JPH10267659A - Angular velocity sensor and its manufacture - Google Patents

Angular velocity sensor and its manufacture

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Publication number
JPH10267659A
JPH10267659A JP9073668A JP7366897A JPH10267659A JP H10267659 A JPH10267659 A JP H10267659A JP 9073668 A JP9073668 A JP 9073668A JP 7366897 A JP7366897 A JP 7366897A JP H10267659 A JPH10267659 A JP H10267659A
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JP
Japan
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electrode
vibrator
angular velocity
silicon substrate
film layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP9073668A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Tsutsumi
和彦 堤
Tsukasa Matsuura
司 松浦
Motohisa Taguchi
元久 田口
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPH10267659A publication Critical patent/JPH10267659A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an angular velocity sensor which can be manufactured through a simple process and has a small size and high output sensitivity. SOLUTION: An angular velocity sensor is constituted of a vibrator 2 which is partially supported on and fixed to a silicon substrate through an insulating film and has a vibratile beam-like shape, first and second electrodes 4 and 5 which respectively have side faces arranged in parallel to both side faces of the beam section of the vibrator 2 and at least parts of which are supported on and fixed to the silicon substrate through the insulating film, a driving means which vibrates the vibrator 2 in the direction perpendicular to the side faces of the vibrator 2, and a detecting means which detects the Coriolis force generated when the vibrator 2 rotates by using the surface of the silicon substrate facing the beam section of the vibrator 2 as a third electrode.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は自動車などに搭載さ
れ、回転角速度を検知する角速度センサ、及びその製造
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity sensor mounted on an automobile or the like for detecting a rotational angular velocity, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図9及び図10は例えば特開平5-322579
号公報に示された従来の角速度センサであり、図9は概
略構成を示す要部の斜視図、図10は断面図である。図
9、図10において、1は絶縁材料からなる第1の基
板、2は第1の基板上1に一部を支持固定され振動可能
な梁形状を有する振動子、3は第1の基板1上の凹部に
形成され、振動子2の下面と対向する、コリオリ力方向
の検出電極、4、5は振動子2の梁部の両方の側面と各
々平行に対向するように配置された第1電極及び第2電
極である。
2. Description of the Related Art FIGS. 9 and 10 show, for example, JP-A-5-322579.
FIG. 9 is a perspective view of a main part showing a schematic configuration, and FIG. 10 is a cross-sectional view. 9 and 10, reference numeral 1 denotes a first substrate made of an insulating material, 2 denotes a vibrator having a beam shape capable of supporting and fixing a part on the first substrate 1, and 3 denotes a first substrate 1. First detection electrodes 4 and 5 formed in the upper concave portion and facing the lower surface of the vibrator 2 in the direction of the Coriolis force are arranged so as to face both side surfaces of the beam portion of the vibrator 2 in parallel. An electrode and a second electrode.

【0003】このような構成の従来の角速度センサは、
第1の基板1に凹部を設けて、検出電極3を形成後、第
1の基板1上にシリコン基板を陽極接合で接合し、上記
シリコン基板を所定の形状にエッチングすることによ
り、振動子2、及び第1電極4と第2電極5を形成して
製造される。
A conventional angular velocity sensor having such a structure is as follows.
After forming a concave portion in the first substrate 1 and forming the detection electrode 3, a silicon substrate is bonded to the first substrate 1 by anodic bonding, and the silicon substrate is etched into a predetermined shape to form the vibrator 2. , And the first electrode 4 and the second electrode 5 are formed.

【0004】次に動作について簡単に説明する。例えば
圧電体バイモルフ等の駆動手段により、外部より振動子
2の側面と第1電極4の側面、及び振動子2の他の側面
と第2電極5の側面からなる両方のギャップ方向に、振
動子の共振周波数近傍にて振動子2を駆動励振すると、
このギャップ間の静電容量は変化する。前記振動子の駆
動励振に、振動子の長手方向を回転軸系とした回転角速
度が加わると、駆動励振方向と直交する方向にコリオリ
力なる力が発生し、このコリオリ力方向に振動子は変位
し、振動子2と第1の基板1上の検出電極3からなるギ
ャップ間の静電容量は変化する。そこで検出手段により
この静電容量の変化を検出し、回転角速度の検出を行
う。
Next, the operation will be briefly described. For example, a driving unit such as a piezoelectric bimorph is used to externally drive the vibrator in both gap directions including the side surface of the vibrator 2 and the side surface of the first electrode 4 and the other side surface of the vibrator 2 and the side surface of the second electrode 5. When the vibrator 2 is driven and excited near the resonance frequency of
The capacitance between the gaps changes. When a rotational angular velocity with the longitudinal direction of the vibrator as a rotation axis system is applied to the drive excitation of the vibrator, a Coriolis force is generated in a direction orthogonal to the drive excitation direction, and the vibrator is displaced in the Coriolis force direction. Then, the capacitance between the gap formed by the transducer 2 and the detection electrode 3 on the first substrate 1 changes. Therefore, the change of the capacitance is detected by the detection means, and the rotation angular velocity is detected.

【0005】回転角速度の検出は以下の原理で行われ
る。振動子2と第1の基板1上の検出電極3からなるギ
ャップ間の静電容量Cの変化△Cを検出する。この△C
をC−V変換により電圧Vの変化△Vに置き換える。C
−V変換は△V=△C/C0 により行われる。ここでC
0 は初期容量である。振動子2の変位量は入力角速度に
比例するので、結局、△Vにより入力角速度が検出でき
る。静電容量CはC=ε・s/dで与えられる。ここで
εはギャップの誘電率、sは検出電極と振動子との対向
面積、dは検出電極と振動子との距離である。従って入
力角速度に対するdの変化すなわち振動子の変位量δが
大きくなるほど△Cが大きくなり、結局、初期容量C0
に対する△C、すなわち振動子の変位量δが大きくなる
ほど出力感度が増大することになる。
The detection of the rotational angular velocity is performed based on the following principle. A change ΔC in the capacitance C between the gap formed by the vibrator 2 and the detection electrode 3 on the first substrate 1 is detected. This △ C
Is replaced by the change ΔV of the voltage V by CV conversion. C
The -V conversion is performed according to △ V = △ C / C 0 . Where C
0 is the initial capacity. Since the amount of displacement of the vibrator 2 is proportional to the input angular velocity, the input angular velocity can be eventually detected from ΔV. The capacitance C is given by C = ε · s / d. Here, ε is the dielectric constant of the gap, s is the facing area between the detection electrode and the vibrator, and d is the distance between the detection electrode and the vibrator. Therefore, ΔC increases as the change in d with respect to the input angular velocity, that is, the displacement amount δ of the vibrator increases, and eventually, the initial capacitance C 0.
, That is, as the displacement amount δ of the vibrator increases, the output sensitivity increases.

【0006】なお、ここでは振動子2の側面と第1電極
4の側面、及び振動子2の他の側面と第2電極5の側面
からなる両方のギャップ方向に駆動励振して、駆動励振
方向と直交する方向のコリオリ力による変位を検出電極
3で検出するようにしたが、逆に、検出電極3を加振用
電極とし、振動子2の下面と加振用電極3とからなるギ
ャップ方向に駆動励振して、第1電極4と第2電極5と
を検出電極として、駆動励振方向と直交する方向のコリ
オリ力による変位を検出してもよい。
In this case, the drive excitation is performed in both the gap directions including the side surface of the vibrator 2 and the side surface of the first electrode 4 and the other side surface of the vibrator 2 and the side surface of the second electrode 5. The displacement caused by the Coriolis force in a direction perpendicular to the direction of the axis is detected by the detection electrode 3. Conversely, the detection electrode 3 is used as a vibration electrode, and the gap direction formed by the lower surface of the vibrator 2 and the vibration electrode 3 is used. And the first electrode 4 and the second electrode 5 may be used as detection electrodes to detect displacement due to Coriolis force in a direction orthogonal to the drive excitation direction.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来の角速度センサは
以上のように構成されており、片持梁形状の振動子の変
位量δは片持梁寸法に対して、振動子長さLの二乗に比
例し、振動子の幅Wに反比例する。出力感度を増大する
ためにはこの振動子長さLを大きくするか振動子の幅W
を小さくする必要がある。また初期容量C0 は振動子2
と第1の基板1上の検出電極3とからなるギャップの長
さGに反比例するので、出力感度を増大するためにはギ
ャップの長さGをできるだけ小さくする必要がある。し
かしながら振動子長さを大きくするとセンサ自身が大き
くなり高価になるという欠点がある。また振動子長さを
大きくして変位量δを大きくする場合はギャップの長さ
Gを小さくすることができず、出力感度を増大すること
ができない。振動子の幅Wを小さくすると、同時に振動
子の厚さを幅Wと同程度に小さくしないと駆動励振方向
の共振周波数と検出方向の共振周波数に大きな差が発生
し、やはり変位量δが小さくなる。振動子は通常シリコ
ンが用いられるが、この振動子の厚さを小さくするため
には、シリコン基板の厚みが薄いものを用いる必要があ
る。しかし、薄いシリコン基板を用いる場合、製造工程
中にシリコン基板が破損するなどの問題があるととも
に、大口径のウエハを作成することが困難であり、安価
でかつ小型のセンサを得ることが難しかった。また、絶
縁材料からなる第1の基板1とシリコン基板は通常陽極
接合で接合されるが、シリコンに熱膨張率を合わせた絶
縁材料を使う場合においても接合後はそりを生じ、製造
工程が非常に困難になる場合があった。
The conventional angular velocity sensor is constructed as described above, and the displacement δ of the cantilever-shaped vibrator is the square of the length L of the vibrator with respect to the dimension of the cantilever. And inversely proportional to the width W of the vibrator. To increase the output sensitivity, increase the length L of the oscillator or the width W of the oscillator.
Needs to be smaller. Also, the initial capacitance C 0 is
Is inversely proportional to the length G of the gap formed between the first electrode 1 and the detection electrode 3 on the first substrate 1. Therefore, in order to increase the output sensitivity, the length G of the gap needs to be as small as possible. However, when the length of the vibrator is increased, there is a disadvantage that the sensor itself becomes large and expensive. When the displacement length δ is increased by increasing the length of the vibrator, the length G of the gap cannot be reduced, and the output sensitivity cannot be increased. If the width W of the vibrator is reduced, and if the thickness of the vibrator is not reduced at the same time as the width W, a large difference occurs between the resonance frequency in the drive excitation direction and the resonance frequency in the detection direction, and the displacement δ is also small. Become. Normally, silicon is used for the vibrator, but in order to reduce the thickness of the vibrator, it is necessary to use a thin silicon substrate. However, when a thin silicon substrate is used, there are problems such as breakage of the silicon substrate during the manufacturing process, and it is difficult to produce a large-diameter wafer, and it has been difficult to obtain an inexpensive and small sensor. . Also, the first substrate 1 made of an insulating material and the silicon substrate are usually bonded by anodic bonding. However, even when an insulating material having a coefficient of thermal expansion matched to silicon is used, warpage occurs after bonding and the manufacturing process is extremely difficult. Was sometimes difficult.

【0008】本発明は上述のような課題を解決するため
になされたもので、簡単な工程で製造でき、かつ小型
で、出力感度の大きな角速度センサを提供することを目
的とする。また、上記のような角速度センサを製造する
方法を提供するものである。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its object to provide an angular velocity sensor which can be manufactured by a simple process, is small, and has high output sensitivity. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the angular velocity sensor as described above.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の構成によ
る角速度センサは、シリコン基板上に絶縁膜層を介して
一部が支持固定され、振動可能な梁形状を構成する振動
子、この振動子の梁部の両側面に対して各々平行な側面
を有し、絶縁膜層を介して少なくとも一部が上記シリコ
ン基板に支持固定される第1電極及び第2電極、上記振
動子を上記振動子の梁部の両側面の方向に振動させる駆
動手段、並びに上記振動子の梁部と対向する上記シリコ
ン基板の表面を第3電極として、上記振動子の回転によ
り発生するコリオリ力を検出する検出手段を備えたもの
である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an angular velocity sensor which is partially supported and fixed on a silicon substrate via an insulating film layer to form a vibrable beam. A first electrode and a second electrode, each of which has side surfaces parallel to both side surfaces of a beam portion of the vibrator, and at least a part of which is supported and fixed to the silicon substrate via an insulating film layer; Driving means for vibrating in the direction of both sides of the beam portion of the vibrator, and detecting Coriolis force generated by rotation of the vibrator, using the surface of the silicon substrate facing the beam portion of the vibrator as a third electrode. It is provided with detection means.

【0010】また、本発明の第2の構成による角速度セ
ンサは、シリコン基板上に絶縁膜層を介して一部が支持
固定され、振動可能な梁形状を構成する振動子、上記振
動子の梁部の両側面に対して各々平行な側面を有し、絶
縁膜層を介して少なくとも一部が上記シリコン基板に支
持固定される第1電極及び第2電極、上記振動子の梁部
と対向する上記シリコン基板の表面を第3電極として、
上記振動子を上記シリコン基板表面に対して垂直方向に
振動させる駆動手段、並びに上記第1電極及び第2電極
により、上記振動子の回転により発生するコリオリ力を
検出する検出手段を備えたものである。
The angular velocity sensor according to the second configuration of the present invention is a vibrator having a part supported and fixed on a silicon substrate via an insulating film layer to form a vibrable beam, and a beam of the vibrator. First and second electrodes having side surfaces parallel to both side surfaces of the portion and at least partially supported and fixed to the silicon substrate via an insulating film layer, and opposing beam portions of the vibrator Using the surface of the silicon substrate as a third electrode,
A driving unit that vibrates the vibrator in a direction perpendicular to the surface of the silicon substrate; and a detecting unit that detects Coriolis force generated by rotation of the vibrator by the first electrode and the second electrode. is there.

【0011】また、本発明の第3の構成による角速度セ
ンサは、上記振動子、第1電極、及び第2電極が、各々
片持梁または両持梁形状を有し、上記振動子と上記第1
電極及び第2電極との共振周波数が異なっているもので
ある。
Further, in the angular velocity sensor according to the third configuration of the present invention, the vibrator, the first electrode, and the second electrode each have a cantilever or a cantilever shape, and the vibrator and the first 1
The electrode and the second electrode have different resonance frequencies.

【0012】また、本発明の第4の構成による角速度セ
ンサは、上記振動子、第1電極、及び第2電極が、これ
らを支持する支持部よりも細い片持梁または両持梁形状
を有するものである。
Further, in the angular velocity sensor according to a fourth configuration of the present invention, the vibrator, the first electrode, and the second electrode have a cantilever beam or a doubly supported beam shape thinner than a supporting portion that supports these. Things.

【0013】また、本発明の第5の構成による角速度セ
ンサは、上記第1電極及び第2電極を支持する支持部
が、第1電極及び第2電極の梁部より内側に突出した形
状であるものである。
Further, in the angular velocity sensor according to the fifth aspect of the present invention, the supporting portion for supporting the first electrode and the second electrode has a shape protruding inward from the beam portion of the first electrode and the second electrode. Things.

【0014】また、本発明の第6の構成による角速度セ
ンサは、上記振動子、第1電極、及び第2電極の表面の
面方位が110面であるシリコン単結晶より構成された
ものである。
An angular velocity sensor according to a sixth configuration of the present invention is formed of a silicon single crystal in which the surface orientation of the vibrator, the first electrode, and the second electrode is 110.

【0015】また、本発明の第7の構成による角速度セ
ンサは、上記振動子、第1電極、及び第2電極を第2の
基板を用いて、真空封止するようにしたものである。
Further, in the angular velocity sensor according to a seventh aspect of the present invention, the vibrator, the first electrode, and the second electrode are vacuum-sealed using a second substrate.

【0016】また、本発明の第8の構成による角速度セ
ンサは、上記第2の基板がシリコン基板であるものであ
る。
In the angular velocity sensor according to an eighth aspect of the present invention, the second substrate is a silicon substrate.

【0017】また、本発明の第1の方法による角速度セ
ンサの製造方法は、シリコン基板上に、絶縁膜層と、こ
の絶縁膜層上に形成されたシリコン層とが設けられた基
板を用い、上記シリコン層をシリコン加工プロセスによ
り加工して、振動子とこの振動子の梁部の両側面に設け
られる第1電極及び第2電極とに対応する形状を形成す
る第1の工程と、少なくとも上記振動子の下にある絶縁
膜層の一部をエッチングにより除去し、振動可能な梁形
状の振動子を形成する第2の工程とを施したものであ
る。
Further, the method of manufacturing an angular velocity sensor according to the first method of the present invention uses a substrate provided with an insulating film layer on a silicon substrate and a silicon layer formed on the insulating film layer. A first step of processing the silicon layer by a silicon processing process to form a shape corresponding to a vibrator and first and second electrodes provided on both side surfaces of a beam portion of the vibrator; A second step of removing a part of the insulating film layer below the vibrator by etching to form a vibrating beam-shaped vibrator.

【0018】また、本発明の第2の方法による角速度セ
ンサの製造方法は、第1のシリコン基板の表面をシリコ
ン加工プロセスにより加工して、振動子とこの振動子の
梁部の両側面に設けられる第1電極及び第2電極とに対
応する形状を形成する第1の工程と、加工された第1の
シリコン基板の表面に絶縁膜層を形成する第2の工程
と、第1のシリコン基板と第2のシリコン基板とを上記
絶縁膜層が形成された面を挟んで接合する第3の工程
と、第1のシリコン基板の加工面と反対側の面を、研磨
あるいはエッチングして、第1のシリコン基板を必要な
厚みにする第4の工程と、少なくとも上記振動子の下に
ある絶縁膜層の一部をエッチングにより除去し、振動可
能な梁形状の振動子を形成する第5の工程とを施したも
のである。
In the method of manufacturing an angular velocity sensor according to the second method of the present invention, the surface of the first silicon substrate is processed by a silicon processing process and provided on both sides of a vibrator and a beam portion of the vibrator. A first step of forming a shape corresponding to the first electrode and the second electrode to be formed, a second step of forming an insulating film layer on the surface of the processed first silicon substrate, and a first silicon substrate A third step of bonding the second silicon substrate and the second silicon substrate with the surface on which the insulating film layer is formed interposed therebetween, and polishing or etching the surface opposite to the processed surface of the first silicon substrate, A fourth step of making the silicon substrate have a required thickness, and a fifth step of removing at least a part of the insulating film layer below the vibrator by etching to form a vibrating beam-shaped vibrator. Process.

【0019】また、本発明の第3の方法による角速度セ
ンサの製造方法は、上記絶縁膜層がシリコン酸化膜であ
るものである。
In the method of manufacturing an angular velocity sensor according to the third method of the present invention, the insulating film layer is a silicon oxide film.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施の形態1.以下、本発明の実施の形態1について、
図面を参照しながら説明する。図1はこの発明の実施の
形態1による角速度センサの概略構成を示す要部の斜視
図である。図2は製造プロセスの概略図であり、図2
(a)は図1のA−A線に沿った断面における工程図、
図2(b)は図1のB−B線に沿った断面における工程
図である。図1、図2において、基板10はシリコンウ
エハ10aの表面に絶縁物層として酸化膜層10bが形
成され、該酸化膜層10bの表面にシリコン層10cが
形成された3層構造ウエハである。シリコンウエハは5
インチ径であり、ベースのシリコン10aの厚みは60
0ミクロン、酸化膜層10bは2ミクロン、最表面のシ
リコン層10cは50ミクロンのものを用いた。ここ
で、最表面のシリコン層10cは(110)面方位を有
するシリコン単結晶を用いる。このような基板10を用
いて図1に示すように、一部が支持固定され、振動可能
な梁形状を有する振動子2と、振動子2の梁部の両側面
と各々平行に対向するように配置された第1電極4及び
第2電極5と、振動子2の下面に形成されるコリオリ力
方向の検出電極となる第3電極3とを形成し、角速度セ
ンサを製造する。
Embodiment 1 FIG. Hereinafter, regarding Embodiment 1 of the present invention,
This will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a main part showing a schematic configuration of an angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of the manufacturing process.
(A) is a process drawing in a section along an AA line in FIG. 1,
FIG. 2B is a process drawing in a cross section along the line BB of FIG. 1 and 2, a substrate 10 is a three-layer wafer in which an oxide film layer 10b is formed as an insulator layer on the surface of a silicon wafer 10a, and a silicon layer 10c is formed on the surface of the oxide film layer 10b. Silicon wafer is 5
Inch diameter and the thickness of the base silicon 10a is 60
The thickness of the oxide film layer 10b was 2 microns, and that of the outermost silicon layer 10c was 50 microns. Here, a silicon single crystal having a (110) plane orientation is used for the outermost silicon layer 10c. As shown in FIG. 1, a vibrator 2 partially supported and fixed and having a vibrable beam shape using such a substrate 10, and is opposed to both side surfaces of the beam portion of the vibrator 2 in parallel. The first electrode 4 and the second electrode 5 arranged on the first and second electrodes and the third electrode 3 formed on the lower surface of the vibrator 2 and serving as a Coriolis force direction detection electrode are formed to manufacture an angular velocity sensor.

【0021】次にその製造工程について説明する。最表
面のシリコン層10cにパターニングを行った後、TM
AHのアルカリ溶液で異方性エッチングにより、図1の
如く振動子2、第1電極4、第2電極5、及びそれらの
支持部を形成する。これら振動子2、及び第1電極4と
第2電極5は、基板10上にある(110)面方位を有
するシリコン層10cの異方性エッチング技術により形
成されるため、振動子2の梁部、及び第1電極4と第2
電極5の梁部(長手部分)の厚み方向及び幅方向の形状
は高精度に形成できる。本実施の形態では振動子2の梁
部の幅は50ミクロンであり、第1電極4と第2電極5
の梁部の幅は20ミクロンとした。次にBHFによるエ
ッチングにより、振動子2の下部、及び第1電極4と第
2電極5の下部の酸化膜層10bを除去する。BHFの
エッチングでは酸化膜層10bが等方的にエッチングさ
れるため、振動子2の梁部、及び第1電極4と第2電極
5の梁部の幅よりも充分広いそれらの支持部の下面は酸
化膜層10bが残り、支持部では表面のシリコン層10
cとベースのシリコン10aは電気的に絶縁されてい
る。コリオリ力方向の検出電極となる第3電極3は、酸
化膜層10bをBHFのエッチングにより除去した後に
露出するベースのシリコン10aの表面を用いる。
Next, the manufacturing process will be described. After patterning the uppermost silicon layer 10c, TM
As shown in FIG. 1, the vibrator 2, the first electrode 4, the second electrode 5, and their supporting portions are formed by anisotropic etching with an alkaline solution of AH. Since the vibrator 2 and the first electrode 4 and the second electrode 5 are formed by the anisotropic etching technique of the silicon layer 10c having the (110) plane orientation on the substrate 10, the beam portion of the vibrator 2 is formed. , And the first electrode 4 and the second
The shape of the beam portion (longitudinal portion) of the electrode 5 in the thickness direction and the width direction can be formed with high precision. In the present embodiment, the width of the beam portion of the vibrator 2 is 50 microns, and the first electrode 4 and the second electrode 5
Was 20 microns in width. Next, the oxide film layer 10b under the vibrator 2 and under the first electrode 4 and the second electrode 5 is removed by etching with BHF. Since the oxide film layer 10b is isotropically etched in the BHF etching, the lower surfaces of the beam portions of the vibrator 2 and the support portions thereof are sufficiently wider than the beam portions of the first electrode 4 and the second electrode 5. The oxide film layer 10b remains, and the silicon layer 10
c and the base silicon 10a are electrically insulated. As the third electrode 3 serving as a detection electrode for the Coriolis force direction, the surface of the base silicon 10a exposed after removing the oxide film layer 10b by BHF etching is used.

【0022】本実施の形態の角速度センサにおいて入力
角速度の検出を行う場合について説明する。例えば、外
部より圧電素子等(図示せず)を介して振動子2を横方
向に加振させる。この加振の周波数は振動子2の共振周
波数近傍に設定するので、振動子2は横方向に振動する
が、第1電極4と第2電極5はその共振周波数と異なる
共振周波数を有するため、振動量は非常にわずかであ
り、実効的に静止している状態と見なしてよく、参照電
極として使用できる。振動子2の振動量は第1電極4と
第2電極5により検出され、振動の参照量とする。振動
子2が振動している状態で外部から入力角速度が印加さ
れると、振動子2に縦方向の振動が発生する。この時、
その振動量は入力角速度に比例するため、この振動量を
第3電極3にて静電容量の変化として出力する。この静
電容量の変化は振動子2と第3電極3の間で検出する。
The case where the input angular velocity is detected by the angular velocity sensor according to the present embodiment will be described. For example, the vibrator 2 is vibrated laterally from outside via a piezoelectric element or the like (not shown). Since the frequency of this vibration is set near the resonance frequency of the vibrator 2, the vibrator 2 vibrates in the horizontal direction, but the first electrode 4 and the second electrode 5 have different resonance frequencies from the resonance frequency. The amount of vibration is very small, and may be regarded as an effectively stationary state, and can be used as a reference electrode. The amount of vibration of the vibrator 2 is detected by the first electrode 4 and the second electrode 5, and is set as a reference amount of vibration. When an input angular velocity is applied from the outside while the vibrator 2 is vibrating, a vertical vibration is generated in the vibrator 2. At this time,
Since the amount of vibration is proportional to the input angular velocity, the amount of vibration is output by the third electrode 3 as a change in capacitance. This change in capacitance is detected between the vibrator 2 and the third electrode 3.

【0023】なお、本実施の形態では、振動子2を横方
向に加振させ、入力角速度が印加された時の、縦方向の
振動量を検出することにより、角速度を検出するように
したが、逆に、第3電極3を加振用電極として、振動子
2を第3電極3にて縦方向に加振させ、入力角速度が印
加された時の、横方向の振動量を第1電極4と第2電極
5を検出電極として検出することにより、角速度を検出
するようにしてもよい。この時、さらに第3電極3によ
り加振による振動量を検出して振動の参照量としてもよ
い。
In this embodiment, the angular velocity is detected by vibrating the vibrator 2 in the horizontal direction and detecting the amount of vertical vibration when the input angular velocity is applied. Conversely, the vibrator 2 is vibrated in the vertical direction by the third electrode 3 using the third electrode 3 as the vibration electrode, and the amount of vibration in the horizontal direction when the input angular velocity is applied is determined by the first electrode. The angular velocity may be detected by detecting the fourth electrode 4 and the second electrode 5 as detection electrodes. At this time, the third electrode 3 may further detect the amount of vibration caused by the excitation and use the detected amount as the reference amount of vibration.

【0024】また、本実施の形態では、第1電極4と第
2電極5の形状を振動子2と同様、梁形状としたが、第
1電極4と第2電極5の幅を支持部と同じにした、従来
と同様の形状であってもよい。
Further, in the present embodiment, the shape of the first electrode 4 and the second electrode 5 is a beam shape as in the case of the vibrator 2, but the width of the first electrode 4 and the second electrode 5 is the same as that of the supporting portion. It may have the same shape as the conventional one.

【0025】実施の形態2.以下、本発明の実施の形態
2について、図面を参照しながら説明する。図3はこの
発明の実施の形態2による角速度センサの概略構成を示
す平面図である。図4は製造プロセスの概略図であり、
図4(a)は図3のA−A線に沿った断面における工程
図、図4(b)は図3のB−B線に沿った断面における
工程図である。図3、図4において、基板10は実施の
形態1と同様、シリコンウエハの表面に酸化膜層10b
が形成され、該酸化膜層10bの表面にシリコン層10
cが形成された3層構造ウエハである。このような基板
10を用いて図3に示すように、一部が支持固定され、
振動可能な梁形状を有する振動子2と、振動子2の梁部
の両側面と各々平行に対向するように配置された第1電
極4及び第2電極5と、振動子2の下面に形成されるコ
リオリ力方向の検出電極となる第3電極3とを実施の形
態1と同様の製造工程により形成し、角速度センサを製
造する。ただし、本実施の形態では第1電極4と第2電
極5の支持部の構成が図3に示すように、互いに内側に
突出した構成であるので、より小型の角速度センサとな
る。
Embodiment 2 Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a plan view showing a schematic configuration of an angular velocity sensor according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 4 is a schematic diagram of the manufacturing process.
4A is a process drawing in a cross section along the line AA in FIG. 3, and FIG. 4B is a process drawing in a cross section along the line BB in FIG. 3 and 4, the substrate 10 has an oxide film layer 10b on the surface of the silicon wafer as in the first embodiment.
Is formed, and a silicon layer 10 is formed on the surface of the oxide film layer 10b.
c is a three-layer structure wafer on which c is formed. As shown in FIG. 3, a part is supported and fixed by using such a substrate 10,
A vibrator 2 having a vibrable beam shape, a first electrode 4 and a second electrode 5 arranged so as to be in parallel with both side surfaces of a beam portion of the vibrator 2, and formed on a lower surface of the vibrator 2. The third electrode 3 serving as a detection electrode for the Coriolis force direction is formed by the same manufacturing process as in the first embodiment, and an angular velocity sensor is manufactured. However, in the present embodiment, the configuration of the supporting portions of the first electrode 4 and the second electrode 5 is a configuration protruding inward from each other as shown in FIG.

【0026】実施の形態3.以下、本発明の実施の形態
3について、図面を参照しながら説明する。図5はこの
発明の実施の形態3による角速度センサの概略構成を示
す斜視図である。図5において、基板10は実施の形態
1と同様、シリコンウエハ10aの表面に酸化膜層10
bが形成され、該酸化膜層10bの表面にシリコン層1
0cが形成された3層構造ウエハである。シリコンウエ
ハは5インチ径であり、ベースのシリコン10aの厚み
は600ミクロン、酸化膜層10bは1ミクロン、最表
面のシリコン層10cは20ミクロンのものを用いた。
本実施の形態では最表面のシリコン層10cは(10
0)面方位を有するシリコン単結晶を用いている。この
ような基板10を用いて図5に示すように、一部が支持
固定され、振動可能な梁形状を有する振動子2と、振動
子2の梁部の両側面と各々平行に対向するように配置さ
れた第1電極4及び第2電極5と、振動子2の下面に形
成されるコリオリ力方向の検出電極となる第3電極3と
を形成し、角速度センサを製造する。なお、本実施の形
態では振動子2の支持部の形状を、図5に示すように角
速度センサの周囲を囲う形状とした。
Embodiment 3 FIG. Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a perspective view showing a schematic configuration of an angular velocity sensor according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 5, a substrate 10 has an oxide film layer 10 on the surface of a silicon wafer 10a as in the first embodiment.
b is formed, and a silicon layer 1 is formed on the surface of the oxide film layer 10b.
0c is a three-layer structured wafer. The silicon wafer had a diameter of 5 inches, the base silicon 10a had a thickness of 600 microns, the oxide film layer 10b had a thickness of 1 micron, and the outermost silicon layer 10c had a thickness of 20 microns.
In the present embodiment, the outermost silicon layer 10c is (10
0) A silicon single crystal having a plane orientation is used. As shown in FIG. 5, a vibrator 2 partially supported and fixed and having a vibrable beam shape using such a substrate 10 is opposed to both side surfaces of the beam portion of the vibrator 2 in parallel. The first electrode 4 and the second electrode 5 arranged on the first and second electrodes and the third electrode 3 formed on the lower surface of the vibrator 2 and serving as a Coriolis force direction detection electrode are formed to manufacture an angular velocity sensor. In the present embodiment, the shape of the support portion of the vibrator 2 is a shape surrounding the angular velocity sensor as shown in FIG.

【0027】次にその製造工程について説明する。最表
面のシリコン層10cにパターニングを行った後、反応
性イオンエッチングによるドライエッチングにより図5
の如く振動子2、第1電極4、第2電極5、及びそれら
の支持部を形成する。本実施の形態では振動子2の梁部
の幅は20ミクロンであり、第1電極4と第2電極5の
梁部の幅は10ミクロンとした。また、振動子2の支持
部は全体を囲うように形成した。次にBHFによるエッ
チングにより振動子2の下部、及び第1電極4と第2電
極5の下部の酸化膜層10bを除去する。BHFのエッ
チングでは酸化膜層10bが等方的にエッチングされる
ため、振動子2の梁部、及び第1電極4と第2電極5の
梁部の幅よりも充分広いそれらの支持部の下面は酸化膜
層10bが残り、支持部では表面のシリコン層10cと
ベースのシリコン10aは電気的に絶縁されている。コ
リオリ力方向の検出電極となる第3電極3は、酸化膜層
10bをBHFのエッチングにより除去した後に露出す
るベースのシリコン10aの表面を用いる。入力角速度
の検出は実施の形態1と同様である。
Next, the manufacturing process will be described. After patterning the outermost silicon layer 10c, dry etching by reactive ion etching is performed as shown in FIG.
The vibrator 2, the first electrode 4, the second electrode 5, and their support portions are formed as described above. In the present embodiment, the width of the beam of the vibrator 2 is 20 microns, and the width of the beam of the first electrode 4 and the second electrode 5 is 10 microns. The supporting portion of the vibrator 2 was formed so as to surround the whole. Next, the oxide film layer 10b under the vibrator 2 and under the first electrode 4 and the second electrode 5 is removed by etching with BHF. Since the oxide film layer 10b is isotropically etched in the BHF etching, the lower surfaces of the beam portions of the vibrator 2 and the support portions thereof are sufficiently wider than the beam portions of the first electrode 4 and the second electrode 5. The oxide film layer 10b remains, and the silicon layer 10c on the surface and the base silicon 10a are electrically insulated at the support portion. As the third electrode 3 serving as a detection electrode for the Coriolis force direction, the surface of the base silicon 10a exposed after removing the oxide film layer 10b by BHF etching is used. The detection of the input angular velocity is the same as in the first embodiment.

【0028】本実施の形態では、振動子2、及び第1電
極4と第2電極5をドライエッチング技術で形成したの
で、シリコン層の面方位に関係なく、また多結晶シリコ
ン層であっても同様の構成の角速度センサを得ることが
できる。
In this embodiment, since the vibrator 2, the first electrode 4 and the second electrode 5 are formed by dry etching technology, regardless of the plane orientation of the silicon layer, even if it is a polycrystalline silicon layer. An angular velocity sensor having a similar configuration can be obtained.

【0029】実施の形態4.以下、本発明の実施の形態
4について、図面を参照しながら説明する。図6はこの
発明の実施の形態4による角速度センサの概略構成を示
す斜視図である。図7はこの発明の実施の形態4に係わ
る真空封止構造を実現するための第2の基板の概略断面
図であり、図6におけるC−C線に沿った断面図であ
る。図6において、角速度センサ部100は実施の形態
3と同様の構成のものを用い、実施の形態3と同様に作
成した。第2の基板20は(100)面方位を有するシ
リコン単結晶基板であり、厚みは600ミクロンとし
た。パターニングを行った後、TMAHのアルカリ溶液
で異方性エッチングにより図6の如く、振動子、及び第
1電極と第2電極に対応した部分にキャビティ21を形
成する。同様に第1電極4と第2電極5の支持部4a、
5aに対応した部分に、各電極からの引き出し窓となる
貫通穴22を形成する。さらに、第1電極4と第2電極
5の支持部4a、5aに対応した部分を酸化して絶縁膜
23とし、振動子2の支持部と、第1電極の支持部4a
と、第2電極の支持部5aとを絶縁する。次に第1の基
板10と第2の基板20を真空引きをしながらダイレク
トボンディングする。このように角速度センサを真空封
止構造とすると、真空中での振動子の振幅は大気中に比
べ大きくなり、センサ感度はさらに増大する。また、第
2の基板20にシリコン基板を用いたので、第1の基板
10との接合はシリコンどうしの接合となり、接合時の
熱膨張率の違いによるそりが防止でき、歩留まりよく真
空封止構造を有することができる。また、各電極からの
引き出しも第2の基板20としてシリコン基板を用いた
ので、エッチングによる穴明けによる引き出し窓を作る
ことができ、製造工程が簡単になる。
Embodiment 4 Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a perspective view showing a schematic configuration of an angular velocity sensor according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 7 is a schematic sectional view of a second substrate for realizing a vacuum sealing structure according to Embodiment 4 of the present invention, and is a sectional view taken along line CC in FIG. In FIG. 6, the angular velocity sensor unit 100 has the same configuration as that of the third embodiment, and is formed in the same manner as the third embodiment. The second substrate 20 is a silicon single crystal substrate having a (100) plane orientation, and has a thickness of 600 microns. After patterning, a cavity 21 is formed in a portion corresponding to the vibrator and the first and second electrodes as shown in FIG. 6 by anisotropic etching with an alkali solution of TMAH. Similarly, the support portions 4a of the first electrode 4 and the second electrode 5,
In a portion corresponding to 5a, a through-hole 22 serving as a lead-out window from each electrode is formed. Further, portions corresponding to the support portions 4a and 5a of the first electrode 4 and the second electrode 5 are oxidized to form an insulating film 23, and the support portion of the vibrator 2 and the support portion 4a of the first electrode are formed.
And the supporting portion 5a of the second electrode are insulated. Next, the first substrate 10 and the second substrate 20 are directly bonded while evacuating. When the angular velocity sensor has a vacuum sealing structure as described above, the amplitude of the vibrator in a vacuum is larger than that in the atmosphere, and the sensor sensitivity is further increased. In addition, since a silicon substrate is used as the second substrate 20, bonding with the first substrate 10 is performed by bonding silicon with each other, and warpage due to a difference in coefficient of thermal expansion at the time of bonding can be prevented. Can be provided. In addition, since the silicon substrate is used as the second substrate 20 for drawing out from each electrode, a drawing window can be formed by drilling by etching, which simplifies the manufacturing process.

【0030】実施の形態5.図8はこの発明の実施の形
態5による角速度センサの別の製造プロセスを示す工程
図である。本実施の形態においては、第1の基板30と
して、(110)面方位を有する単結晶シリコンウエハ
を用いる(図8(a))。この単結晶シリコンウエハに
パターニングを行った後、KOHのアルカリ溶液で異方
性エッチングにより図8(b)の如く、振動子2、第1
電極4、第2電極5、及びそれらの支持部となる形状を
形成する。この際エッチングによる溝の深さは、最終的
な振動子2の梁部、及び第1電極4と第2電極5の梁部
(長手部分)の厚みより大きくしておく。なお、振動子
2の梁部の幅は32ミクロンとし、第1電極4と第2電
極5の梁部の幅は12ミクロンとした。図8(c)はエ
ッチングした上記シリコンウエハ30を上下反転させた
ものである。エッチング後、この加工表面を熱酸化し、
表面に酸化膜層30aを形成する(図8(d))。この
時酸化膜層30aの厚みは1ミクロンとした。次いでこ
の第1の基板30の加工面を挟んで、第2の基板31と
してのシリコンウエハをアニールにより第1の基板30
に接合する(図8(e))。次いでこの第1の基板30
の加工面と逆の面を研磨することにより最終的な振動子
2の梁部、及び第1電極4と第2電極5の梁部(長手部
分)の厚みにする(図8(f))。この場合は30ミク
ロンとした。次にBHFによるエッチングにより、振動
子2の側面、第1電極4と第2電極5の側面、及び下部
の酸化膜層30aを除去する。BHFのエッチングでは
酸化膜層30aが等方的にエッチングされるため、振動
子2の梁部、及び第1電極4と第2電極5の梁部の幅よ
りも充分広いそれらの支持部の下面は酸化膜層30aが
残り、支持部では表面のシリコン層30とシリコンウエ
ハ31は電気的に絶縁される。コリオリ力方向の検出電
極となる第3電極3は酸化膜層30aをBHFのエッチ
ングにより除去した後に露出するシリコンウエハ31の
表面を用いる。
Embodiment 5 FIG. 8 is a process chart showing another manufacturing process of the angular velocity sensor according to the fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, a single crystal silicon wafer having a (110) plane orientation is used as first substrate 30 (FIG. 8A). After patterning the single crystal silicon wafer, as shown in FIG. 8B, the vibrator 2 and the first
The electrode 4, the second electrode 5, and a shape serving as a supporting portion thereof are formed. At this time, the depth of the groove formed by etching is set to be larger than the thickness of the beam part of the final vibrator 2 and the beam part (longitudinal part) of the first electrode 4 and the second electrode 5. The width of the beam of the vibrator 2 was 32 microns, and the width of the beam of the first electrode 4 and the second electrode 5 was 12 microns. FIG. 8C shows the etched silicon wafer 30 turned upside down. After etching, this processed surface is thermally oxidized,
An oxide film layer 30a is formed on the surface (FIG. 8D). At this time, the thickness of the oxide film layer 30a was 1 micron. Next, the silicon wafer as the second substrate 31 is annealed on the first substrate 30 with the processing surface of the first substrate 30 interposed therebetween.
(FIG. 8E). Then, the first substrate 30
The thickness of the beam portion of the vibrator 2 and the beam portions (longitudinal portions) of the first electrode 4 and the second electrode 5 are finally obtained by polishing the surface opposite to the processed surface of FIG. . In this case, it was 30 microns. Next, the side surface of the vibrator 2, the side surfaces of the first electrode 4 and the second electrode 5, and the lower oxide film layer 30a are removed by etching with BHF. Since the oxide film layer 30a is isotropically etched by BHF etching, the lower surfaces of the beam portions of the vibrator 2 and the support portions thereof are sufficiently wider than the beam portions of the first electrode 4 and the second electrode 5. The oxide film layer 30a remains, and the silicon layer 30 on the surface and the silicon wafer 31 are electrically insulated at the support portion. The third electrode 3 serving as the detection electrode for the Coriolis force direction uses the surface of the silicon wafer 31 that is exposed after the oxide film layer 30a is removed by BHF etching.

【0031】なお、本実施の形態では絶縁膜30aとし
てシリコン酸化膜を用いたが、これは第1の基板30の
エッチング後に酸化炉にて酸化処理をするのみで形成で
きるという利点を有しているためであり、絶縁膜の機能
ということを満足するための膜であれば、窒化シリコン
膜などの他の膜であってもよい。
In this embodiment, a silicon oxide film is used as the insulating film 30a, but it has an advantage that it can be formed only by performing an oxidation process in an oxidation furnace after the etching of the first substrate 30. Therefore, another film such as a silicon nitride film may be used as long as the film satisfies the function of the insulating film.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上のように、本発明の第1の構成によ
れば、シリコン基板上に絶縁膜層を介して一部が支持固
定され、振動可能な梁形状を構成する振動子、この振動
子の梁部の両側面に対して各々平行な側面を有し、絶縁
膜層を介して少なくとも一部が上記シリコン基板に支持
固定される第1電極及び第2電極、上記振動子を上記振
動子の梁部の両側面の方向に振動させる駆動手段、並び
に上記振動子の梁部と対向する上記シリコン基板の表面
を第3電極として、上記振動子の回転により発生するコ
リオリ力を検出する検出手段を備えたので、振動子の厚
みを薄くすることができ、センサを小型化し、かつ出力
感度の大きな角速度センサを得ることができるととも
に、製造工程が簡単になる。
As described above, according to the first structure of the present invention, a vibrator which is partly supported and fixed on a silicon substrate via an insulating film layer to form a vibrable beam shape, A first electrode and a second electrode, each of which has side surfaces parallel to both side surfaces of a beam portion of the vibrator, and at least a part of which is supported and fixed to the silicon substrate via an insulating film layer; Driving means for vibrating in the direction of both sides of the beam portion of the vibrator, and detecting Coriolis force generated by rotation of the vibrator, using the surface of the silicon substrate facing the beam portion of the vibrator as a third electrode. Since the detecting means is provided, the thickness of the vibrator can be reduced, the sensor can be downsized, and an angular velocity sensor having high output sensitivity can be obtained, and the manufacturing process can be simplified.

【0033】また、本発明の第2の構成によれば、シリ
コン基板上に絶縁膜層を介して一部が支持固定され、振
動可能な梁形状を構成する振動子、上記振動子の梁部の
両側面に対して各々平行な側面を有し、絶縁膜層を介し
て少なくとも一部が上記シリコン基板に支持固定される
第1電極及び第2電極、上記振動子の梁部と対向する上
記シリコン基板の表面を第3電極として、上記振動子を
上記シリコン基板表面に対して垂直方向に振動させる駆
動手段、並びに上記第1電極及び第2電極により、上記
振動子の回転により発生するコリオリ力を検出する検出
手段を備えたので、上記構成と同様、振動子の厚みを薄
くすることができ、センサを小型化し、かつ出力感度の
大きな角速度センサを得ることができるとともに、製造
工程が簡単になる。
Further, according to the second configuration of the present invention, a vibrator partially supported and fixed on a silicon substrate via an insulating film layer to form a vibrable beam shape, and a beam portion of the vibrator A first electrode and a second electrode, each of which has a side surface parallel to both side surfaces of the first substrate and at least a part of which is supported and fixed to the silicon substrate via an insulating film layer; Driving means for vibrating the vibrator in a direction perpendicular to the surface of the silicon substrate using the surface of the silicon substrate as a third electrode; and Coriolis force generated by rotation of the vibrator by the first and second electrodes As in the above configuration, the thickness of the vibrator can be reduced, the sensor can be reduced in size, and an angular velocity sensor having high output sensitivity can be obtained, and the manufacturing process can be simplified. Become

【0034】また、本発明の第3の構成によれば、上記
振動子、第1電極、及び第2電極が、各々片持梁または
両持梁形状を有し、上記振動子と上記第1電極及び第2
電極との共振周波数が異なっているので、出力の大きな
角速度センサが得られる。
Further, according to the third configuration of the present invention, the vibrator, the first electrode, and the second electrode each have a cantilever or doubly supported beam shape, and the vibrator and the first electrode have the same shape. Electrode and second
Since the resonance frequency with the electrode is different, an angular velocity sensor having a large output can be obtained.

【0035】また、本発明の第4の構成によれば、上記
振動子、第1電極、及び第2電極が、これらを支持する
支持部よりも細い片持梁または両持梁形状を有するの
で、センサを小型化することができる。
According to the fourth configuration of the present invention, since the vibrator, the first electrode, and the second electrode have a cantilever beam or a doubly supported beam shape smaller than the supporting portion for supporting them. Thus, the size of the sensor can be reduced.

【0036】また、本発明の第5の構成によれば、上記
第1電極及び第2電極を支持する支持部が、第1電極及
び第2電極の梁部より内側に突出した形状であるので、
さらにセンサを小型化することができる。
According to the fifth structure of the present invention, the support for supporting the first electrode and the second electrode has a shape protruding inward from the beam of the first and second electrodes. ,
Further, the size of the sensor can be reduced.

【0037】また、本発明の第6の構成によれば、上記
振動子、第1電極、及び第2電極を、表面の面方位が1
10面であるシリコン単結晶より構成したので、ウエッ
トエッチングを用いることができ、製造工程がさらに簡
単になるとともに信頼性が確保できる。
Further, according to the sixth configuration of the present invention, the vibrator, the first electrode, and the second electrode are arranged so that the plane orientation of the surface is one.
Since it is composed of ten silicon single crystals, wet etching can be used, which further simplifies the manufacturing process and ensures reliability.

【0038】また、本発明の第7の構成によれば、上記
振動子、第1電極、及び第2電極を、第2の基板を用い
て真空封止するようにしたので、さらに出力感度の大き
な角速度センサを得ることができる。
According to the seventh configuration of the present invention, the vibrator, the first electrode, and the second electrode are vacuum-sealed using the second substrate, so that the output sensitivity can be further reduced. A large angular velocity sensor can be obtained.

【0039】また、本発明の第8の構成によれば、上記
第2の基板がシリコン基板であるので、第1の基板との
接合がシリコンどうしの接合となり、接合時の熱膨張率
の違いによるそりが防止でき、歩留まりよく真空封止構
造を有することができる。
According to the eighth structure of the present invention, since the second substrate is a silicon substrate, the bonding with the first substrate is a bonding between silicon and the difference in the coefficient of thermal expansion at the time of bonding. Can be prevented, and a vacuum sealing structure can be provided with good yield.

【0040】また、本発明の第1の製造方法によれば、
シリコン基板上に、絶縁膜層と、この絶縁膜層上に形成
されたシリコン層とが設けられた基板を用い、上記シリ
コン層をシリコン加工プロセスにより加工して、振動子
とこの振動子の梁部の両側面に設けられる第1電極及び
第2電極とに対応する形状を形成する第1の工程と、少
なくとも上記振動子の下にある絶縁膜層の一部をエッチ
ングにより除去し、振動可能な梁形状の振動子を形成す
る第2の工程とを施して角速度センサを製造したので、
小型で、出力感度の大きな角速度センサを、簡単な工程
で製造することができる。
According to the first manufacturing method of the present invention,
Using a substrate provided with an insulating film layer and a silicon layer formed on the insulating film layer on a silicon substrate, the silicon layer is processed by a silicon processing process to form a vibrator and a beam of the vibrator. A first step of forming a shape corresponding to the first electrode and the second electrode provided on both side surfaces of the portion, and removing at least a part of an insulating film layer below the vibrator by etching to enable vibration And the second step of forming a vibrator having a simple beam shape to produce an angular velocity sensor,
A small angular velocity sensor with high output sensitivity can be manufactured in a simple process.

【0041】また、本発明の第2の製造方法によれば、
第1のシリコン基板の表面をシリコン加工プロセスによ
り加工して、振動子とこの振動子の梁部の両側面に設け
られる第1電極及び第2電極とに対応する形状を形成す
る第1の工程と、加工された第1のシリコン基板の表面
に絶縁膜層を形成する第2の工程と、第1のシリコン基
板と第2のシリコン基板とを上記絶縁膜層が形成された
面を挟んで接合する第3の工程と、第1のシリコン基板
の加工面と反対側の面を、研磨あるいはエッチングし
て、第1のシリコン基板を必要な厚みにする第4の工程
と、少なくとも上記振動子の下にある絶縁膜層の一部を
エッチングにより除去し、振動可能な梁形状の振動子を
形成する第5の工程とを施して角速度センサを製造した
ので、第1の製造方法と同様、小型で、出力感度の大き
な角速度センサを、簡単な工程で製造することができ
る。
According to the second manufacturing method of the present invention,
A first step of processing the surface of the first silicon substrate by a silicon processing process to form a shape corresponding to the vibrator and the first and second electrodes provided on both side surfaces of the beam portion of the vibrator; A second step of forming an insulating film layer on the processed surface of the first silicon substrate; and a step of sandwiching the first silicon substrate and the second silicon substrate with the surface on which the insulating film layer is formed interposed therebetween. A third step of bonding, a fourth step of polishing or etching a surface of the first silicon substrate opposite to the processing surface to make the first silicon substrate a required thickness, and at least the vibrator And a fifth step of forming a vibrating beam-shaped vibrator by removing a part of the insulating film layer under the etching process to produce an angular velocity sensor. Thus, as in the first manufacturing method, Angular velocity sensor with small output and high output sensitivity It can be prepared in a single process.

【0042】また、本発明の第3の製造方法によれば、
上記絶縁膜層がシリコン酸化膜であるので、製造工程が
より簡単となる。
According to the third manufacturing method of the present invention,
Since the insulating film layer is a silicon oxide film, the manufacturing process is further simplified.

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

【図1】 この発明の実施の形態1による角速度センサ
の概略構成を示す要部の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a main part showing a schematic configuration of an angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】 この発明の実施の形態1による角速度センサ
の製造プロセスを示す工程図である。
FIG. 2 is a process chart showing a manufacturing process of the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.

【図3】 この発明の実施の形態2による角速度センサ
の概略構成を示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing a schematic configuration of an angular velocity sensor according to Embodiment 2 of the present invention.

【図4】 この発明の実施の形態2による角速度センサ
の製造プロセスを示す工程図である。
FIG. 4 is a process chart showing a manufacturing process of an angular velocity sensor according to Embodiment 2 of the present invention.

【図5】 この発明の実施の形態3による角速度センサ
の概略構成を示す要部の斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view of a main part showing a schematic configuration of an angular velocity sensor according to Embodiment 3 of the present invention.

【図6】 この発明の実施の形態4による角速度センサ
の概略構成を示す要部の斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view of a main part showing a schematic configuration of an angular velocity sensor according to Embodiment 4 of the present invention.

【図7】 この発明の実施の形態4に係わる第2の基板
の概略断面図である。
FIG. 7 is a schematic sectional view of a second substrate according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】 この発明の実施の形態5による角速度センサ
の別の製造プロセスを示す工程図である。
FIG. 8 is a process chart showing another manufacturing process of the angular velocity sensor according to Embodiment 5 of the present invention.

【図9】 従来の角速度センサの概略構成を示す要部の
斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view of a main part showing a schematic configuration of a conventional angular velocity sensor.

【図10】 従来の角速度センサの概略構成を示す要部
の断面図である。
FIG. 10 is a sectional view of a main part showing a schematic configuration of a conventional angular velocity sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1の基板、2 振動子、3 第3電極、4 第1
電極、5 第2電極、4a 第1電極の支持部、5a
第2電極の支持部、10 基板、10a ベースのシリ
コン、10b 酸化膜層、10c 最表面のシリコン
層、20 第2の基板、21 キャビティ、22 貫通
穴、23 絶縁膜、30 第1の基板、30a 酸化膜
層、31 第2の基板、100 角速度センサ部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 First substrate, 2 vibrator, 3rd electrode, 4th
Electrode, 5 second electrode, 4a first electrode support, 5a
Support portion of second electrode, 10 substrate, 10a base silicon, 10b oxide film layer, 10c top surface silicon layer, 20 second substrate, 21 cavity, 22 through hole, 23 insulating film, 30 first substrate, 30a oxide film layer, 31 second substrate, 100 angular velocity sensor unit.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン基板上に絶縁膜層を介して一部
が支持固定され、振動可能な梁形状を構成する振動子、
この振動子の梁部の両側面に対して各々平行な側面を有
し、絶縁膜層を介して少なくとも一部が上記シリコン基
板に支持固定される第1電極及び第2電極、上記振動子
を上記振動子の梁部の両側面の方向に振動させる駆動手
段、並びに上記振動子の梁部と対向する上記シリコン基
板の表面を第3電極として、上記振動子の回転により発
生するコリオリ力を検出する検出手段を備えたことを特
徴とする角速度センサ。
A vibrator partly supported and fixed on a silicon substrate via an insulating film layer to form a vibrable beam shape;
A first electrode and a second electrode, each of which has side surfaces parallel to both side surfaces of a beam portion of the vibrator and at least a part of which is supported and fixed to the silicon substrate via an insulating film layer; Driving means for vibrating in the direction of both sides of the beam portion of the vibrator, and detecting Coriolis force generated by rotation of the vibrator, using the surface of the silicon substrate facing the beam portion of the vibrator as a third electrode. An angular velocity sensor, comprising:
【請求項2】 シリコン基板上に絶縁膜層を介して一部
が支持固定され、振動可能な梁形状を構成する振動子、
上記振動子の梁部の両側面に対して各々平行な側面を有
し、絶縁膜層を介して少なくとも一部が上記シリコン基
板に支持固定される第1電極及び第2電極、上記振動子
の梁部と対向する上記シリコン基板の表面を第3電極と
して、上記振動子を上記シリコン基板表面に対して垂直
方向に振動させる駆動手段、並びに上記第1電極及び第
2電極により、上記振動子の回転により発生するコリオ
リ力を検出する検出手段を備えたことを特徴とする角速
度センサ。
2. A vibrator partly supported and fixed on a silicon substrate via an insulating film layer to form a vibrable beam shape;
A first electrode and a second electrode, each having a side surface parallel to both side surfaces of the beam portion of the vibrator, at least a part of which is supported and fixed to the silicon substrate via an insulating film layer; Driving means for vibrating the vibrator in a direction perpendicular to the surface of the silicon substrate using the surface of the silicon substrate facing the beam portion as a third electrode, and the first electrode and the second electrode, the vibration of the vibrator An angular velocity sensor comprising detection means for detecting a Coriolis force generated by rotation.
【請求項3】 振動子、第1電極、及び第2電極は、各
々片持梁または両持梁形状を有し、上記振動子と上記第
1電極及び第2電極との共振周波数が異なっていること
を特徴とする請求項1または2記載の角速度センサ。
3. The vibrator, the first electrode, and the second electrode each have a cantilever or doubly-supported beam shape, and have different resonance frequencies between the vibrator and the first and second electrodes. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein:
【請求項4】 振動子、第1電極、及び第2電極は、こ
れらを支持する支持部よりも細い片持梁または両持梁形
状を有することを特徴とする請求項3記載の角速度セン
サ。
4. The angular velocity sensor according to claim 3, wherein the vibrator, the first electrode, and the second electrode have a cantilever beam or a doubly supported beam shape smaller than a supporting portion that supports them.
【請求項5】 第1電極及び第2電極を支持する支持部
は、第1電極及び第2電極の梁部より内側に突出した形
状であることを特徴とする請求項4記載の角速度セン
サ。
5. The angular velocity sensor according to claim 4, wherein the support for supporting the first electrode and the second electrode has a shape protruding inward from a beam of the first electrode and the second electrode.
【請求項6】 振動子、第1電極、及び第2電極は、表
面の面方位が110面のシリコン単結晶より構成されて
いることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記
載の角速度センサ。
6. The oscillator according to claim 1, wherein the vibrator, the first electrode, and the second electrode are made of a silicon single crystal having a surface orientation of 110 planes. Angular velocity sensor.
【請求項7】 振動子、第1電極、及び第2電極を第2
の基板を用いて、真空封止するようにしたことを特徴と
する請求項1ないし6のいずれかに記載の角速度セン
サ。
7. A vibrator, a first electrode, and a second electrode are connected to a second electrode.
The angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the substrate is vacuum sealed.
【請求項8】 第2の基板はシリコン基板である請求項
7記載の角速度センサ。
8. The angular velocity sensor according to claim 7, wherein the second substrate is a silicon substrate.
【請求項9】 シリコン基板上に、絶縁膜層と、この絶
縁膜層上に形成されたシリコン層とが設けられた基板を
用い、上記シリコン層をシリコン加工プロセスにより加
工して、振動子とこの振動子の梁部の両側面に設けられ
る第1電極及び第2電極とに対応する形状を形成する第
1の工程と、少なくとも上記振動子の下にある絶縁膜層
の一部をエッチングにより除去し、振動可能な梁形状の
振動子を形成する第2の工程とを施したことを特徴とす
る角速度センサの製造方法。
9. A method in which a silicon substrate is provided with an insulating film layer and a silicon layer formed on the insulating film layer. A first step of forming a shape corresponding to a first electrode and a second electrode provided on both side surfaces of a beam portion of the vibrator; and etching at least a part of an insulating film layer below the vibrator by etching. And a second step of forming a vibrating beam-shaped vibrator by removing the vibrating beam-shaped vibrator.
【請求項10】 第1のシリコン基板の表面をシリコン
加工プロセスにより加工して、振動子とこの振動子の梁
部の両側面に設けられる第1電極及び第2電極とに対応
する形状を形成する第1の工程と、加工された第1のシ
リコン基板の表面に絶縁膜層を形成する第2の工程と、
第1のシリコン基板と第2のシリコン基板とを上記絶縁
膜層が形成された面を挟んで接合する第3の工程と、第
1のシリコン基板の加工面と反対側の面を、研磨あるい
はエッチングして、第1のシリコン基板を必要な厚みに
する第4の工程と、少なくとも上記振動子の下にある絶
縁膜層の一部をエッチングにより除去し、振動可能な梁
形状の振動子を形成する第5の工程とを施したことを特
徴とする角速度センサの製造方法。
10. A surface of a first silicon substrate is processed by a silicon processing process to form a shape corresponding to a vibrator and first and second electrodes provided on both side surfaces of a beam portion of the vibrator. A first step of forming an insulating film layer on the surface of the processed first silicon substrate;
A third step of bonding the first silicon substrate and the second silicon substrate with the surface on which the insulating film layer is formed interposed therebetween, and polishing or polishing the surface of the first silicon substrate opposite to the processed surface; A fourth step of etching to make the first silicon substrate to a required thickness, and removing at least a part of the insulating film layer below the vibrator by etching to form a vibrating beam-shaped vibrator. Forming a fifth step of forming the angular velocity sensor.
【請求項11】 絶縁膜層がシリコン酸化膜である請求
項9または10記載の角速度センサの製造方法。
11. The method according to claim 9, wherein the insulating film layer is a silicon oxide film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012096336A (en) * 2010-11-05 2012-05-24 Yamaha Corp Nanosheet transducer

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