JPH1038578A - 角速度センサ - Google Patents
角速度センサInfo
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- JPH1038578A JPH1038578A JP8187844A JP18784496A JPH1038578A JP H1038578 A JPH1038578 A JP H1038578A JP 8187844 A JP8187844 A JP 8187844A JP 18784496 A JP18784496 A JP 18784496A JP H1038578 A JPH1038578 A JP H1038578A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 特性のばらつきを抑制して高精度化し得ると
共に、安価に量産可能である上、小型で簡素な構造の角
速度センサを提供すること。 【解決手段】 この半導体振動型角速度センサでは、シ
リコン基板５及びガラス基板６を接合した基板接合体を
要部構成とし、シリコン基板５は一面の中央部周囲の所
定箇所に設けられた電極８ａから延在して梁部１２を介
して錘部１１ａ，１１ｂが形成されて成る振動子９，１
０を有する。振動子９，１０における振幅が最も大きい
錘部１１ａ，１１ｂを励振用電極やコリオリ力による振
動検出用電極として用いると共に、錘部１１ａ，１１ｂ
及び梁部１２の間には切り込み部１４が形成されている
ため、梁部１２の長さを長くせずとも錘部１１ａ，１１
ｂの表面積を大きく確保し、これによって小型で簡素な
構成により増大された静電容量における差をばらつき無
く高感度に検出し得る高精度な特性を得ている。
共に、安価に量産可能である上、小型で簡素な構造の角
速度センサを提供すること。 【解決手段】 この半導体振動型角速度センサでは、シ
リコン基板５及びガラス基板６を接合した基板接合体を
要部構成とし、シリコン基板５は一面の中央部周囲の所
定箇所に設けられた電極８ａから延在して梁部１２を介
して錘部１１ａ，１１ｂが形成されて成る振動子９，１
０を有する。振動子９，１０における振幅が最も大きい
錘部１１ａ，１１ｂを励振用電極やコリオリ力による振
動検出用電極として用いると共に、錘部１１ａ，１１ｂ
及び梁部１２の間には切り込み部１４が形成されている
ため、梁部１２の長さを長くせずとも錘部１１ａ，１１
ｂの表面積を大きく確保し、これによって小型で簡素な
構成により増大された静電容量における差をばらつき無
く高感度に検出し得る高精度な特性を得ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一対の橋架構造型
又はカンチレバー型の振動子を形成した半導体基板を含
んで構成されると共に、励振された振動子の回転運動に
伴うコリオリ力によって生じる振動子の変位に応じた励
振出力及び振動出力に基づいて角速度を検出する角速度
センサに関する。
又はカンチレバー型の振動子を形成した半導体基板を含
んで構成されると共に、励振された振動子の回転運動に
伴うコリオリ力によって生じる振動子の変位に応じた励
振出力及び振動出力に基づいて角速度を検出する角速度
センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の角速度センサとしては、
例えば図３に示されるように圧電効果を利用した圧電振
動型角速度センサが挙げられる。
例えば図３に示されるように圧電効果を利用した圧電振
動型角速度センサが挙げられる。
【０００３】この圧電振動型角速度センサは、断面が正
方形である金属材料から成る棒状（四角柱状）振動子１
における隣り合う面に厚さ方向に分極された圧電セラミ
ックス薄板２，３を接着すると共に、振動子１の固有振
動のノード点となる２点をリード線４で支持して構成さ
れている。
方形である金属材料から成る棒状（四角柱状）振動子１
における隣り合う面に厚さ方向に分極された圧電セラミ
ックス薄板２，３を接着すると共に、振動子１の固有振
動のノード点となる２点をリード線４で支持して構成さ
れている。
【０００４】この圧電振動型角速度センサでは、駆動用
圧電セラミックス薄板２に共振周波数に等しい周波数の
交流電圧を印加すると、振動子１が駆動用圧電セラミッ
クス薄板２を接合した面方向に屈曲振動する。そこで、
振動子１をその長さ方向の軸（図中ではＺ軸）の回りに
回転させると、コリオリ力により振動子１が駆動用圧電
セラミックス薄板２による屈曲振動方向と垂直な方向に
振動する。この振動成分を検出用圧電セラミックス薄板
３より出力電圧として検出すると、角速度に比例した大
きさの電圧が得られ、角速度を算出できる。因みに、こ
の圧電振動型角速度センサは、微細加工が困難であるた
め、比較的大型なものとなっている。
圧電セラミックス薄板２に共振周波数に等しい周波数の
交流電圧を印加すると、振動子１が駆動用圧電セラミッ
クス薄板２を接合した面方向に屈曲振動する。そこで、
振動子１をその長さ方向の軸（図中ではＺ軸）の回りに
回転させると、コリオリ力により振動子１が駆動用圧電
セラミックス薄板２による屈曲振動方向と垂直な方向に
振動する。この振動成分を検出用圧電セラミックス薄板
３より出力電圧として検出すると、角速度に比例した大
きさの電圧が得られ、角速度を算出できる。因みに、こ
の圧電振動型角速度センサは、微細加工が困難であるた
め、比較的大型なものとなっている。
【０００５】又、最近では半導体シリコン基板を用いて
マイクロ加工技術の導入により構成された角速度センサ
も多く提案されている。例えば、特開平５−２４８８７
４号公報に開示されている角速度センサは、エッチング
可能な犠牲層及び多結晶シリコンを用いて作成され、振
動子における梁部同士間の錘部が駆動電極により錘部の
厚さと垂直方向に励振され、回転により振動子に発生す
るコリオリ力を梁部の付け根に配置されたフレームに設
置した検出電極により容量の変化として検出する構成と
なっている。
マイクロ加工技術の導入により構成された角速度センサ
も多く提案されている。例えば、特開平５−２４８８７
４号公報に開示されている角速度センサは、エッチング
可能な犠牲層及び多結晶シリコンを用いて作成され、振
動子における梁部同士間の錘部が駆動電極により錘部の
厚さと垂直方向に励振され、回転により振動子に発生す
るコリオリ力を梁部の付け根に配置されたフレームに設
置した検出電極により容量の変化として検出する構成と
なっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した圧電振動型角
速度センサの場合、金属材料から成る振動子に圧電セラ
ミックス薄膜を接着剤で接着しているが、そのときに接
着位置や接着剤の層の厚さにばらつきを生じ易く、セン
サとしての特性が変化し易いという問題がある。又、振
動子における振動の節に相当するノード点にリード線の
取り付けを溶接で行う必要がある等、このときの固定方
法が煩雑であるため、高精度で小型化，低価格化を具現
することが困難になっている。
速度センサの場合、金属材料から成る振動子に圧電セラ
ミックス薄膜を接着剤で接着しているが、そのときに接
着位置や接着剤の層の厚さにばらつきを生じ易く、セン
サとしての特性が変化し易いという問題がある。又、振
動子における振動の節に相当するノード点にリード線の
取り付けを溶接で行う必要がある等、このときの固定方
法が煩雑であるため、高精度で小型化，低価格化を具現
することが困難になっている。
【０００７】一方、マイクロ加工技術の導入した角速度
センサの場合、検出電極が最も振動変位の大きい錘部で
はなく、梁部の付け根のフレームに設けられているた
め、錘部の厚さ方向の変位による検出感度が小さくなる
上、構造的に形状が大きくなり易いという問題がある。
又、この角速度センサの場合、製造工程では振動子を形
成する一対の錘部に対して多数の駆動電極を設け、更に
そのフレーム端部にも多数の検出電極を設けた上、サー
フェスマイクロマシニングによりシリコン基板上に薄膜
を形成してから所定の形状にエッチングすることを繰り
返す工程を要するため、製造に手間がかかって余り量産
には適さないという問題がある。
センサの場合、検出電極が最も振動変位の大きい錘部で
はなく、梁部の付け根のフレームに設けられているた
め、錘部の厚さ方向の変位による検出感度が小さくなる
上、構造的に形状が大きくなり易いという問題がある。
又、この角速度センサの場合、製造工程では振動子を形
成する一対の錘部に対して多数の駆動電極を設け、更に
そのフレーム端部にも多数の検出電極を設けた上、サー
フェスマイクロマシニングによりシリコン基板上に薄膜
を形成してから所定の形状にエッチングすることを繰り
返す工程を要するため、製造に手間がかかって余り量産
には適さないという問題がある。
【０００８】本発明は、このような問題点を解決すべく
なされたもので、その技術的課題は、特性のばらつきを
抑制して高精度化し得ると共に、安価に量産可能である
上、小型で簡素な構造の角速度センサを提供することに
ある。
なされたもので、その技術的課題は、特性のばらつきを
抑制して高精度化し得ると共に、安価に量産可能である
上、小型で簡素な構造の角速度センサを提供することに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、一面の
中央部周囲の所定箇所に設けられた電極から延在して梁
部を介して錘部が形成されて成ると共に、該錘部及び該
梁部の間に切り込み部が形成された振動子を有する半導
体基板と、電極に振動子の共振周波数に略等しい周波数
の交流電圧を印加させて該振動子を第１の軸方向に励振
させるための励振手段と、振動子の回転運動に伴うコリ
オリ力によって第１の軸方向と直交する第２の軸方向に
生じる振動を検出する振動検出手段とを備え、励振手段
による励振出力及び振動検出手段による振動出力に基づ
いて角速度を算出する角速度センサが得られる。この角
速度センサにおいて、励振手段には電極間におけるクー
ロン力，電磁力，圧電効果，及び薄膜ヒーターの加熱／
冷却に基づく膨張／収縮のうちの何れかを作用させる手
段を用いることや、振動検出手段にはピエゾ抵抗素子，
圧電素子，及び磁気検出素子のうちの何れかを用いるこ
とは好ましい。
中央部周囲の所定箇所に設けられた電極から延在して梁
部を介して錘部が形成されて成ると共に、該錘部及び該
梁部の間に切り込み部が形成された振動子を有する半導
体基板と、電極に振動子の共振周波数に略等しい周波数
の交流電圧を印加させて該振動子を第１の軸方向に励振
させるための励振手段と、振動子の回転運動に伴うコリ
オリ力によって第１の軸方向と直交する第２の軸方向に
生じる振動を検出する振動検出手段とを備え、励振手段
による励振出力及び振動検出手段による振動出力に基づ
いて角速度を算出する角速度センサが得られる。この角
速度センサにおいて、励振手段には電極間におけるクー
ロン力，電磁力，圧電効果，及び薄膜ヒーターの加熱／
冷却に基づく膨張／収縮のうちの何れかを作用させる手
段を用いることや、振動検出手段にはピエゾ抵抗素子，
圧電素子，及び磁気検出素子のうちの何れかを用いるこ
とは好ましい。
【００１０】又、本発明によれば、上記角速度センサに
おいて、半導体基板はｎ型シリコン単結晶基板であり、
振動子はシリコン単結晶基板の局部に添加積層された高
濃度ホウ素添加層を主材としてエッチングにより形成さ
れた角速度センサが得られる。この角速度センサにおい
て、エッチングは異方性エッチング及びドライエッチン
グを含むものであることは好ましい。
おいて、半導体基板はｎ型シリコン単結晶基板であり、
振動子はシリコン単結晶基板の局部に添加積層された高
濃度ホウ素添加層を主材としてエッチングにより形成さ
れた角速度センサが得られる。この角速度センサにおい
て、エッチングは異方性エッチング及びドライエッチン
グを含むものであることは好ましい。
【００１１】更に、本発明によれば、上記何れかの角速
度センサにおいて、励振手段又は振動検出手段を電極に
おける錘部の厚み方向の空隙を介して配置した少なくと
も一対のものを用いて振動子の励振又は静電容量変化を
検出する角速度センサが得られる。この角速度センサに
おいて、シリコン単結晶基板と接合されると共に、該接
合面の振動子と対向する位置に金属電極が設けられた絶
縁性基板を含むことは好ましい。
度センサにおいて、励振手段又は振動検出手段を電極に
おける錘部の厚み方向の空隙を介して配置した少なくと
も一対のものを用いて振動子の励振又は静電容量変化を
検出する角速度センサが得られる。この角速度センサに
おいて、シリコン単結晶基板と接合されると共に、該接
合面の振動子と対向する位置に金属電極が設けられた絶
縁性基板を含むことは好ましい。
【００１２】加えて、本発明によれば、励振手段又は振
動検出手段を電極における錘部の厚みと垂直方向の空隙
を介してシリコン単結晶基板の一部に高濃度ホウ素添加
層を主材として配置した少なくとも一対のものを用いて
振動子の励振又は静電容量変化を検出する角速度センサ
や、或いはシリコン単結晶基板と接合されると共に、該
接合面における振動子と対向する位置に金属電極が設け
られた別のシリコン単結晶基板を含む角速度センサが得
られる。後者の角速度センサにおいて、金属電極は、別
のシリコン単結晶基板に形成した絶縁膜及び高濃度ホウ
素添加層のうちの該絶縁膜上に一対で形成され、高濃度
ホウ素添加層が振動子を含むシリコン単結晶基板と直接
接合された基板接合体における金属電極が設けられた別
のシリコン単結晶基板のシリコン部を異方性エッチング
により除去して形成されたものであることは好ましい。
又、上述した何れかの角速度センサにおいて、空隙の形
状は櫛歯状であることは好ましい。
動検出手段を電極における錘部の厚みと垂直方向の空隙
を介してシリコン単結晶基板の一部に高濃度ホウ素添加
層を主材として配置した少なくとも一対のものを用いて
振動子の励振又は静電容量変化を検出する角速度センサ
や、或いはシリコン単結晶基板と接合されると共に、該
接合面における振動子と対向する位置に金属電極が設け
られた別のシリコン単結晶基板を含む角速度センサが得
られる。後者の角速度センサにおいて、金属電極は、別
のシリコン単結晶基板に形成した絶縁膜及び高濃度ホウ
素添加層のうちの該絶縁膜上に一対で形成され、高濃度
ホウ素添加層が振動子を含むシリコン単結晶基板と直接
接合された基板接合体における金属電極が設けられた別
のシリコン単結晶基板のシリコン部を異方性エッチング
により除去して形成されたものであることは好ましい。
又、上述した何れかの角速度センサにおいて、空隙の形
状は櫛歯状であることは好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に実施例を挙げ、本発明の角
速度センサについて、図面を参照して詳細にに説明す
る。
速度センサについて、図面を参照して詳細にに説明す
る。
【００１４】図１は、本発明の一実施例に係る半導体振
動型角速度センサの要部構成を示したもので、同図
（ａ）はその平面図に関するもの，同図（ｂ）は同図
（ａ）のＡ−Ａ´線方向における側面断面図に関するも
のである。
動型角速度センサの要部構成を示したもので、同図
（ａ）はその平面図に関するもの，同図（ｂ）は同図
（ａ）のＡ−Ａ´線方向における側面断面図に関するも
のである。
【００１５】この半導体振動型角速度センサは、ｎ型シ
リコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板と呼ぶ）５
及び絶縁性基板としてのガラス基板６を接合した基板接
合体から成っている。シリコン基板５の一部にはエッチ
ングにより静電容量を作成するための空隙部（ギャッ
プ）７が形成されている。シリコン基板５における空隙
部７内側（点線部内側）には高濃度ホウ素拡散を行って
高濃度ホウ素拡散部８が形成され、そのシリコン基板５
の反対面からは高濃度ホウ素拡散部８をエッチストップ
にして異方性エッチングを行ってダイヤフラムを形成
し、このダイヤフラムから反応性イオンエッチング（以
下、ＲＩＥとする）等のドライエッチングを行って一対
の振動子９，１０を形成している。振動子９は錘部１１
ａ及び梁１２から成り、錘部１１ａ及び梁１２の間には
切り込み部（スリット）１４が設けられている。振動子
１０は錘部１１ｂ及び梁部１２から成り、ここでも錘部
１１ｂ及び梁部１２の間には同様な切り込み部１４が設
けられている。
リコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板と呼ぶ）５
及び絶縁性基板としてのガラス基板６を接合した基板接
合体から成っている。シリコン基板５の一部にはエッチ
ングにより静電容量を作成するための空隙部（ギャッ
プ）７が形成されている。シリコン基板５における空隙
部７内側（点線部内側）には高濃度ホウ素拡散を行って
高濃度ホウ素拡散部８が形成され、そのシリコン基板５
の反対面からは高濃度ホウ素拡散部８をエッチストップ
にして異方性エッチングを行ってダイヤフラムを形成
し、このダイヤフラムから反応性イオンエッチング（以
下、ＲＩＥとする）等のドライエッチングを行って一対
の振動子９，１０を形成している。振動子９は錘部１１
ａ及び梁１２から成り、錘部１１ａ及び梁１２の間には
切り込み部（スリット）１４が設けられている。振動子
１０は錘部１１ｂ及び梁部１２から成り、ここでも錘部
１１ｂ及び梁部１２の間には同様な切り込み部１４が設
けられている。
【００１６】又、ガラス基板６上には振動子９，１０の
錘部１１ａ，１１ｂの形状に合わせた金属製の検出用電
極１３ａ，１３ｂがスパッタ蒸着や真空蒸着により形成
されている。シリコン基板５及びガラス基板６は、陽極
接合技術を用いて接合されており、錘部１１ａ，１１ｂ
の厚さ方向の静電容量が形成されている。錘部１１ａ，
１１ｂの厚さ方向と垂直方向には高濃度ホウ素拡散部８
を数カ所ＲＩＥによって切断することにより、３つの電
極８ａ，８ｂ，８ｃが形成されている。このうち、電極
８ａを振動子９，１０を励振させるための励振用電極と
して利用し、電極８ｂ，８ｃをその対向電極として利用
する。尚、それぞれの電極８ａ，８ｂ，８ｃの高濃度ホ
ウ素拡散を用いた引き回しは略図する。
錘部１１ａ，１１ｂの形状に合わせた金属製の検出用電
極１３ａ，１３ｂがスパッタ蒸着や真空蒸着により形成
されている。シリコン基板５及びガラス基板６は、陽極
接合技術を用いて接合されており、錘部１１ａ，１１ｂ
の厚さ方向の静電容量が形成されている。錘部１１ａ，
１１ｂの厚さ方向と垂直方向には高濃度ホウ素拡散部８
を数カ所ＲＩＥによって切断することにより、３つの電
極８ａ，８ｂ，８ｃが形成されている。このうち、電極
８ａを振動子９，１０を励振させるための励振用電極と
して利用し、電極８ｂ，８ｃをその対向電極として利用
する。尚、それぞれの電極８ａ，８ｂ，８ｃの高濃度ホ
ウ素拡散を用いた引き回しは略図する。
【００１７】半導体振動型角速度センサを構成する場
合、振動子９，１０の共振周波数に略等しい周波数の交
流電圧を印加させて振動子９，１０を第１の軸方向（例
えばＸ軸方向）に励振させるための電極８ａに接続され
た励振手段（略図する）と、振動子９，１０の回転運動
に伴うコリオリ力によって第１の軸方向（例えばＸ軸方
向）と直交する第２の軸方向（ここではＺ軸方向を示
す）に生じる振動を検出するための検出用電極１３ａ，
１３ｂに接続された振動検出手段（略図する）とを備
え、これらの励振手段による励振出力と振動検出手段に
よる振動出力とに基づいて角速度を算出するようになっ
ている。
合、振動子９，１０の共振周波数に略等しい周波数の交
流電圧を印加させて振動子９，１０を第１の軸方向（例
えばＸ軸方向）に励振させるための電極８ａに接続され
た励振手段（略図する）と、振動子９，１０の回転運動
に伴うコリオリ力によって第１の軸方向（例えばＸ軸方
向）と直交する第２の軸方向（ここではＺ軸方向を示
す）に生じる振動を検出するための検出用電極１３ａ，
１３ｂに接続された振動検出手段（略図する）とを備
え、これらの励振手段による励振出力と振動検出手段に
よる振動出力とに基づいて角速度を算出するようになっ
ている。
【００１８】励振手段としては電極間におけるクーロン
力，電磁力，圧電効果，及び薄膜ヒーターの加熱／冷却
に基づく膨張／収縮のうちの何れかを作用させる手段を
用いれば良く、振動検出手段としてはピエゾ抵抗素子，
圧電素子，及び磁気検出素子（ホール素子，ＨＦ素子，
コイル等）のうちの何れかを用いれば良い。
力，電磁力，圧電効果，及び薄膜ヒーターの加熱／冷却
に基づく膨張／収縮のうちの何れかを作用させる手段を
用いれば良く、振動検出手段としてはピエゾ抵抗素子，
圧電素子，及び磁気検出素子（ホール素子，ＨＦ素子，
コイル等）のうちの何れかを用いれば良い。
【００１９】この半導体振動型角速度センサにより角速
度の検出を行う場合、例えば励振用電極としての電極８
ａに関して、電極８ｂ及び電極８ｃに同時にパルス電圧
又は交流電圧を加えると、振動子９，１０はそれぞれ対
向電極８ｂ，８ｃとの間でＸ軸方向において静電気力
（クーロン力）によって引き寄せられては離れるという
振動をする。この状態で検出用電極１３ａ，１３ｂは、
回転が無ければコリオリ力が発生せずにギャップ長や静
電容量値も等しいが、Ｙ軸方向に回転するとコリオリ力
が発生して振動子９，１０はＺ軸方向に振動する力を受
ける。但し、振動子９，１０の励振方向の位相が１８０
度ずれているので、振動子９，１０のＺ軸方向への振動
も位相が１８０度ずれる。そのために検出用電極１３
ａ，１３ｂのギャップに差が生じて静電容量が変化して
差を発生する。この静電容量の差を求めれば角速度の大
きさに対応した出力が得られる。
度の検出を行う場合、例えば励振用電極としての電極８
ａに関して、電極８ｂ及び電極８ｃに同時にパルス電圧
又は交流電圧を加えると、振動子９，１０はそれぞれ対
向電極８ｂ，８ｃとの間でＸ軸方向において静電気力
（クーロン力）によって引き寄せられては離れるという
振動をする。この状態で検出用電極１３ａ，１３ｂは、
回転が無ければコリオリ力が発生せずにギャップ長や静
電容量値も等しいが、Ｙ軸方向に回転するとコリオリ力
が発生して振動子９，１０はＺ軸方向に振動する力を受
ける。但し、振動子９，１０の励振方向の位相が１８０
度ずれているので、振動子９，１０のＺ軸方向への振動
も位相が１８０度ずれる。そのために検出用電極１３
ａ，１３ｂのギャップに差が生じて静電容量が変化して
差を発生する。この静電容量の差を求めれば角速度の大
きさに対応した出力が得られる。
【００２０】或いは上述した検出用電極１３ａ，１３ｂ
を励振用電極とし、対向電極８ｂ，８ｃを検出用電極と
して同様に動作させても角速度センサとして動作する。
を励振用電極とし、対向電極８ｂ，８ｃを検出用電極と
して同様に動作させても角速度センサとして動作する。
【００２１】従って、この角速度センサは、励振手段又
は振動検出手段を電極における錘部１１ａ，１１ｂの厚
み方向の空隙を介して配置した少なくとも一対のものを
用いて振動子９，１０の励振又は静電容量変化を検出す
る構成（或いは錘部１１ａ，１１ｂの厚みと垂直方向の
空隙を介してシリコン基板５の一部に高濃度ホウ素添加
層を主材として配置した少なくとも一対のものを用いる
構成としても良い）となる。又、このような角速度セン
サでは、可能な限り感度を上げるために梁部１２の長さ
もできるだけ長くし、錘部１１ａ，１１ｂの表面積を大
きくして静電容量を大きくすべく、梁部１２と錘部１１
ａ，１１ｂとの間に切り込み部１４を形成して可能な限
り小型の角速度センサになるようにしている。更に、感
度を上げるために錘部１１ａ，１１ｂの厚さと垂直方向
の空隙の面積を大きくなるように、それぞれの空隙の形
状を櫛歯状にすることも効果的である。
は振動検出手段を電極における錘部１１ａ，１１ｂの厚
み方向の空隙を介して配置した少なくとも一対のものを
用いて振動子９，１０の励振又は静電容量変化を検出す
る構成（或いは錘部１１ａ，１１ｂの厚みと垂直方向の
空隙を介してシリコン基板５の一部に高濃度ホウ素添加
層を主材として配置した少なくとも一対のものを用いる
構成としても良い）となる。又、このような角速度セン
サでは、可能な限り感度を上げるために梁部１２の長さ
もできるだけ長くし、錘部１１ａ，１１ｂの表面積を大
きくして静電容量を大きくすべく、梁部１２と錘部１１
ａ，１１ｂとの間に切り込み部１４を形成して可能な限
り小型の角速度センサになるようにしている。更に、感
度を上げるために錘部１１ａ，１１ｂの厚さと垂直方向
の空隙の面積を大きくなるように、それぞれの空隙の形
状を櫛歯状にすることも効果的である。
【００２２】図２は、本発明の他の実施例に係る半導体
角速度センサの要部構成を示した側面断面図である。
角速度センサの要部構成を示した側面断面図である。
【００２３】この半導体角速度センサは、先の一実施例
のセンサと比べて基本構成は同じであるが、錘部１１
ａ，１１ｂの厚さ方向の対向電極を形成するため、ガラ
ス基板６の代わりに図示されない別のシリコン単結晶基
板（以下、単に別のシリコン基板とする）を用いたこと
である。
のセンサと比べて基本構成は同じであるが、錘部１１
ａ，１１ｂの厚さ方向の対向電極を形成するため、ガラ
ス基板６の代わりに図示されない別のシリコン単結晶基
板（以下、単に別のシリコン基板とする）を用いたこと
である。
【００２４】この別のシリコン基板の一部にはエッチン
グにより比較的大きな空隙部１５が形成され、空隙部１
５を形成した面にＬＰＣＶＤ等により酸化膜や窒化膜等
の絶縁膜１６が空隙部１５内だけに残るように蒸着され
ている。ここでの絶縁膜１６上の振動子９，１０に対向
する位置には金属蒸着により（或いはポリシリコンを蒸
着して高濃度ホウ素を添加しても良い）金属電極１７，
１８が配置されている。絶縁膜１６で覆われてない残り
の面には高濃度ホウ素拡散層１９が形成されている。こ
の別のシリコン基板と、一実施例で振動子９，１０を形
成したシリコン基板５とを高温で直接接合して基板接合
体を得て静電容量を形成する。最後に異方性エッチング
により別のシリコン基板におけるシリコン部を除去して
図示のような形状にする。
グにより比較的大きな空隙部１５が形成され、空隙部１
５を形成した面にＬＰＣＶＤ等により酸化膜や窒化膜等
の絶縁膜１６が空隙部１５内だけに残るように蒸着され
ている。ここでの絶縁膜１６上の振動子９，１０に対向
する位置には金属蒸着により（或いはポリシリコンを蒸
着して高濃度ホウ素を添加しても良い）金属電極１７，
１８が配置されている。絶縁膜１６で覆われてない残り
の面には高濃度ホウ素拡散層１９が形成されている。こ
の別のシリコン基板と、一実施例で振動子９，１０を形
成したシリコン基板５とを高温で直接接合して基板接合
体を得て静電容量を形成する。最後に異方性エッチング
により別のシリコン基板におけるシリコン部を除去して
図示のような形状にする。
【００２５】即ち、この半導体角速度センサは、シリコ
ン基板５と接合されると共に、接合面の振動子と対向す
る位置に金属電極１７，１８が設けられた別のシリコン
基板を用いて得られるが、ここでの金属電極１７，１８
は別のシリコン基板に形成した絶縁膜１６及び高濃度ホ
ウ素添加層１９のうちの絶縁膜１６上に一対で形成され
たものを含んで高濃度ホウ素添加層１９が振動子９，１
０を含むシリコン基板５と直接接合された基板接合体に
おける別のシリコン基板のシリコン部を異方性エッチン
グにより除去して形成されたものとなる。
ン基板５と接合されると共に、接合面の振動子と対向す
る位置に金属電極１７，１８が設けられた別のシリコン
基板を用いて得られるが、ここでの金属電極１７，１８
は別のシリコン基板に形成した絶縁膜１６及び高濃度ホ
ウ素添加層１９のうちの絶縁膜１６上に一対で形成され
たものを含んで高濃度ホウ素添加層１９が振動子９，１
０を含むシリコン基板５と直接接合された基板接合体に
おける別のシリコン基板のシリコン部を異方性エッチン
グにより除去して形成されたものとなる。
【００２６】このような角速度センサの場合も、動作上
は一実施例の場合と同様であり、その製造工程は一実施
例の場合よりも複雑になるが、シリコン基板同士を接合
した基板接合体の構造であるため、接合時の熱による残
留応力が少なく、温度特性の優れたものとなる。
は一実施例の場合と同様であり、その製造工程は一実施
例の場合よりも複雑になるが、シリコン基板同士を接合
した基板接合体の構造であるため、接合時の熱による残
留応力が少なく、温度特性の優れたものとなる。
【００２７】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の角速度
センサによれば、振動子としての振幅が最も大きい錘部
を振動子を励振させるための励振用電極やコリオリ力に
よる振動子の振動を検出するための検出用電極として用
いるため、従来の圧電振動型角速度センサやマイクロ加
工技術を用いた角速度センサよりも効率良く励振を行
い、高精度に角度検出を行うことができる。特に、振動
子の錘部及び梁部の間に切り込み部（スリット）を形成
することにより、梁部の長さを長くせずとも錘部の表面
積を大きく確保し、これによって小型で簡素な構成によ
り増大された静電容量における差をばらつき無く高感度
に検出し得る高精度な特性が得られるようになる。又、
製造工程においても、簡素な構成であるため、ノード点
でワイヤを接続する必要や機械加工や接着，溶接等の工
程も必要無い上、従来のようにサーフェスマイクロマシ
ニング等の緻密なマイクロ加工技術により半導体基板上
に薄膜を形成し、所定の形状にエッチングすることを繰
り返す工程が必要無く、周知の汎用的なマイクロ加工技
術を用いて容易に製造できる。この結果、小型で簡素な
構造の高精度な角速度センサを安価に量産できるように
なる。
センサによれば、振動子としての振幅が最も大きい錘部
を振動子を励振させるための励振用電極やコリオリ力に
よる振動子の振動を検出するための検出用電極として用
いるため、従来の圧電振動型角速度センサやマイクロ加
工技術を用いた角速度センサよりも効率良く励振を行
い、高精度に角度検出を行うことができる。特に、振動
子の錘部及び梁部の間に切り込み部（スリット）を形成
することにより、梁部の長さを長くせずとも錘部の表面
積を大きく確保し、これによって小型で簡素な構成によ
り増大された静電容量における差をばらつき無く高感度
に検出し得る高精度な特性が得られるようになる。又、
製造工程においても、簡素な構成であるため、ノード点
でワイヤを接続する必要や機械加工や接着，溶接等の工
程も必要無い上、従来のようにサーフェスマイクロマシ
ニング等の緻密なマイクロ加工技術により半導体基板上
に薄膜を形成し、所定の形状にエッチングすることを繰
り返す工程が必要無く、周知の汎用的なマイクロ加工技
術を用いて容易に製造できる。この結果、小型で簡素な
構造の高精度な角速度センサを安価に量産できるように
なる。
【図１】本発明の一実施例に係る半導体振動型角速度セ
ンサの要部構成を示したもので、（ａ）はその平面図に
関するもの，（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´線方向における
側面断面図に関するものである。
ンサの要部構成を示したもので、（ａ）はその平面図に
関するもの，（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´線方向における
側面断面図に関するものである。
【図２】本発明の他の実施例に係る半導体角速度センサ
の要部構成を示した側面断面図である。
の要部構成を示した側面断面図である。
【図３】従来の圧電効果を利用した振動型角速度センサ
の要部構成の外観を示した斜視図である。
の要部構成の外観を示した斜視図である。
１，９，１０ 振動子 ２，３ 圧電セラミックス ４ リード線 ５ シリコン基板 ６ ガラス基板 ７，１５ 空隙部（ギャップ） ８，１９ 高濃度ホウ素拡散層 ８ａ，８ｂ，８ｃ 電極 １１ａ，１１ｂ 錘部 １２ 梁部 １３ａ，１３ｂ，１７，１８ 電極 １４ 切り込み部（スリット） １６ 絶縁膜
Claims (11)
- 【請求項１】 一面の中央部周囲の所定箇所に設けられ
た電極から延在して梁部を介して錘部が形成されて成る
と共に、該錘部及び該梁部の間に切り込み部が形成され
た振動子を有する半導体基板と、前記電極に前記振動子
の共振周波数に略等しい周波数の交流電圧を印加させて
該振動子を第１の軸方向に励振させるための励振手段
と、前記振動子の回転運動に伴うコリオリ力によって前
記第１の軸方向と直交する第２の軸方向に生じる振動を
検出する振動検出手段とを備え、前記励振手段による励
振出力及び前記振動検出手段による振動出力に基づいて
角速度を算出することを特徴とする角速度センサ。 - 【請求項２】 請求項１記載の角速度センサにおいて、
前記励振手段は、前記電極間におけるクーロン力，電磁
力，圧電効果，及び薄膜ヒーターの加熱／冷却に基づく
膨張／収縮のうちの何れかを作用させる手段を用いたこ
とを特徴とする角速度センサ。 - 【請求項３】 請求項１記載の角速度センサにおいて、
前記振動検出手段には、ピエゾ抵抗素子，圧電素子，及
び磁気検出素子のうちの何れかを用いたことを特徴とす
る角速度センサ。 - 【請求項４】 請求項１〜３の何れか一つに記載の角速
度センサにおいて、前記半導体基板はｎ型シリコン単結
晶基板であり、前記振動子は前記シリコン単結晶基板の
局部に添加積層された高濃度ホウ素添加層を主材として
エッチングにより形成されたことを特徴とする角速度セ
ンサ。 - 【請求項５】 請求項４記載の角速度センサにおいて、
前記エッチングは異方性エッチング及びドライエッチン
グを含むものであることを特徴とする角速度センサ。 - 【請求項６】 請求項１〜５の何れか一つに記載の角速
度センサにおいて、前記励振手段又は前記振動検出手段
を前記電極における前記錘部の厚み方向の空隙を介して
配置した少なくとも一対のものを用いて前記振動子の励
振又は静電容量変化を検出することを特徴とする角速度
センサ。 - 【請求項７】 請求項６記載の角速度センサにおいて、
前記シリコン単結晶基板と接合されると共に、該接合面
における前記振動子と対向する位置に金属電極が設けら
れた絶縁性基板を含むことを特徴とする角速度センサ。 - 【請求項８】 請求項１〜５の何れか一つに記載の角速
度センサにおいて、前記励振手段又は前記振動検出手段
を前記電極における前記錘部の厚みと垂直方向の空隙を
介して前記シリコン単結晶基板の一部に高濃度ホウ素添
加層を主材として配置した少なくとも一対のものを用い
て前記振動子の励振又は静電容量変化を検出することを
特徴とする角速度センサ。 - 【請求項９】 請求項１〜５の何れか一つに記載の角速
度センサにおいて、前記シリコン単結晶基板と接合され
ると共に、該接合面における前記振動子と対向する位置
に金属電極が設けられた別のシリコン単結晶基板を含む
ことを特徴とする角速度センサ。 - 【請求項１０】 請求項９記載の角速度センサにおい
て、前記金属電極は、前記別のシリコン単結晶基板に形
成した絶縁膜及び高濃度ホウ素添加層のうちの該絶縁膜
上に一対で形成され、該高濃度ホウ素添加層が前記振動
子を含む前記シリコン単結晶基板と直接接合された基板
接合体における金属電極が設けられた別のシリコン単結
晶基板のシリコン部を異方性エッチングにより除去して
形成されたことを特徴とする角速度センサ。 - 【請求項１１】 請求項８記載の角速度センサにおい
て、前記空隙の形状は櫛歯状であることを特徴とする角
速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8187844A JPH1038578A (ja) | 1996-07-17 | 1996-07-17 | 角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8187844A JPH1038578A (ja) | 1996-07-17 | 1996-07-17 | 角速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1038578A true JPH1038578A (ja) | 1998-02-13 |
Family
ID=16213222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8187844A Withdrawn JPH1038578A (ja) | 1996-07-17 | 1996-07-17 | 角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1038578A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6300676B1 (en) * | 1998-12-21 | 2001-10-09 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Small size electronic part and a method for manufacturing the same, and a method for forming a via hole for use in the same |
| JP2005224933A (ja) * | 2003-10-31 | 2005-08-25 | Seiko Epson Corp | 半導体装置 |
| JP2007509346A (ja) * | 2003-10-20 | 2007-04-12 | インベンセンス インコーポレイテッド | 垂直方向に集積した電子回路およびウェハ・スケール密封包装を含むｘ−ｙ軸二重質量音叉ジャイロスコープ |
| KR101105059B1 (ko) | 2005-11-18 | 2012-01-17 | 인벤센스 인코포레이티드. | 수직으로 집적화된 일렉트로닉스 및 웨이퍼 스케일 밀봉패키징을 갖는 ｘ―ｙ축 듀얼 매스 튜닝 포크자이로스코프를 제조 방법 |
| US9751752B2 (en) | 2005-03-18 | 2017-09-05 | Invensense, Inc. | Method of fabrication of Al/Ge bonding in a wafer packaging environment and a product produced therefrom |
-
1996
- 1996-07-17 JP JP8187844A patent/JPH1038578A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6300676B1 (en) * | 1998-12-21 | 2001-10-09 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Small size electronic part and a method for manufacturing the same, and a method for forming a via hole for use in the same |
| JP2007509346A (ja) * | 2003-10-20 | 2007-04-12 | インベンセンス インコーポレイテッド | 垂直方向に集積した電子回路およびウェハ・スケール密封包装を含むｘ−ｙ軸二重質量音叉ジャイロスコープ |
| JP2005224933A (ja) * | 2003-10-31 | 2005-08-25 | Seiko Epson Corp | 半導体装置 |
| JP4670271B2 (ja) * | 2003-10-31 | 2011-04-13 | セイコーエプソン株式会社 | 半導体装置 |
| US9751752B2 (en) | 2005-03-18 | 2017-09-05 | Invensense, Inc. | Method of fabrication of Al/Ge bonding in a wafer packaging environment and a product produced therefrom |
| KR101105059B1 (ko) | 2005-11-18 | 2012-01-17 | 인벤센스 인코포레이티드. | 수직으로 집적화된 일렉트로닉스 및 웨이퍼 스케일 밀봉패키징을 갖는 ｘ―ｙ축 듀얼 매스 튜닝 포크자이로스코프를 제조 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031007 |