定であるため、製造歩留まりが良
く、安価に製造できる。

【００２８】駆動振動モードより高い検出振動モードの
共振周波数を駆動振動モードの共振周波数にほぼ一致さ
せるために、イオンミリング等の水平方向の加工速度に
対する垂直方向の加工速度の比値が高い加工方法で、支
持梁の垂直方向の調整加工を行う。角速度センサの構造
が同一であれば、調整加工に対する検出振動モードと駆
動振動モードの共振周波数差の変化率がほぼ一定である
ので、予め両振動モードの共振周波数を測定しておけ
ば、調整加工を時間制御することで容易に両振動モード
の共振周波数がほぼ一致した角速度センサが作製でき
る。

【００２９】

【実施例】本発明の角速度センサの実施例を図１を用い
て説明する。なお、角速度センサの全体の構成は図６と
同じであるため、本発明の構成の部分に絞り説明する。

【００３０】図１に示すように、１２は支持梁部分の断
面図であり、１３は断面が長方形に形成された支持梁
で、構成材料はポリシリコンである。支持梁１３の上下
面には窒化シリコン膜１４が形成され、両側面には酸化
シリコン膜１５が形成されている。これらの保護膜は、
相互にエッチング特性が異なる。矢印Ｂ１，Ｂ２は、駆
動振動モードの振動方向を示し、また、矢印Ｃ１，Ｃ２
は検出振動モードの振動方向を示す。

【００３１】支持梁１３の形状は、四角形であればよ
く、また、支持梁の上下面に形成する保護膜は、窒化シ
リコン膜と酸化シリコン膜の何れかの単独膜或は複合膜
としてもよい。可動支持部及び可動部は、ポリシリコン
に限らず単結晶シリコンまたは多結晶シリコンで構成す
ることができる。

【００３２】共振周波数の調整方法は、次の通りであ
る。最初に、水平方向、即ち、Ｂ１，Ｂ２方向の振動の
共振周波数を測定し、同時に垂直方向、即ち、Ｃ１，Ｃ
２方向の振動の共振周波数を測定して相互に比較する。
このとき共振周波数の高い方が調整の対象になる。例
えば、検出振動モードの共振周波数が駆動振動モードの
共振周波数より高い場合、テトラフロロメタンと酸素と
窒素（ＣＦ₄／Ｏ₂／Ｎ₂） の混合ガスで上下面に形成し
た窒化シリコン膜１４を削る。削る操作には、保護膜を
薄くする場合も、また、完全に除去する場合もある。酸
化シリコン膜１４は、ＣＦ₄／Ｏ₂／Ｎ₂ の混合ガスに対
しエッチングレートが極めて遅いので実質上エッチング
されない。また、支持梁部分１３の断面が長方形の場
合、共振周波数は梁の垂直方向の高さ、即ち厚さに依存
するが、水平方向幅に依存しない。よって、駆動振動モ
ードの共振周波数を固定して、検出振動モードの共振周
波数を低い方向に変化させて、共に共振周波数を一致さ
せる。逆に、駆動振動モードの共振周波数が検出振動モ
ードの共振周波数より高い場合、トリフルオロメタン
（ＣＨＦ3） ガスで両側面に形成した酸化シリコン膜１
４を削ることにより、共振周波数を一致させるものであ
る。

【００３３】上述の実施例はドライエッチングで述べた
が、ウェットエッチングでも可能である。酸化シリコン
膜を削るの場合は、窒化シリコン膜に対して選択的に削
る緩衝フッ酸（ＢＨＦ）を用いればよく、逆に、窒化シ
リコン膜を削る場合は、熱リン酸を用いるものである。

【００３４】また、窒化シリコン膜１４、酸化シリコン
膜１５を削ることで調整することを説明したが、支持梁
に窒化シリコン膜１４、酸化シリコン膜１５の一方のみ
を上下面または両側面に形成し、支持梁の構成材料であ
るポリシリコンを露出して、窒化シリコン膜とポリシリ
コン、または、酸化シリコン膜とポリシリコンの組合わ
せで、選択的に削ることにより共振周波数の調整を行っ
ても良い。

【００３５】図２に本発明の第２の実施例を示す。図２
は支持梁の断面図であり，図１と同様に支持梁部分の断
面構造のみを示している。２２は、断面を長方形に形成
した支持梁部分を示す。支持梁２３は、図１と同様にポ
リシリコンで形成されている。また、支持梁２３の上下
面には、酸化シリコン膜２４が形成されている。矢印Ｂ
1，Ｂ2は、駆動振動モードの振動方向を示し、また、矢
印Ｃ1，Ｃ2 は、検出振動モードの振動を方向を示す。

【００３６】共振周波数の調整は、酸化シリコン膜２４
とポリシリコンの露出面、即ち、両側面を選択的に削る
方法を用いる。酸化シリコン膜２４を削る場合、ＲＩＥ
によるドライエッチングでは、ポリシリコンに対して選
択的に削るこができるトリフルオロメタン（ＣＨＦ₃ ）
ガスを用いる。逆に、ポリシリコン部分を削る場合に
は、ＣＦ₄／Ｏ₂ の混合ガスを用いる。

【００３７】角速度センサ１２の製造工程を、図３に基
づいて説明する。図３（ａ）の予備工程で高抵抗を有す
る単結晶のシリコン材料によって形成された基板１６の
両表面に、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜などの絶縁
層１７を成膜する。次に、絶縁層１７上には、基板１６
の中央部分に犠牲層であるＰＳＧ（Phospho SilicateGl
ass) １８を形成する。この上には、図３（ｂ）に示す
ように、窒化シリコン膜１４を成膜する。この後、可動
部３を構成する可動支持部４、支持梁５、振動板６とな
るポリシリコン１３を成膜し、続いて、窒化シリコン膜
１４を成膜する。その後，図３（ｃ）のように、金属，
レジストなどをマスクにして、ＲＩＥを用いてポリシリ
コン１３及び窒化シリコン膜１４をエッチングし、可動
部３の支持梁部分を形成する。次に、図３（ｄ）に示す
ように、熱酸化を行い、支持梁１３の両側面に酸化シリ
コン膜１５を形成する。最後に、図３（ｅ）のように、
電極パット１１等の電気的接続部分を形成した後、犠牲
層であるＰＳＧ１８をフッ酸等のエッチング液により、
ウェットエッチングして除去する。

【００３８】以上の工程により、角速度センサの基本的
な構成部分が形成される。しかし、この段階では成膜さ
れたポリシリコンの厚さの不均一、ＲＩＥによるポリシ
リコンの加工精度等の点から、駆動振動モードと検出振
動モードの共振周波数が一致しておらず、バラツキがあ
る。ここで、作製された角速度センサの駆動振動モード
及び検出振動モードの共振周波数を測定する。各振動モ
ードの共振周波数は、圧電アクチュエータ等を用いて角
速度センサの可動部を励振し、各共振周波数における可
動部の振幅の変化をレーザー変位計等の変位検出手段で
計測しながら、振幅が最大になる周波数を調べることで
容易に求められる。

【００３９】本発明製造方法の他の実施例を説明する。
ポリシリコンの厚さを設計値より厚く成膜する。この手
段により、全ての可動部の検出振動モードの共振周波数
が駆動振動モードの共振周波数より高くなるように設定
される。図５は、保護膜を有しない支持梁の加工モデル
を示している。

【００４０】次に、可動部の厚さ方向の加工をイオンミ
リングにより行う。イオンミリングによる加工では、イ
オン２５が照射を受ける支持梁の基板に対し垂直方向の
表面、即ち、上面２６のポリシリコンのみが選択的に加
工され、支持梁２７の水平方向である側面２７ｂのポリ
シリコン表面及び支持梁２７の基板面と向き合う面、即
ち、下面２７ａのポリシリコン表面は殆ど加工されな
い。また、上面２６の加工深さは、加工条件により決ま
るミリングレートから、加工時間の設定により容易に制
御できる。

【００４１】この加工の結果、角速度センサの可動部
は、垂直方向、即ち、高さのみが加工深さに相当する量
だけ小さくなり、駆動振動モードの共振周波数が殆ど変
化しないのに対し、検出振動モードの共振周波数が支持
梁の垂直方向の厚さ変化によるバネ定数の低下により低
くなる。ミリング時間と両振動モードの共振周波数の関
係を図４に示す。この図より、100Hzの共振周波数の差
を調整するには、およそ２分間のミリングを行えば良い
ことがわかる。この図と両振動モードの共振周波数の測
定値をもとに、角速度センサについて適切な時間ミリン
グを行うことにより、共振周波数がほぼ一致した高感度
で特性の安定した角速度センサを作製できる。

【００４２】上記実施例はドライエッチングをイオンミ
リングで行うように述べたが，基板の水平方向加工速度
に対する垂直方向加工速度の比値が高くなるような条件
で行うＲＩＥでも可能である。また，支持梁の断面が長
方形の場合について述べたが，正方形などの四角形なら
ば適用することができる。支持梁の材質は、シリコンに
限定されるものではなく、微細加工が可能でイオンミリ
ング等による支持梁の加工が可能な材質であればよい。
上述の製造方法は、多数の角速度センサを製造する場合
にも同様に適用できる。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明の角速度セン
サに於いては、可動部の支持梁の断面を四角形にし，こ
の支持梁の上下面に窒化シリコン膜、酸化シリコン膜の
何れか一方或いは複合膜を形成し、更に、必要に応じ
て、支持梁の両側面に酸化シリコン膜を形成したから、
角速度センサを作製後において可動部の共振周波数を調
整することができる。

【００４４】また、支持梁の窒化シリコン膜、酸化シリ
コン膜或いはポリシリコンを選択的に削ることによっ
て、共振周波数を変化させることができる。従って、例
えば、駆動振動モードの共振周波数を固定し、または微
小の変化に抑えて、検出振動モードの共振周波数を変化
させて、両共振周波数を一致させることが可能になる。

【００４５】更に、角速度センサの製造方法おいては、
基板上に可動支持部、支持梁、振動板を形成した後、可
動部の駆動振動モードと検出振動モードの共振周波数を
測定し、検出振動モードと駆動振動モードの共振周波数
の差を調整するためのエッチング加工を行うことによっ
て、両振動モードの共振周波数がほぼ一致した高感度で
特性の安定な角速度センサを作製できる。従って、高感
度で特性の均一な角速度センサが歩留まり良く容易に製
造でき、高性能で安価な製品を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の角速度センサの支持梁部分の断面図で
ある。

【図２】本発明の角速度センサの支持梁部分の他の実施
例を示す断面図である。

【図３】本発明の角速度センサの製造方法の内、特に支
持梁部分の製造方法をを示す工程図である。

【図４】本発明の角速度センサの製造方法に於けるイオ
ンミリングによる加工時間と駆動振動モードと検出振動
モードの共振周波数の関係を示すグラフである。

【図５】本発明の角速度センサの製造方法に於ける支持
梁部分をイオンミリングにより加工する際のモデル図で
ある。

【図６】従来の角速度センサを示す斜視図である。

【図７】図６の矢印ＩーＩに於ける縦断面図である。

【図８】図６中の矢印ＩＩ−ＩＩに於ける縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 角速度センサ ２、１６ 半導体基板 ３ 可動部 ４ 可動支持部 ５ 支持梁 ５Ａ 上下面 ５Ｂ 側面 ６ 振動板 ６Ａ，７Ｂ くし形電極 ７ 固定部 １２、２２ 支持梁部分 １３、２３ 支持梁 １４、１５、２４ 保護膜 １８ 犠牲層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 持田 洋一 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 森屋 和文 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 長谷川 友保 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板と、該基板上に設けられた可動
   支持部と、前記基板面から離間して設けられ前記支持部
   から伸長した支持梁により支持された振動板を有する可
   動部と、前記振動板に対し基板面に平行なる水平方向の
   駆動を与える振動発生手段と、コリオリ力による前記振
   動板の前記基板面に対して垂直方向への変位を検出する
   検出手段とを備える角速度センサに於て、前記支持梁は
   前記水平方向を側面とし前記垂直方向を上下面として断
   面を四角形に形成すると共に、前記支持梁の上下面と側
   面の何れか一方又は双方にエッチングに対する保護膜を
   形成したことを特徴とする角速度センサ。
2. 【請求項２】支持梁の上下面と側面に相互にエッチング
   特性の異なる保護膜を形成したことを特徴とする請求項
   １項記載の角速度センサ。
3. 【請求項３】支持梁の上下面に形成する保護膜は、窒化
   シリコン膜と酸化シリコン膜の何れかの単独膜或は複合
   膜とする請求項２項記載の角速度センサ。
4. 【請求項４】支持梁の側面に形成する保護膜は、酸化シ
   リコン膜とすることを特徴とする請求項２記載の角速度
   センサ。
5. 【請求項５】可動支持部及び可動部は、ポリシリコンま
   たは単結晶シリコン或は多結晶シリコンで構成すること
   を特徴とする請求項１項記載の角速度センサ。
6. 【請求項６】半導体基板と、該基板上に設けられた可動
   支持部と、前記基板面から離間して設けられ前記支持部
   から伸長した支持梁により支持された振動板を有する可
   動部と、前記振動板に対し基板面に平行なる水平方向の
   駆動を与える振動発生手段と、コリオリ力による前記振
   動板の前記基板面に対して垂直方向への変位を検出する
   検出手段とを備え、前記支持梁は前記水平方向を側面と
   し前記垂直方向を上下面として断面を四角形に形成する
   と共に、前記支持梁の上下面と側面に相互にエッチング
   特性の異なる保護膜を形成し、何れか一方の保護膜をエ
   ッチング法で削ることを特徴とする角速度センサの共振
   周波数調整方法。
7. 【請求項７】半導体基板と、該基板上に設けられた可動
   支持部と、前記基板面から離間して設けられ前記支持部
   から伸長した支持梁により支持された振動板を有する可
   動部と、前記振動板に対し基板面に平行なる水平方向の
   駆動を与える振動発生手段と、コリオリ力による前記振
   動板の前記基板面に対して垂直方向への変位を検出する
   検出手段とを備え、前記支持梁は前記水平方向を側面と
   し前記垂直方向を上下面として断面を四角形に形成する
   と共に、前記支持梁の上下面と側面の何れか一方に保護
   膜を形成し、支持梁の構成材料をエッチング法で削るこ
   とを特徴とする角速度センサの共振周波数調整方法。
8. 【請求項８】可動部の垂直方向の共振周波数が基板面に
   対する水平方向の共振周波数より高い場合には、支持梁
   部分の上下面を削り取り、前記水平方向の共振周波数が
   前記垂直方向の共振周波数より高い場合には、支持梁部
   分の側面を削り取ることを特徴とする請求項６記載の角
   速度センサの共振周波数調整方法。
9. 【請求項９】半導体基板と、該基板上に設けられた可動
   支持部と、前記基板面から離間して設けられ前記支持部
   から伸長した支持梁により支持された振動板を有する可
   動部と、前記振動板に対し基板面に平行なる水平方向の
   駆動を与える振動発生手段と、コリオリ力による前記振
   動板の前記基板面に対して垂直方向への変位を検出する
   検出手段とを備え、前記支持梁は前記水平方向を側面と
   し前記垂直方向を上下面として断面を四角形に形成した
   角度センサの製造方法に於て、可動部の前記垂直方向及
   び水平方向の共振周波数を測定し、前記支持梁部分の前
   記垂直方向の加工を、前記水平方向の加工速度に対する
   前記垂直方向の加工速度の比値が高いエッチング法を用
   いて行うことを特徴とする角速度センサの製造方法。
10. 【請求項１０】支持梁部分の垂直方向の加工を、イオン
    ミリングにより行うことを特徴とする請求項９記載の角
    速度センサの製造方法。
11. 【請求項１１】支持梁部分の垂直方向の加工を、水平方
    向の加工速度に対する前記垂直方向の加工速度の比値が
    高いＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を用いて行うこと
    を特徴とする請求項９記載の角速度センサの製造方法。
12. 【請求項１２】支持梁部分のエッチング工程に於て、可
    動部の垂直方向と水平方向の共振周波数差の変化率から
    適切なエッチング時間を計算し、周波数調整加工工程を
    時間制御することを特徴とする請求項９または請求項１
    ０または請求項１１記載の角速度センサの製造方法。
13. 【請求項１３】支持梁部分に於ける垂直方向の寸法及び
    水平方向の寸法を、可動部の垂直方向の共振周波数が水
    平方向の共振周波数より高くなる寸法に形成して、前記
    支持梁を垂直方向にエッチングすることを特徴とする請
    求項９または請求項１０または請求項１１記載の角速度
    センサの製造方法。