JPH08219795A - Angular velocity sensor - Google Patents

Angular velocity sensor

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Publication number
JPH08219795A
JPH08219795A JP7046577A JP4657795A JPH08219795A JP H08219795 A JPH08219795 A JP H08219795A JP 7046577 A JP7046577 A JP 7046577A JP 4657795 A JP4657795 A JP 4657795A JP H08219795 A JPH08219795 A JP H08219795A
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JP
Japan
Prior art keywords
substrate
diaphragm
angular velocity
velocity sensor
vibration
Prior art date
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Pending
Application number
JP7046577A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoyasu Hasegawa
友保 長谷川
Yoichi Mochida
洋一 持田
Kazufumi Moriya
和文 森屋
Kenichi Atsuji
健一 厚地
Katsuhiko Tanaka
克彦 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP7046577A priority Critical patent/JPH08219795A/en
Publication of JPH08219795A publication Critical patent/JPH08219795A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To prevent the fixing from occurring when manufacturing by providing a protrusion for assuring an infinitesimal gap between the diaphragm and the board of an angular velocity sensor. CONSTITUTION: A plurality of protrusions 34 are formed at the part where a diaphragm 7 is disposed on a board 32. The diaphragm 7 is alternately vibrated in the directions indicated by arrows A1 and A2 by vibration generators 11. When an angular velocity occurs around an Y-axis, the diaphragm 7 is vibrated in the directions indicated by arrows F1 and F2 by a Coriolis' force. The velocity is detected by this displacement. An infinitesimal gap is always assured between the board 32 and the diaphragm 7 by the protrusions 34, and when manufacturing in the drying step, the diaphragm 7 is prevented from being brought into close contact with the board 32 to be fixed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば車両や航空機等
の回転方向、姿勢等を検出するのに用いて好適な角速度
センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity sensor suitable for detecting the direction of rotation, posture, etc. of a vehicle or an aircraft.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術による角速度センサを図16な
いし図25に基づいて述べる。
2. Description of the Related Art A conventional angular velocity sensor will be described with reference to FIGS.

【0003】図中、1は従来技術による角速度センサ、
2は該角速度センサ1の本体をなすように高抵抗を有す
る単結晶のシリコン材料によって長方形の板状に形成さ
れた基板をそれぞれ示し、該基板2の表面には酸化シリ
コンによる絶縁膜3が形成されている。
In the figure, 1 is an angular velocity sensor according to the prior art,
Reference numerals 2 denote substrates formed in a rectangular plate shape by a single crystal silicon material having high resistance so as to form the main body of the angular velocity sensor 1, and an insulating film 3 made of silicon oxide is formed on the surface of the substrate 2. Has been done.

【0004】4は基板2上にP,B,Sb等がドーピン
グされた低抵抗のポリシリコンによって形成された可動
部を示し、該可動部4は長手方向に対向して絶縁膜3を
介して設けられた一対の支持部5,5と、該各支持部5
の両端から中央部に向けて長手方向(Y軸方向)に伸長
する4本の支持梁6,6,…と、該各支持梁6によって
支持された振動板7とからなり、X軸方向となる該振動
板7の左,右両側面には複数の電極板8A,8A,…
(5本)からなる可動側くし状電極8,8が突出形成さ
れている。また、各支持部5のみが基板2に固着され、
各支持梁6と振動板7は前記基板2から浮いた状態で保
持され、振動板7は基板2と平行となるように矢示A1
,A2 方向の横振動を起すようになっている。
Reference numeral 4 denotes a movable portion formed of low-resistance polysilicon doped with P, B, Sb, etc. on the substrate 2, and the movable portion 4 is opposed to the longitudinal direction with an insulating film 3 interposed therebetween. A pair of supporting parts 5 and 5 provided and each supporting part 5
, Which extend in the longitudinal direction (Y-axis direction) from both ends to the central portion, and a diaphragm 7 supported by each of the support beams 6, and the X-axis direction. On the left and right side surfaces of the vibrating plate 7, the plurality of electrode plates 8A, 8A, ...
Movable-side comb-shaped electrodes 8 composed of (five) are formed to project. Further, only each supporting portion 5 is fixed to the substrate 2,
The support beams 6 and the diaphragm 7 are held in a state of being floated from the substrate 2, and the diaphragm 7 is indicated by an arrow A1 so as to be parallel to the substrate 2.
, A2 lateral vibration is generated.

【0005】9,9は基板2上に振動板7を挟むように
絶縁膜3を介して設けられた一対の固定部を示し、該各
固定部9には前記可動側くし状電極8,8と対向する面
に電極板10A,10A,…(5本)を有する固定側く
し状電極10が形成されている。
Reference numerals 9 and 9 denote a pair of fixed portions provided on the substrate 2 so as to sandwich the vibrating plate 7 with the insulating film 3 interposed therebetween. Each fixed portion 9 has the movable side comb-shaped electrodes 8 and 8. The fixed-side comb-shaped electrode 10 having the electrode plates 10A, 10A, ... (Five) is formed on the surface facing.

【0006】11,11は振動発生手段となる振動発生
部を示し、該各振動発生部11は可動側くし状電極8と
固定側くし状電極10とから構成され、該電極8,10
の電極板8A,10Aとの間には隙間が形成されてい
る。ここで、可動側くし状電極8と各固定側くし状電極
10との間に周波数fの振動駆動信号を印加すると、各
電極板8A,10A間には静電力が発生し、この静電力
によって振動板7が矢示A1 ,A2 方向に同じ大きさで
交互に基板2と水平方向の振動を行うようになってい
る。
Reference numerals 11 and 11 denote vibration generators serving as vibration generators. Each of the vibration generators 11 is composed of a movable side comb-shaped electrode 8 and a fixed side comb-shaped electrode 10.
A gap is formed between the electrode plates 8A and 10A. Here, when a vibration drive signal of frequency f is applied between the movable side comb-shaped electrode 8 and each fixed side comb-shaped electrode 10, an electrostatic force is generated between the electrode plates 8A and 10A, and this electrostatic force causes The vibrating plate 7 alternately vibrates in the horizontal direction with the substrate 2 with the same magnitude in the directions A1 and A2.

【0007】12は可動部4,固定部9等を上側から施
蓋するカバーを示し、該カバー12はガラス材料,セラ
ミック,樹脂等の絶縁材料によって形成され、外部から
異物や液体が侵入するのを防止するようになっている。
また、該カバー12の内側中央は凹状に形成され、その
内側に可動部4,固定部9等を収容するようになってい
る。さらに、該カバー12の凹部中央には白金−金−ク
ロムまたはクロム−金等からなる検出用電極板13が着
膜形成されている。
Reference numeral 12 denotes a cover for covering the movable portion 4, the fixed portion 9 and the like from the upper side. The cover 12 is made of an insulating material such as glass material, ceramics, resin, etc., and foreign matter and liquid enter from the outside. It is designed to prevent
Further, the inner center of the cover 12 is formed in a concave shape, and the movable portion 4, the fixed portion 9 and the like are accommodated inside thereof. Further, a detection electrode plate 13 made of platinum-gold-chromium or chrome-gold is formed on the center of the recess of the cover 12 as a film.

【0008】14は変位検出手段となる変位検出部を示
し、該変位検出部14は振動板7と検出用電極板13と
から構成され、前記振動板7と検出用電極板13との離
間寸法の変位を、検出用電極板13と振動板7との静電
容量の変化として検出するようになっている。
Reference numeral 14 denotes a displacement detecting section which serves as a displacement detecting means. The displacement detecting section 14 is composed of a vibrating plate 7 and a detecting electrode plate 13, and a distance between the vibrating plate 7 and the detecting electrode plate 13 is separated. Is detected as a change in capacitance between the detection electrode plate 13 and the vibration plate 7.

【0009】このように構成される角速度センサ1にお
いては、各振動発生部11に振動駆動信号を印加する
と、前記振動板7は矢示A1 ,A2 方向に同じ大きさで
交互に基板2に対して水平方向の振動を行い、この状態
でY軸周りに角速度Ωが加わると、互いに逆向きの高さ
方向にF1 ,F2 というコリオリ力(慣性力)が交互に
発生する。
In the angular velocity sensor 1 constructed as described above, when a vibration drive signal is applied to each of the vibration generators 11, the vibrating plate 7 has the same size in the directions A1 and A2 shown by the arrows and is alternately arranged on the substrate 2. When the angular velocity Ω is applied around the Y-axis in this state by vibrating in the horizontal direction, Coriolis forces (inertial forces) F1 and F2 are alternately generated in the height directions opposite to each other.

【0010】ここで、各振動発生部11による振動板7
の水平方向の変位xと速度Vは、次の数1のようにな
る。
Here, the vibration plate 7 formed by each vibration generating unit 11
The horizontal displacement x and the velocity V of are as in the following equation 1.

【0011】[0011]

【数1】x=Asin((2πf)t) V=A(2πf)cos((2πf)t) ただし、A:振幅 f:振動駆動信号の周波数X = Asin ((2πf) t) V = A (2πf) cos ((2πf) t) where A: amplitude f: frequency of vibration drive signal

【0012】さらに、コリオリ力F1 ,F2 は数2のよ
うになる。
Further, the Coriolis forces F1 and F2 are given by the equation (2).

【0013】[0013]

【数2】F1 =F2 =2mΩV=2mΩ×A(2πf)
cos((2πf)t) ただし、m:振動板7の質量
[Formula 2] F1 = F2 = 2 mΩ V = 2 mΩ × A (2πf)
cos ((2πf) t) where m: mass of diaphragm 7

【0014】そして、図16および図18に示すよう
に、振動板7は数2の力で上下に振動し、この振動板7
による振動変位を検出用電極板13と振動板7との間の
静電容量の変化として検出し、角速度Ωを検出する。
Then, as shown in FIGS. 16 and 18, the diaphragm 7 vibrates up and down by the force of the equation 2,
The vibration displacement due to is detected as a change in capacitance between the detection electrode plate 13 and the vibration plate 7, and the angular velocity Ω is detected.

【0015】次に、図20ないし図25に基づいて前述
した角速度センサ1の製造方法について述べる。
Next, a method of manufacturing the angular velocity sensor 1 described above will be described with reference to FIGS.

【0016】まず、絶縁膜製造工程では、図20に示す
ような高抵抗なシリコン基板21を用いて、該シリコン
基板21の表面に酸化膜または窒化膜からなる絶縁膜2
2を着膜形成する(図21参照)。なお、前記シリコン
基板21には、通常直径7.5〜15.5cm程度で、
厚さが300μm程度のシリコンウェハが用いられ、角
速度センサ1を製造する際に、1枚のシリコンウェハか
ら複数個の角速度センサ1を一度に製造するようにして
いる。
First, in the insulating film manufacturing process, a high resistance silicon substrate 21 as shown in FIG. 20 is used, and an insulating film 2 made of an oxide film or a nitride film is formed on the surface of the silicon substrate 21.
2 is deposited (see FIG. 21). The silicon substrate 21 usually has a diameter of about 7.5 to 15.5 cm,
A silicon wafer having a thickness of about 300 μm is used, and when manufacturing the angular velocity sensor 1, a plurality of angular velocity sensors 1 are manufactured at one time from one silicon wafer.

【0017】次に、犠牲層形成工程では、図22に示す
ように、CVD等の手段によって、リンドープSiO2
膜からなる犠牲層23をシリコン基板21の絶縁膜22
上に形成する。
Next, in the sacrifice layer forming step, as shown in FIG. 22, phosphorus-doped SiO 2 is formed by means of CVD or the like.
The sacrificial layer 23 made of a film is used as the insulating film 22 of the silicon substrate 21.
Form on top.

【0018】また、シリコン層形成工程では、図23に
示すように、CVD等の手段によって、ポリシリコン層
24をシリコン基板21上の絶縁膜22または犠牲層2
3上に形成する。なお、前記ポリシリコン層24はリン
等を拡散することにより低抵抗に形成されている。ま
た、エッチング処理によってパターニングし、前記ポリ
シリコン層24に可動部4,固定部9等を分離形成す
る。
In the step of forming the silicon layer, as shown in FIG. 23, the polysilicon layer 24 is formed on the silicon substrate 21 by the insulating film 22 or the sacrificial layer 2 by means such as CVD.
3 on top. The polysilicon layer 24 is formed to have a low resistance by diffusing phosphorus or the like. Also, patterning is performed by etching to separately form the movable portion 4, the fixed portion 9 and the like on the polysilicon layer 24.

【0019】さらに、犠牲層除去工程では、図24に示
すように、ウェットエッチング等の手段によって犠牲層
23を除去した後に、洗浄・乾燥する。
Further, in the sacrifice layer removing step, as shown in FIG. 24, after the sacrifice layer 23 is removed by means such as wet etching, the sacrifice layer 23 is washed and dried.

【0020】上述した製造工程により、基板21上に絶
縁膜22を介してポリシリコン層24による可動部4,
固定部8が形成される。さらに、図25に示すように、
カバー接合工程では、カバー12をシリコン基板21上
に陽極接合または接着剤等によって接合することによ
り、角速度センサ1が完成する。
Through the above-described manufacturing process, the movable portion 4 formed of the polysilicon layer 24 on the substrate 21 via the insulating film 22.
The fixed portion 8 is formed. Furthermore, as shown in FIG.
In the cover bonding step, the cover 12 is bonded onto the silicon substrate 21 by anodic bonding or an adhesive agent, so that the angular velocity sensor 1 is completed.

【0021】このように形成される角速度センサ1にお
いては、図16および図18に示すように、振動板7は
数2のコリオリ力によって上,下に振動し、この振動板
7による振動変位を検出用電極板13と振動板7との間
の静電容量の変化として検出し、角速度Ωを検出するよ
うになっている。
In the angular velocity sensor 1 thus formed, as shown in FIGS. 16 and 18, the vibrating plate 7 vibrates up and down by the Coriolis force of the equation 2, and the vibration displacement by the vibrating plate 7 is caused. The angular velocity Ω is detected by detecting the change in the electrostatic capacitance between the detection electrode plate 13 and the vibration plate 7.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した角
速度センサ1の製造方法では、図24による犠牲層除去
工程後における乾燥工程で、シリコンの製造方法で通常
用いられる方法として、シリコン基板21を高速に回転
させ水分を飛散させる(スピンドライ)方法が用いられ
ている。
In the method of manufacturing the angular velocity sensor 1 described above, the silicon substrate 21 is used at a high speed as a method usually used in the method of manufacturing silicon in the drying step after the sacrifice layer removing step shown in FIG. The method of rotating water to scatter water (spin dry) is used.

【0023】この方法は、シリコン基板21の製造や、
フォトリソグラフィ工程等の際に良く用いられるもので
あり、この方法であると、犠牲層23があった部分に入
り込んだ液体の表面張力があるために、水分が飛散する
過程でシリコン基板21と振動板7との間の水が飛散せ
ずに蒸発して接着してしまうという危険性がある。
This method is used for manufacturing the silicon substrate 21,
This method is often used in a photolithography process or the like. With this method, there is a surface tension of the liquid that has entered the portion where the sacrificial layer 23 was present, so that the vibration of the silicon substrate 21 and the silicon substrate 21 occurs in the process of splashing water. There is a risk that the water between the plate 7 and the plate 7 will evaporate and bond without being scattered.

【0024】そして、シリコン基板21と振動板7とが
接着してしまうと、振動板7が可動せず角速度センサ1
として機能できず、歩留りを低下させてしまうという問
題がある。
If the silicon substrate 21 and the vibration plate 7 adhere to each other, the vibration plate 7 does not move and the angular velocity sensor 1
However, there is a problem that the yield is reduced.

【0025】そこで、前述したスピンドライ方法による
不具合を解消するために、例えば、洗浄後、純水を融点
の高い好適な溶媒(例えば、2−メチル−2−プロパノ
ール)に置換させ、この溶媒を凍結させて固体にし、こ
の後真空装置に入れ固体を昇華させるという、凍結乾燥
という方法もある。
Therefore, in order to eliminate the above-mentioned problems due to the spin dry method, for example, after washing, pure water is replaced with a suitable solvent having a high melting point (for example, 2-methyl-2-propanol), and this solvent is replaced with this solvent. There is also a method called freeze-drying in which a solid is frozen and then placed in a vacuum device to sublimate the solid.

【0026】しかし、この方法では、シリコン基板21
と振動板7との間が固体となり、昇華により除去する表
面張力が働かず、接着を防止することができる。
However, in this method, the silicon substrate 21
The space between the vibrating plate 7 and the vibrating plate 7 becomes solid, and the surface tension to be removed by sublimation does not work, so that adhesion can be prevented.

【0027】さらに、二酸化炭素の超臨界状態を利用し
て乾燥させる方法も知られている(Gregory T. Mullem
他 'Supercritical Carbon Dioxide Drying of Microst
ruc-tures' , Senser and Actuators(1993) )。
Further, a method of drying by utilizing the supercritical state of carbon dioxide is also known (Gregory T. Mullem
Others' Supercritical Carbon Dioxide Drying of Microst
ruc-tures', Senser and Actuators (1993)).

【0028】しかし、上記凍結乾燥は素子洗浄後に溶媒
(2−メチル−2−プロパノール)へ置換する工程にお
いて、一番重要な素子振動板7とシリコン基板21との
空間が非常に狭い数μmとなっているため、完全に置換
されるまでかなりの時間を費やす。例えば、空間が1μ
mで振動板7の大きさが500μm角程度であった場合
には、数時間を要する場合もある。この溶媒の置換が不
十分であると、残った水が凍結せずその表面張力により
振動板7がシリコン基板21に接着することが考えら
れ、以上のように作業手順が増え手間がかかるという問
題がある。
However, in the freeze-drying described above, in the step of substituting the solvent (2-methyl-2-propanol) after washing the element, the most important space between the element vibrating plate 7 and the silicon substrate 21 is several .mu.m which is very narrow. Therefore, it will take considerable time to be completely replaced. For example, the space is 1μ
If the size of the diaphragm 7 is about 500 μm square in m, it may take several hours. If the replacement of the solvent is insufficient, it is conceivable that the remaining water does not freeze and the surface tension of the water causes the diaphragm 7 to adhere to the silicon substrate 21. As described above, the number of working procedures increases and it takes time and labor. There is.

【0029】さらに、臨界点を越えた状態を利用する乾
燥方法では、作業工程が増加すると共に、それ専用の装
置が必要となりコスト高となる等の問題がある。
Further, the drying method utilizing a state exceeding the critical point has a problem that the number of working steps is increased and a dedicated device is required, resulting in high cost.

【0030】一方、完成した角速度センサ1において
も、基板2と振動板7との空間は数μm程度であるか
ら、センサの使用環境によっては外部からの振動等で接
着してしまうという問題がある。
On the other hand, even in the completed angular velocity sensor 1, since the space between the substrate 2 and the diaphragm 7 is about several μm, there is a problem in that the sensor 2 may adhere due to external vibration or the like depending on the usage environment of the sensor. .

【0031】本発明は、上述した従来技術の問題に鑑み
なされたもので、本発明は洗浄工程、乾燥工程における
不良品の発生を防止でき、歩留りを向上できるように
し、かつ完成品の信頼性が向上した角速度センサを提供
することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art. The present invention can prevent the generation of defective products in the cleaning process and the drying process, improve the yield, and improve the reliability of finished products. It is an object of the present invention to provide an improved angular velocity sensor.

【0032】[0032]

【課題を解決するための手段】本発明による角速度セン
サは、基板と、該基板に支持梁を介して支持され、該基
板に対して水平方向と垂直方向に振動可能に設けられた
振動板と、該振動板を前記基板に対し水平方向に振動さ
せる振動発生手段と、該振動発生手段によって前記振動
板に水平方向の振動を与えている状態で、コリオリ力に
よる該振動板の垂直方向への変位を検出する変位検出手
段とから構成する。
An angular velocity sensor according to the present invention comprises a substrate, and a diaphragm supported by the substrate via a support beam and vibrating in a horizontal direction and a vertical direction with respect to the substrate. , A vibration generating means for vibrating the diaphragm horizontally with respect to the substrate, and a vertical direction of the diaphragm due to Coriolis force in a state in which the vibration generating means is vibrating the diaphragm in the horizontal direction. And a displacement detecting means for detecting the displacement.

【0033】そして、上述した課題を解決するために、
請求項1の発明が採用する構成の特徴は、互いに対向す
る前記基板と前記振動板との間には、少なくとも一方か
ら他方に向けて突出し、該基板と振動板との間に微小隙
間を確保する突起部を形成したことにある。
Then, in order to solve the above-mentioned problems,
A feature of the configuration adopted by the invention of claim 1 is that between the substrate and the diaphragm facing each other, at least one protrudes toward the other, and a minute gap is secured between the substrate and the diaphragm. This is due to the formation of the protruding portion.

【0034】請求項2の発明は、前記突起部を、前記基
板の表面に形成した絶縁膜をエッチングすることにより
形成したことにある。
According to a second aspect of the present invention, the protrusion is formed by etching an insulating film formed on the surface of the substrate.

【0035】請求項3の発明は、前記基板には、前記振
動板を内側に収容するように施蓋するカバーを設け、該
カバーに前記変位検出手段を設けたことにある。
According to a third aspect of the present invention, the substrate is provided with a cover for covering the diaphragm so as to accommodate the diaphragm inside, and the displacement detecting means is provided on the cover.

【0036】請求項4の発明は、前記基板を単結晶のシ
リコン材料によって形成し、前記支持梁および振動板を
ポリシリコン材料によって形成したことにある。
According to a fourth aspect of the present invention, the substrate is made of a single crystal silicon material, and the support beam and the diaphragm are made of a polysilicon material.

【0037】請求項5の発明は、前記基板上に前記突起
部を覆うように犠牲層を形成し、さらにリフローを施す
ことにある。
According to a fifth aspect of the present invention, a sacrificial layer is formed on the substrate so as to cover the protrusions, and reflow is performed.

【0038】[0038]

【作用】上記請求項1の構成によれば、振動発生手段に
より振動板に水平方向の振動が付与され、基板に対して
水平振動している振動板に、該振動板の振動軸を回転中
心とする角速度が加わると、該振動板はコリオリ力によ
って垂直方向にもれ振動する。一方、該振動板は変位検
出手段によって該振動板の変位を検出しているから、振
動板に加わる角速度を検出することができる。さらに、
乾燥工程で、振動板と基板との間に水が介在しても、突
起部によって各部材間には微小隙間が確保されるから、
振動板が基板に張り付いたり、乾燥工程による水の蒸発
に伴って接着するのを防止することができる。
According to the structure of the first aspect, the vibration is applied to the diaphragm in the horizontal direction by the vibration generating means, and the diaphragm vibrating horizontally with respect to the substrate is rotated about the vibration axis of the diaphragm. When an angular velocity is applied, the diaphragm vibrates in the vertical direction due to the Coriolis force. On the other hand, since the diaphragm detects the displacement of the diaphragm by the displacement detecting means, the angular velocity applied to the diaphragm can be detected. further,
Even if water is present between the diaphragm and the substrate in the drying process, the protrusions ensure a minute gap between the members,
It is possible to prevent the vibrating plate from sticking to the substrate and from adhering to the substrate due to evaporation of water in the drying process.

【0039】請求項2のように、前記基板の表面の絶縁
膜をエッチングして突起部を形成することにより、突起
部を簡単に形成することができる。
According to the second aspect, the protrusion can be easily formed by etching the insulating film on the surface of the substrate to form the protrusion.

【0040】請求項3のように、前記基板には、振動板
を内側に収容するように施蓋するカバーを設け、該カバ
ーに前記変位検出手段を設けたから、可動部と固定部と
を密閉空間内に収容でき、塵埃等の侵入を防止できると
共に、変位検出手段も容易に形成できる。
According to a third aspect of the present invention, the cover is provided on the substrate so as to accommodate the diaphragm inside, and the displacement detecting means is provided on the cover, so that the movable portion and the fixed portion are sealed. It can be accommodated in a space, dust and the like can be prevented from entering, and displacement detecting means can be easily formed.

【0041】請求項4のように、シリコン材料により基
板上にポリシリコン材料を膜形成し、該ポリシリコン膜
をエッチング等を行なうことにより、容易に支持梁、振
動板等を形成できる。
As described in claim 4, by forming a film of a polysilicon material on the substrate using a silicon material and etching the polysilicon film, a support beam, a diaphragm, etc. can be easily formed.

【0042】請求項5のように、基板上に前記突起部を
覆うように犠牲層を形成し、さらにリフローを施すこと
により、犠牲層の表面がなだらかになり、振動板を形成
する際に突起部の形状が裏面に転写されることがなくな
るので、突起部の接続防止効果がより向上する。
According to a fifth aspect of the present invention, a sacrificial layer is formed on the substrate so as to cover the protrusions, and reflowing is performed, so that the surface of the sacrificial layer becomes smooth, and the protrusions are formed when the diaphragm is formed. Since the shape of the portion is not transferred to the back surface, the effect of preventing the connection of the protruding portion is further improved.

【0043】[0043]

【実施例】以下、本発明の実施例を図1ないし図15に
基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0044】まず、図1ないし図11に本発明の第1の
実施例を示す。
First, FIGS. 1 to 11 show a first embodiment of the present invention.

【0045】図中、31は本実施例による角速度センサ
を示し、該角速度センサ31は従来技術による角速度セ
ンサ1とほぼ同様に、後述する絶縁膜33を有する基板
32上に形成された一対の支持部5,5、支持梁6,6
を介して支持された振動板7を有する可動部4と、該可
動部4の振動板7を挟むように設けられた一対の固定部
9,9とからなり、前記振動板に振動を与える振動発生
部11,11は振動板7に形成された複数枚の電極板8
A,8A,…からなる可動側くし状電極8と、各固定部
9に形成された複数枚の電極板10A,10A,…から
なる固定側くし状電極10とから構成されている。ま
た、基板32上には検出用電極板13を有するカバー1
2が前記可動部4,固定部9等を上側から施蓋するよう
に設けられ、前記検出用電極板13と振動板7とによっ
て変位検出部14(図2および図3参照)を構成するよ
うになっている。
In the figure, reference numeral 31 denotes an angular velocity sensor according to this embodiment. The angular velocity sensor 31 is similar to the angular velocity sensor 1 according to the prior art, and a pair of supports formed on a substrate 32 having an insulating film 33 described later. Parts 5, 5, support beams 6, 6
A movable portion 4 having a diaphragm 7 supported via a diaphragm, and a pair of fixed portions 9 and 9 provided so as to sandwich the diaphragm 7 of the movable portion 4, and vibrates the diaphragm. The generators 11 and 11 include a plurality of electrode plates 8 formed on the vibration plate 7.
A movable side comb-shaped electrode 8 made of A, 8A, ... And a fixed side comb-shaped electrode 10 made of a plurality of electrode plates 10A, 10A ,. Further, the cover 1 having the detection electrode plate 13 on the substrate 32
2 is provided so as to cover the movable portion 4, the fixed portion 9 and the like from above, and the displacement detecting portion 14 (see FIGS. 2 and 3) is configured by the detection electrode plate 13 and the vibration plate 7. It has become.

【0046】ここで、32は本実施例による基板を示
し、該基板32は高抵抗を有する単結晶のシリコン材料
によって長方形の板状に形成されている。
Here, reference numeral 32 denotes a substrate according to this embodiment, and the substrate 32 is formed in a rectangular plate shape from a single crystal silicon material having high resistance.

【0047】33は絶縁膜を示し、該絶縁膜33は前記
基板32の表面に酸化シリコンを膜状に形成し、その中
央部には基板32上に絶縁膜33のない空間部33Aと
なっている。
Reference numeral 33 denotes an insulating film. The insulating film 33 is a film of silicon oxide formed on the surface of the substrate 32, and a space 33A is formed in the center of the substrate 32 without the insulating film 33. There is.

【0048】34,34,…は複数個(例えば、5個)
の突起部を示し、該各突起部34は前記基板32の空間
部33A内に位置し、図1に示すような所定位置に、基
板32から振動板7に向けて突出形成されている。ま
た、該各突起部34は後述する絶縁膜33をエッチング
する処理を施すことによって、空間部33Aと各突起部
34とを形成するようになっている。
A plurality of 34, 34, ... (For example, 5)
The protrusions 34 are located in the space 33A of the substrate 32, and are formed so as to project from the substrate 32 toward the diaphragm 7 at predetermined positions as shown in FIG. In addition, each protrusion 34 is configured to form a space 33A and each protrusion 34 by performing a process of etching an insulating film 33 described later.

【0049】次に、製造方法について、図4ないし図1
1に基づいて前述した角速度センサ31の製造方法につ
いて述べる。
Next, the manufacturing method will be described with reference to FIGS.
The manufacturing method of the angular velocity sensor 31 described above will be described based on 1.

【0050】まず、絶縁膜形成工程では、図4に示すよ
うな高抵抗なシリコン基板41を用いて、該シリコン基
板41の表面に酸化膜または窒化膜からなる絶縁膜42
を着膜形成する(図5照)。なお、前記シリコン基板4
1にはシリコンウェハが用いられているから、1度の製
造工程で複数個の角速度センサ31を製造できる。
First, in the insulating film forming step, a high resistance silicon substrate 41 as shown in FIG. 4 is used, and an insulating film 42 made of an oxide film or a nitride film is formed on the surface of the silicon substrate 41.
To form a film (see FIG. 5). The silicon substrate 4
Since a silicon wafer is used for 1, a plurality of angular velocity sensors 31 can be manufactured in one manufacturing process.

【0051】次に、絶縁膜パターンニング工程では、フ
ォトリソグラフィ技術を用いて、前記絶縁膜42上に形
成したレジスト(図示せず)にパターン成形し、このと
き少なくとも振動部7に対応する部分に空間部33Aと
複数の突起部34が形成されるようにパターンニングし
た後に、絶縁膜42にエッチング処理を施す(図6参
照)。
Next, in the insulating film patterning step, a resist (not shown) formed on the insulating film 42 is patterned using a photolithography technique, and at this time, at least a portion corresponding to the vibrating portion 7 is formed. After patterning so that the space 33A and the plurality of protrusions 34 are formed, the insulating film 42 is subjected to etching treatment (see FIG. 6).

【0052】次に、犠牲層形成工程では、図7に示すよ
うに、CVD等の手段によって、リンドープのSiO 2
膜からなる犠牲層43をシリコン基板41の突起部34
を覆うように成膜する。
Next, in the sacrifice layer forming step, as shown in FIG.
Sea urchin, by means of CVD or the like, phosphorus-doped SiO 2 
The sacrificial layer 43 made of a film is formed on the protruding portion 34 of the silicon substrate 41.
Is formed so as to cover.

【0053】さらに、950度付近でリフローすること
により、各突起部34によって凹凸になった犠牲層43
の表面を溶解してなだらかな表面とする(図8参照)。
Further, by reflowing at around 950 °, the sacrificial layer 43 which is made uneven by the protrusions 34.
The surface of is melted to form a smooth surface (see FIG. 8).

【0054】また、シリコン層形成工程では、図9に示
すように、CVD等の手段によって、ポリシリコン層4
4をシリコン基板41上の絶縁膜42またはリフロー層
44上に形成する。なお、前記ポリシリコン層44はリ
ン等を拡散することにより低抵抗に形成されている。ま
た、エッチング処理によってパターニングし、前記ポリ
シリコン層44に可動部4,固定部9等を分離形成す
る。
In the silicon layer forming step, as shown in FIG. 9, the polysilicon layer 4 is formed by means of CVD or the like.
4 is formed on the insulating film 42 or the reflow layer 44 on the silicon substrate 41. The polysilicon layer 44 is formed to have a low resistance by diffusing phosphorus or the like. Also, patterning is performed by etching to separately form the movable portion 4, the fixed portion 9 and the like on the polysilicon layer 44.

【0055】さらに、犠牲層除去工程では、図10に示
すように、HF水溶液(濃度はH2O:HF=50:
1)を用いたウェットエッチング等の手段によって犠牲
層43を除去した後に、洗浄・乾燥工程を行う。
Further, in the sacrifice layer removing step, as shown in FIG. 10, an HF aqueous solution (concentration: H 2 O: HF = 50:
After removing the sacrificial layer 43 by means such as wet etching using 1), a cleaning / drying process is performed.

【0056】上述した製造工程により、基板41上に絶
縁膜42を介してポリシリコン層44による可動部4,
固定部9が形成される。さらに、図11に示すように、
カバー接合工程では、カバー12をシリコン基板41上
に陽極接合または接着剤等によって接合することによ
り、角速度センサ31が完成する。
Through the above-described manufacturing process, the movable portion 4 formed by the polysilicon layer 44 on the substrate 41 with the insulating film 42 interposed therebetween.
The fixed portion 9 is formed. Further, as shown in FIG.
In the cover joining step, the angular velocity sensor 31 is completed by joining the cover 12 onto the silicon substrate 41 by anodic bonding or an adhesive.

【0057】このように形成される角速度センサ31に
おいては、従来技術と同様に、振動板7は前述した数2
のコリオリ力によって上,下に振動し、この振動板7に
よる振動変位を検出用電極板13と振動板7との間の静
電容量の変化として検出し、角速度Ωを検出するように
なっている。
In the angular velocity sensor 31 formed in this way, the diaphragm 7 has the same formula 2 as in the prior art.
It vibrates up and down by the Coriolis force, and the vibration displacement by the vibrating plate 7 is detected as a change in the capacitance between the detecting electrode plate 13 and the vibrating plate 7 to detect the angular velocity Ω. There is.

【0058】然るに、本実施例では、絶縁膜42をエッ
チングすることにより複数個の突起部34を形成したか
ら、HF水溶液によるウェットエッチングを行なって犠
牲層43を除去した後の、乾燥工程で振動板7と基板3
2との間に水が介在しても、各突起部34の先端が振動
板7に当接して微小隙間を確保することができ、この微
小隙間から水を逃すことにより、振動板7と基板32と
が張り付いたり、乾燥工程で水の蒸発に伴って接近し、
これらが分離不可能に固着されてしまうのを確実に防止
することができる。
However, in this embodiment, since the plurality of protrusions 34 are formed by etching the insulating film 42, the sacrifice layer 43 is removed by performing wet etching with an HF aqueous solution and then vibrated in a drying process. Board 7 and board 3
Even if water intervenes between the diaphragm 7 and the substrate 2, the tips of the protrusions 34 can abut the diaphragm 7 to secure a minute gap, and by letting water escape from the minute gap, the diaphragm 7 and the substrate 32 sticks together or approaches as water evaporates in the drying process,
It is possible to reliably prevent these from being fixed inseparably.

【0059】この結果、本実施例によれば、角速度セン
サ31の不良品を著しく削減し、歩留りを大幅に向上す
ることができる。
As a result, according to the present embodiment, the defective products of the angular velocity sensor 31 can be remarkably reduced and the yield can be remarkably improved.

【0060】また、本実施例のような角速度センサ31
の構造にすることによって、乾燥工程では、凍結乾燥や
二酸化炭素の超臨界状態を利用して乾燥させる方法に比
べて一番コストが安く、作業が簡単なスピンドライ方法
を採用することができ、角速度センサ31のコストを低
減することができる。
Further, the angular velocity sensor 31 as in this embodiment is used.
By adopting the structure of, in the drying process, it is possible to adopt the spin dry method, which is the most inexpensive and easy to work as compared with the method of drying using freeze drying or the supercritical state of carbon dioxide, The cost of the angular velocity sensor 31 can be reduced.

【0061】さらに、シリコン基板41に犠牲層43を
形成する犠牲層形成工程と、ポリシリコン層44を形成
するシリコン層形成工程との間に、犠牲層43をリフロ
ーして表面がなだらかになるリフロー工程を行なうこと
により、犠牲層43上に形成されるポリシリコン44と
該犠牲層43との接触面をほぼフラットにすることがで
き、ポリシリコン44即ち振動板7の下面をほぼ水平面
とすることができ、突起部34との接触面積を先端部分
のみで小さくでき、確実に振動板7と基板32との間に
微小隙間を形成することができる。
Further, between the sacrificial layer forming step of forming the sacrificial layer 43 on the silicon substrate 41 and the silicon layer forming step of forming the polysilicon layer 44, the sacrificial layer 43 is reflowed so that the surface becomes smooth. By performing the process, the contact surface between the polysilicon 44 formed on the sacrificial layer 43 and the sacrificial layer 43 can be made substantially flat, and the polysilicon 44, that is, the lower surface of the vibration plate 7 can be made substantially horizontal. The contact area with the protrusion 34 can be reduced only at the tip portion, and a minute gap can be reliably formed between the diaphragm 7 and the substrate 32.

【0062】一方、このリフロー工程を行なわない場合
には、突起部34の形状がポリシリコン44の下面にも
形成され、振動板7と突起部34との接触面積が先端部
分と側面となってしまい、突起部34と振動板7とを固
着してしまう虞れがあり、これをリフロー処理によって
確実に回避することができる。
On the other hand, when this reflow process is not performed, the shape of the protrusion 34 is also formed on the lower surface of the polysilicon 44, and the contact area between the vibrating plate 7 and the protrusion 34 becomes the tip portion and the side surface. There is a risk that the protrusion 34 and the diaphragm 7 may be fixed to each other, and this can be reliably avoided by the reflow process.

【0063】次に、図12に本発明による第2の実施例
を示すに、本実施例による角速度センサ51の特徴は、
突起部52を振動板7から基板32側に向けて突出形成
したことにある。なお、前述した第1の実施例と同一の
構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するもの
とする。
Next, FIG. 12 shows a second embodiment according to the present invention. The characteristics of the angular velocity sensor 51 according to this embodiment are as follows.
The protrusion 52 is formed so as to protrude from the diaphragm 7 toward the substrate 32 side. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0064】然るに、本実施例による角速度センサ51
においても、前述した第1の実施例と同様の作用効果を
得ることができる。
Therefore, the angular velocity sensor 51 according to this embodiment is
Also in the above, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment described above.

【0065】さらに、図13に本発明による第3の実施
例を示すに、本実施例による角速度センサ61の特徴
は、基板32から振動板7に向けて突出形成された突起
部62と、振動板7から基板32に向けて突出形成され
た突起部63とを形成し、各突起部62,63を交互に
配置したことにある。なお、前述した第1の実施例と同
一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する
ものとする。
Further, FIG. 13 shows a third embodiment according to the present invention. The characteristics of the angular velocity sensor 61 according to the present embodiment are that a projection portion 62 formed to project from the substrate 32 toward the diaphragm 7 and a vibration This is to form the protrusions 63 protruding from the plate 7 toward the substrate 32 and arrange the protrusions 62, 63 alternately. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0066】然るに、本実施例による角速度センサ61
においても、前述した第1の実施例と同様の作用効果を
得ることができる。
Therefore, the angular velocity sensor 61 according to this embodiment is
Also in the above, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment described above.

【0067】次に、図14および図15は第4の実施例
を示すに、本実施例の特徴は振動板を一対有し、該各振
動板が音叉振動する角速度センサとしたことにある。な
お、前述した第1の実施例と同一の構成要素に同一の符
号を付し、その説明を省略するものとする。
Next, FIGS. 14 and 15 show a fourth embodiment. The feature of this embodiment is that it has a pair of diaphragms, and each diaphragm is an angular velocity sensor that vibrates a tuning fork. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0068】図中、71は本実施例による角速度センサ
を示し、該角速度センサ71は、高抵抗を有するシリコ
ン材料によって形成され、絶縁膜73が着膜形成された
基板72と、該基板72上にはポリシリコン材料を半導
体微細加工技術を利用して加工することによって形成さ
れた後述の音叉振動子77,固定部83,84,84か
ら大略構成されている。
In the figure, reference numeral 71 denotes an angular velocity sensor according to this embodiment. The angular velocity sensor 71 is formed of a silicon material having high resistance, and a substrate 72 on which an insulating film 73 is formed, and on the substrate 72. In general, the tuning fork vibrator 77 and the fixing portions 83, 84, 84, which will be described later, are formed by processing a polysilicon material using a semiconductor fine processing technique.

【0069】74は低抵抗のポリシリコンによって形成
された可動部を示し、該可動部74は長手方向に対向し
て絶縁膜73を介して設けられた後述する一対の支持部
75,75と、該各支持部75に支持梁76を介して支
持され、振動板78,78を有する枠状の音叉振動子7
7,77とから大略構成されている。
Reference numeral 74 denotes a movable portion formed of low-resistance polysilicon, and the movable portion 74 is provided with a pair of support portions 75, 75, which will be described later, that are opposed to each other in the longitudinal direction with an insulating film 73 interposed therebetween. A frame-shaped tuning fork vibrator 7 that is supported by each of the support portions 75 via a support beam 76 and that has vibration plates 78, 78.
It is roughly composed of 7, 77.

【0070】75,75は支持部を示し、該各支持部7
5は絶縁膜73を介して前記基板72上の前後方向に離
間して設けられ、該各支持部75には前後方向に向けて
伸長する4本の支持梁76,76,…が一体形成されて
いる。
Reference numerals 75 and 75 denote supporting portions, and the respective supporting portions 7
5 are spaced apart in the front-rear direction on the substrate 72 via an insulating film 73, and four support beams 76, 76, ... ing.

【0071】77は各支持梁76を介して支持された枠
状の音叉振動子を示し、該音叉振動子77は、左右方向
に離間して設けられた一対の振動板78,78と、該各
振動板78の左,右両側面に形成され、それぞれ左右方
向に伸長する振動側くし状部79,79と、前記各振動
板78から前後方向両側に向けて伸長する8本の第1の
腕部80,80,…と、各第1の腕部80の先端側と前
記支持梁76の先端側とを連結して左右方向に伸びる第
2の腕部81,81とからなる。また、前記各振動板7
8には上下方向に貫通するスルホール82,82,…が
設けられ、該各振動板78が上下方向に変位するときの
空気抵抗を低減する。
Reference numeral 77 denotes a frame-shaped tuning fork vibrator supported through each support beam 76. The tuning fork vibrator 77 includes a pair of vibrating plates 78, 78 which are spaced apart from each other in the left-right direction. Vibration side comb-shaped portions 79, 79 formed on both left and right side surfaces of each diaphragm 78 and extending in the left-right direction, respectively, and eight first comb-shaped portions extending from the respective diaphragm plates 78 in the front-rear direction. , And second arm portions 81, 81 extending in the left-right direction by connecting the distal end side of each first arm portion 80 and the distal end side of the support beam 76. In addition, each diaphragm 7
8 is provided with through-holes 82, 82, ... Penetrating in the vertical direction to reduce air resistance when the respective vibration plates 78 are displaced in the vertical direction.

【0072】83,84,84は基板72上に絶縁膜7
3を介して固着された固定部を示し、該固定部83は前
記振動板78の間(即ち基板72の中央部)に位置して
設けられ、各固定部84は基板72の左右両側に位置し
て設けられている。また、中央部に位置した該固定部8
3の左,右両側面には、前記各振動板78の振動側くし
状部79に対向し、該振動側くし状部79と隙間を介し
て噛合う固定側くし状部85,85が形成されている。
一方、前記各固定部84の内側側面には、前記各振動板
78の振動側くし状部79に対向し、該振動側くし状部
79と隙間を介して噛合う固定側くし状部86,86が
それぞれ形成されている。
83, 84, 84 are insulating films 7 on the substrate 72.
3 shows a fixed portion fixed through 3, the fixed portion 83 is provided between the vibrating plates 78 (that is, the central portion of the substrate 72), and the fixed portions 84 are located on both left and right sides of the substrate 72. Is provided. In addition, the fixed portion 8 located in the central portion
Fixed side comb-shaped portions 85, 85 are formed on the left and right side surfaces of the third member 3 so as to face the vibration-side comb-shaped portions 79 of the respective vibration plates 78 and engage with the vibration-side comb-shaped portions 79 through a gap. Has been done.
On the other hand, on the inner side surface of each of the fixed portions 84, a fixed-side comb-shaped portion 86 that faces the vibrating-side comb-shaped portion 79 of each of the vibration plates 78 and that meshes with the vibrating-side comb-shaped portion 79 via a gap, 86 are formed respectively.

【0073】87,87は固定部83を挟んで左右の振
動板78,78との間に設けられた振動発生手段として
の振動発生部を示し、該各振動発生部87は各振動側く
し状部79と各固定側くし状部85とから構成されてい
る。そして、各振動側くし状部79と各固定側くし状部
85とに振動駆動信号が印加されると、これらの間に発
生する静電力によって各振動板78が矢示A1 ,A2 方
向に振動する。
Reference numerals 87 and 87 denote vibration generating portions as vibration generating means provided between the left and right vibrating plates 78 and 78 with the fixed portion 83 interposed therebetween, and each vibration generating portion 87 has a comb shape on each vibration side. It is composed of a portion 79 and each fixed side comb-like portion 85. When a vibration drive signal is applied to each of the vibration side comb-shaped portions 79 and each of the fixed side comb-shaped portions 85, each vibrating plate 78 vibrates in the arrow A1 and A2 directions by the electrostatic force generated therebetween. To do.

【0074】一方、88,88は振動板78,78と固
定部84,84との間にそれぞれ設けられた振動発生手
段としての振動発生部を示し、該各振動発生部88は振
動側くし状部79と固定側くし状部86から構成されて
いる。そして、各振動側くし状部79と固定側くし状部
86とに振動駆動信号が印加されると、これらの間に発
生する静電力によっても各振動板78が矢示A1 ,A2
方向に振動する。
On the other hand, reference numerals 88 and 88 denote vibration generating portions as vibration generating means provided between the vibrating plates 78 and 78 and the fixed portions 84 and 84, respectively, and each of the vibration generating portions 88 has a comb shape on the vibration side. It is composed of a portion 79 and a fixed side comb-shaped portion 86. When a vibration drive signal is applied to the vibrating-side comb-shaped portion 79 and the fixed-side comb-shaped portion 86, the respective vibrating plates 78 cause the arrows A1 and A2 to be generated by the electrostatic force generated therebetween.
Vibrates in the direction.

【0075】89,89は音叉振動子77の各振動板7
8上にそれぞれ設けられた一対の振動側電極板を示し、
該各振動側電極板89は各振動板78に絶縁膜を介して
形成されている。また、該各振動側電極板89にはリー
ド線を介して外部の信号処理回路(いずれも図示せず)
に接続され、該振動側電極板89は後述する検出用電極
板91との間の静電容量を検出するようになっている。
なお、該各振動側電極板89に接続されたリード線は、
各第2の腕部81,各第1の腕部80および支持梁76
等の上側表面にパターニングされており、各支持部75
を介して外部の信号処理回路に接続されている。
Reference numerals 89 and 89 denote the vibrating plates 7 of the tuning fork vibrator 77.
8 shows a pair of vibrating side electrode plates respectively provided on 8
Each of the vibrating electrode plates 89 is formed on each of the vibrating plates 78 via an insulating film. An external signal processing circuit (neither is shown) is connected to each of the vibrating electrode plates 89 via a lead wire.
The vibration-side electrode plate 89 is adapted to detect a capacitance between the vibration-side electrode plate 89 and a detection electrode plate 91 described later.
The lead wire connected to each of the vibrating electrode plates 89 is
Each second arm portion 81, each first arm portion 80 and support beam 76.
Etc. are patterned on the upper surface of each supporting portion 75.
Is connected to an external signal processing circuit via.

【0076】90は基板72を上側から施蓋するように
設けられたカバーを示し、該カバー90はその内側に前
記音叉振動子77,固定部83,84,84等を収容
し、外部から異物や液体が侵入するのを防止する。
Reference numeral 90 denotes a cover provided so as to cover the substrate 72 from the upper side, and the cover 90 accommodates the tuning fork vibrator 77, the fixing portions 83, 84, 84 and the like inside, and foreign matter from the outside. And prevent liquids from entering.

【0077】91,91は図15に示すようにカバー9
0の内部側に位置し、前記各振動側電極板89と対向す
る位置に配設された検出用電極板を示し、該各検出用電
極板91は該振動側電極板89によって変位検出手段と
なる変位検出部92を構成し、該変位検出部92は前述
した信号処理回路に接続され、前記振動側電極板89と
検出用電極板91との間の静電容量を検出するようにな
っている。
Reference numerals 91 and 91 are covers 9 as shown in FIG.
0 is a detection electrode plate located on the inner side of 0 and arranged at a position facing each of the vibration-side electrode plates 89. The detection electrode plates 91 serve as displacement detection means by the vibration-side electrode plate 89. The displacement detection unit 92 is configured to be connected to the above-described signal processing circuit, and detects the capacitance between the vibration side electrode plate 89 and the detection electrode plate 91. There is.

【0078】93,93,…は本実施例による突起部を
示し、該各突起部93は基板72から各振動板78に向
けて複数個突出形成され、振動板78が基板72に密着
するのを防止している。
Reference numerals 93, 93, ... Denote projections according to the present embodiment. A plurality of projections 93 are formed so as to project from the substrate 72 toward the vibrating plates 78, and the vibrating plates 78 are in close contact with the substrate 72. Is being prevented.

【0079】このように構成される本実施例の角速度セ
ンサ71においては、各支持部75,各支持梁76およ
び音叉振動子77をポリシリコンによって一体形成する
ことによって、各支持梁76および音叉振動子77を基
板72上に浮遊した状態で支持しているから、支持梁7
6および各腕部80,81の張力により、各振動板78
は左右方向(基板72に対して水平方向)と上下方向
(垂直方向)に振動可能となっている。
In the angular velocity sensor 71 of the present embodiment constructed as described above, the support beams 75 and the tuning fork vibrators 77 are formed by integrally forming the support parts 75, the support beams 76 and the tuning fork vibrator 77. Since the child 77 is supported in a floating state on the substrate 72, the support beam 7
By virtue of the tension of 6 and the arm portions 80, 81, the vibration plates 78
Can vibrate in the left-right direction (horizontal direction with respect to the substrate 72) and in the up-down direction (vertical direction).

【0080】次に、本実施例による角速度センサ71の
角速度検出動作について述べるに、まず、各振動発生部
87,88に振動駆動信号を印加すると、各振動側くし
状部79と各固定側くし状部85との間、各振動側くし
状部79と各固定側くし状部86との間に静電力が生
じ、各振動板78が図中の矢示A1 ,A2 のように互い
に逆方向に同じ大きさで音叉振動する。この状態で、音
叉軸Y−Yを軸中心に角速度Ωで回転すると、各振動板
78には音叉軸Y−Yに直交する方向にコリオリ力F1
,F2 (慣性力)が発生する。また、このコリオリ力
F1 ,F2 によって振動板78にもれ振動が生じるた
め、各振動側電極板89と対向する各検出用電極板91
との間の離間距離が変化し、これにより両者間の静電容
量が変化する。これを角速度の検出信号として外部の信
号処理回路に出力する。
Next, the angular velocity detecting operation of the angular velocity sensor 71 according to the present embodiment will be described. First, when a vibration drive signal is applied to each of the vibration generating parts 87 and 88, each vibrating side comb-shaped part 79 and each fixed side comb. Electrostatic force is generated between the vibrating side comb-shaped portion 79 and the fixed side comb-shaped portion 86 between the vibrating plate 78 and each of the vibrating plates 78 in opposite directions as indicated by arrows A1 and A2 in the figure. The tuning fork vibrates in the same size. In this state, when the tuning fork axis Y-Y is rotated at an angular velocity Ω about the axis, the Coriolis force F1 is applied to each diaphragm 78 in the direction orthogonal to the tuning fork axis Y-Y.
, F2 (inertial force) is generated. Further, the Coriolis forces F1 and F2 cause leakage vibrations on the vibration plate 78, so that each detection electrode plate 91 facing each vibration side electrode plate 89.
The separation distance between and changes, which changes the capacitance between the two. This is output as an angular velocity detection signal to an external signal processing circuit.

【0081】そして、本実施例による角速度センサ71
においては、前述した第1の実施例と同様に、製造工程
における振動板78と基板72との固着を防止できる等
の作用効果を得ることができる。
Then, the angular velocity sensor 71 according to the present embodiment.
In the same manner as in the first embodiment described above, it is possible to obtain operational effects such as prevention of sticking between the vibration plate 78 and the substrate 72 in the manufacturing process.

【0082】なお、前記第4の実施例においても、前述
した第2,3の実施例のように、突起部93の位置は振
動板78側または、振動板78、基板72側に形成する
ようにしてもよいことは勿論である。
In the fourth embodiment as well, as in the second and third embodiments, the position of the protrusion 93 is formed on the diaphragm 78 side or the diaphragm 78 and the substrate 72 side. Of course, you can do that.

【0083】また、前記各実施例では、振動発生手段と
変位検出手段とは、静電力を利用したが、本発明はこれ
に限らず、圧電体等を用いて振動発生と変位検出を行な
うようにしてもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the vibration generating means and the displacement detecting means utilize electrostatic force, but the present invention is not limited to this, and the vibration generating and displacement detection may be performed using a piezoelectric body or the like. You may

【0084】さらに、前記各実施例では、絶縁膜33
(73)を酸化膜によって形成した場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、窒化膜,酸化膜+窒化膜で
構成するようにしてもよい。
Furthermore, in each of the above embodiments, the insulating film 33 is used.
The case where (73) is formed of an oxide film has been described, but the present invention is not limited to this, and may be formed of a nitride film or an oxide film + nitride film.

【0085】また、前記各実施例では、突起部34(5
2、62,63,93)を5個形成するようにしたが、
1個,2個,3個,4個、6個,…でもよいが、本発明
では、先端面積が大きい突起部において個数を増やした
場合には、従来技術の接触面積とほぼ同一となったとき
には突起部と振動板7とが固着して本発明の効果は低減
し、一方、先端面積が小さい突起部において個数を減ら
した場合には、振動板7が傾斜して基板32と固着する
虞れがあるため、突起部の数と先端部の面積の関係か
ら、振動板7の面積と基板32との距離によって設定す
る必要がある。
In each of the above embodiments, the protrusion 34 (5
2, 62, 63, 93) were formed,
1, 2, 3, 4, 6, ... May be used, but in the present invention, when the number of protrusions having a large tip area is increased, the contact area is almost the same as that of the prior art. Occasionally, the protrusions and the vibration plate 7 are fixed to each other to reduce the effect of the present invention. On the other hand, when the number of the protrusions having a small tip area is reduced, the vibration plate 7 may be inclined and fixed to the substrate 32. Therefore, it is necessary to set it by the area of the vibration plate 7 and the distance from the substrate 32 from the relationship between the number of protrusions and the area of the tip.

【0086】[0086]

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項1の発明によ
れば、振動発生手段により振動が付与され、基板に対し
て水平振動している振動板に、該振動板の振動軸を回転
中心とする角速度が加わると、該振動板はコリオリ力に
よって垂直方向にもれ振動し、該振動板の変位は変位検
出手段によって検出されるから、振動板に加わる角速度
を検出することができる。さらに、角速度センサの製造
方法のうち、乾燥工程において、振動板と基板との間に
水が介在した場合でも、振動板と基板とのうち、少なく
とも一方から他方に向けて突起部を形成したから、該突
起部によって各部材間に微小隙間を確保することがで
き、振動板が基板に張り付いたり、乾燥工程による水の
蒸発に伴って接着するのを防止することができ、不良品
を削減し、歩留りを向上することができる。
As described in detail above, according to the first aspect of the invention, the vibrating shaft of the vibrating plate is rotated on the vibrating plate which is vibrated by the vibration generating means and vibrates horizontally with respect to the substrate. When an angular velocity about the center is applied, the diaphragm vibrates in the vertical direction due to Coriolis force, and the displacement of the diaphragm is detected by the displacement detecting means. Therefore, the angular velocity applied to the diaphragm can be detected. Furthermore, in the manufacturing method of the angular velocity sensor, even when water is present between the diaphragm and the substrate in the drying step, the protrusion is formed from at least one of the diaphragm and the substrate toward the other. , The protrusion allows a minute gap to be secured between each member, and the vibration plate can be prevented from sticking to the substrate or being adhered to the substrate due to evaporation of water in the drying process, thereby reducing defective products. In addition, the yield can be improved.

【0087】請求項2では、前記基板の表面の絶縁膜を
エッチングして突起部を形成することにより、製造工程
の途中で突起部を簡単に形成することができる。
According to the second aspect, the protrusion is formed by etching the insulating film on the surface of the substrate, so that the protrusion can be easily formed during the manufacturing process.

【0088】請求項3では、前記基板には、振動板を内
側に収容するように施蓋するカバーを設け、該カバーに
前記変位検出手段を設けたから、可動部と固定部とを密
閉空間内に収容でき、塵埃等の侵入を防止できると共
に、変位検出手段も容易に形成できる。
According to the third aspect of the present invention, the cover is provided on the substrate so as to house the diaphragm inside, and the displacement detecting means is provided on the cover. Therefore, the movable portion and the fixed portion are enclosed in a closed space. In addition, it is possible to prevent the entry of dust and the like and to easily form the displacement detecting means.

【0089】請求項4では、シリコン材料により基板上
にポリシリコン材料を膜形成し、該ポリシリコン膜をエ
ッチング等を行なうことにより、シリコンのエッチング
技術(マイクロマシニング技術)を用いて容易に支持
梁、振動板等を形成することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, a polysilicon material film is formed on a substrate by using a silicon material, and the polysilicon film is etched to easily support silicon beams by using a silicon etching technique (micromachining technique). It is possible to form a diaphragm or the like.

【0090】請求項5では、基板上に突起部を覆うよう
に犠牲層を形成し、さらにリフローを施したので、犠牲
層の表面がなだらかになり、振動板を形成する際に突起
部の形状が裏面に転写されることがなくなるので、突起
部の接着防止効果がより向上できる。
According to the present invention, since the sacrificial layer is formed on the substrate so as to cover the projecting portion and the reflow process is performed, the surface of the sacrificial layer becomes smooth, and the shape of the projecting portion is formed when the diaphragm is formed. Is not transferred to the back surface, so that the effect of preventing the protrusions from adhering can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例による角速度センサをカ
バーの一部を破断にして示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an angular velocity sensor according to a first embodiment of the present invention with a part of a cover cut away.

【図2】図1中の矢示II−II方向からみた縦断面図であ
る。
FIG. 2 is a vertical sectional view as seen from the direction of arrows II-II in FIG.

【図3】図1中の矢示III −III 方向からみた縦断面図
である。
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view as seen from the direction of arrows III-III in FIG.

【図4】角速度センサの製造工程に用いられるシリコン
基板を示す縦断面図である。
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing a silicon substrate used in the manufacturing process of the angular velocity sensor.

【図5】シリコン基板に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工
程を示す縦断面図である。
FIG. 5 is a vertical cross-sectional view showing an insulating film forming step of forming an insulating film on a silicon substrate.

【図6】絶縁膜形成工程に続く絶縁膜パターンニング工
程を示す縦断面図である。
FIG. 6 is a vertical cross-sectional view showing an insulating film patterning process following the insulating film forming process.

【図7】絶縁膜パターンニング工程に続く犠牲層形成工
程を示す縦断面図である。
FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing a sacrifice layer forming step following the insulating film patterning step.

【図8】犠牲層形成工程に続くリフロー工程を示す縦断
面図である。
FIG. 8 is a vertical sectional view showing a reflow step following the sacrificial layer forming step.

【図9】リフロー工程に続くシリコン層形成工程を示す
縦断面図である。
FIG. 9 is a vertical cross-sectional view showing a silicon layer forming step following the reflow step.

【図10】シリコン層形成工程に続く犠牲層除去工程を
示す縦断面図である。
FIG. 10 is a vertical cross-sectional view showing a sacrifice layer removing step following the silicon layer forming step.

【図11】シリコン基板にカバーを接合する前の状態を
示す縦断面図である。
FIG. 11 is a vertical cross-sectional view showing a state before the cover is joined to the silicon substrate.

【図12】本発明の第2の実施例による角速度センサを
示す縦断面図である。
FIG. 12 is a vertical sectional view showing an angular velocity sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第3の実施例による角速度センサを
示す縦断面図である。
FIG. 13 is a vertical sectional view showing an angular velocity sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第4の実施例による角速度センサを
カバーの一部を破断にして示す斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view showing an angular velocity sensor according to a fourth embodiment of the present invention with a part of the cover cut away.

【図15】図14中の矢示XV−XV方向からみた縦断面図
である。
15 is a vertical cross-sectional view as seen from the direction of arrows XV-XV in FIG.

【図16】従来技術による角速度センサをカバーの一部
を破断にして示す斜視図である。
FIG. 16 is a perspective view showing an angular velocity sensor according to a conventional technique with a part of a cover cut away.

【図17】図16中の角速度センサを上面からみた平面
図である。
FIG. 17 is a plan view of the angular velocity sensor in FIG. 16 seen from above.

【図18】図17中の矢示XVIII −XVIII 方向からみた
縦断面図である。
FIG. 18 is a vertical cross-sectional view as seen from the direction of arrows XVIII-XVIII in FIG.

【図19】図17中の矢示XIX −XIX 方向からみた縦断
面図である。
FIG. 19 is a vertical cross-sectional view as seen from the arrow XIX-XIX direction in FIG.

【図20】角速度センサの製造工程に用いられるシリコ
ン基板を示す縦断面図である。
FIG. 20 is a vertical cross-sectional view showing a silicon substrate used in the manufacturing process of the angular velocity sensor.

【図21】シリコン基板に絶縁膜を形成する絶縁膜形成
工程を示す縦断面図である。
FIG. 21 is a vertical cross-sectional view showing an insulating film forming step of forming an insulating film on a silicon substrate.

【図22】絶縁膜形成工程に続く犠牲層形成工程を示す
縦断面図である。
FIG. 22 is a vertical cross-sectional view showing a sacrifice layer forming step following the insulating film forming step.

【図23】犠牲層形成工程に続くシリコン層形成工程を
示す縦断面図である。
FIG. 23 is a vertical cross-sectional view showing a silicon layer forming step following the sacrificial layer forming step.

【図24】シリコン層形成工程に続く犠牲層除去工程を
示す縦断面図である。
FIG. 24 is a vertical cross-sectional view showing a sacrifice layer removing step following the silicon layer forming step.

【図25】シリコン基板にカバーを接合する前の状態を
示す縦断面図である。
FIG. 25 is a vertical cross-sectional view showing a state before the cover is joined to the silicon substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31,51,61,71 角速度センサ 32,72 基板 33,73 絶縁膜 6,76 支持梁 7,78 振動板 11,87,88 振動発生部(振動発生手段) 12,90 カバー 14,92 変位検出部(変位検出手段) 34,52,62,63,93 突起部 31, 51, 61, 71 Angular velocity sensor 32, 72 Substrate 33, 73 Insulating film 6, 76 Support beam 7, 78 Vibration plate 11, 87, 88 Vibration generating part (vibration generating means) 12, 90 Cover 14, 92 Displacement detection Part (displacement detecting means) 34, 52, 62, 63, 93 Projection part

フロントページの続き (72)発明者 厚地 健一 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 田中 克彦 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Front page continued (72) Inventor Kenichi Atsuchi 2-10-10 Tenjin, Nagaokakyo, Kyoto Prefecture Murata Manufacturing Co., Ltd. (72) Inventor Katsuhiko Tanaka 2-10-10 Tenjin, Nagaokakyo, Kyoto Murata Manufacturing Co., Ltd.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、該基板に支持梁を介して支持さ
れ、該基板に対して水平方向と垂直方向に振動可能に設
けられた振動板と、該振動板を前記基板に対し水平方向
に振動させる振動発生手段と、該振動発生手段によって
前記振動板に水平方向に振動を与えている状態で、コリ
オリ力による該振動板の垂直方向への変位を検出する変
位検出手段とからなる角速度センサにおいて、互いに対
向する前記基板と前記振動板との間には、少なくとも一
方から他方に向けて突出し、該基板と振動板との間に微
小隙間を確保する突起部を形成したことを特徴とする角
速度センサ。
1. A substrate, a vibrating plate supported by the substrate via a supporting beam and provided so as to be vibrable in a horizontal direction and a vertical direction with respect to the substrate, and the vibrating plate is provided in a horizontal direction with respect to the substrate. Angular velocity composed of a vibration generating means for vibrating the diaphragm and a displacement detecting means for detecting a vertical displacement of the diaphragm due to a Coriolis force in a state where the diaphragm is vibrating in the horizontal direction. In the sensor, between the substrate and the vibrating plate facing each other, at least one projecting portion is formed to project toward the other, and a protrusion is formed between the substrate and the vibrating plate to secure a minute gap. Angular velocity sensor.
【請求項2】 前記突起部は、前記基板の表面に形成し
た絶縁膜をエッチングすることにより形成してなる請求
項1記載の角速度センサ。
2. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the protrusion is formed by etching an insulating film formed on the surface of the substrate.
【請求項3】 前記基板には、前記振動板を内側に収容
するように施蓋するカバーを設け、該カバーに前記変位
検出手段を設けてなる請求項1または2記載の角速度セ
ンサ。
3. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the substrate is provided with a cover that covers the diaphragm so as to be housed therein, and the displacement detecting means is provided on the cover.
【請求項4】 前記基板を単結晶のシリコン材料によっ
て形成し、前記支持梁および振動板をポリシリコン材料
によって形成してなる請求項1,2または3記載の角速
度センサ。
4. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the substrate is made of a single crystal silicon material, and the support beam and the diaphragm are made of a polysilicon material.
【請求項5】 前記基板上には、前記突起部を覆うよう
に犠牲層を形成し、さらにリフローを施してなる請求項
1,2,3または4記載の角速度センサ。
5. The angular velocity sensor according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein a sacrificial layer is formed on the substrate so as to cover the protrusion, and reflow is performed.
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