JPH11211482A - Electrode structure of surface micromachine - Google Patents

Electrode structure of surface micromachine

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Publication number
JPH11211482A
JPH11211482A JP10015960A JP1596098A JPH11211482A JP H11211482 A JPH11211482 A JP H11211482A JP 10015960 A JP10015960 A JP 10015960A JP 1596098 A JP1596098 A JP 1596098A JP H11211482 A JPH11211482 A JP H11211482A
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JP
Japan
Prior art keywords
electrode
vibrating body
electrodes
drive
servo
Prior art date
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Pending
Application number
JP10015960A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoru Nomoto
了 野本
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP10015960A priority Critical patent/JPH11211482A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the S/N ratio of an oscillating body OC and prevent the short circuit by the contact of the OC with an electrode by arranging a drive detecting electrode for detecting the driving state of the OC and a servo electrodes for regulating the position of the OC on both sides of the OC. SOLUTION: A pair of drive detecting electrodes 30, 40 for detecting the oscillating state of an oscillating body OC are provided on both sides of the OC, and servo electrodes 31, 32, 41, 42 for regulating the position of the OC are arranged on both the sides thereof. A voltage of a prescribed period from a drive circuit is alternately applied to drive electrodes 33, 34, 43, 44 to drive and oscillate the OC. The change of the OC when an angle speed is generated is detected by angle speed detecting electrodes ODT1, ODT2, and the angle speed is determined by an angle speed detecting circuit. The capacity change of the OC is detected by the drive detecting electrodes 30, 40, and the voltage to be applied to the servo electrodes 31, 32, 41, 42 is regulated to a voltage corresponding to the capacity by a servo circuit to correct the position of the OC.

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】本発明は角速度を検出する表
面マイクロマシンに関するものであり、特に振動体を駆
動状態時に正常駆動位置に戻すことが可能な表面マイク
ロマシンの電極構造に係る。
The present invention relates to a surface micromachine for detecting an angular velocity, and more particularly to an electrode structure of a surface micromachine capable of returning a vibrating body to a normal driving position in a driving state.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、表面マイクロマシンにおいては、
基板上に2つの駆動電極が設けられ、駆動電極間に振動
体が設けられ、振動体は基板に対して一定の空隙をもっ
て設けられ、180度位相がずれた静電力を2つの駆動
電極に印加されることにより駆動されて、角速度が発生
した場合、振動体にコリオリ力が発生し、コリオリ力が
かかった振動体の動きを振動体に対し対向して設けられ
た角速度検出電極により検出するものが知られている。
例えばこのようなセンサが特開平4−242444号公
報に開示されている。この公報に開示されるセンサは、
基板側に設けられた駆動電極と振動体側に設けられた駆
動電極とは振動検出方向に対して櫛歯形状となってお
り、振動体は一方向に長いものとなっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a surface micromachine,
Two driving electrodes are provided on the substrate, and a vibrating body is provided between the driving electrodes. The vibrating body is provided with a constant gap with respect to the substrate, and applies an electrostatic force 180 degrees out of phase to the two driving electrodes. When an angular velocity is generated by driving the vibrating body, Coriolis force is generated in the vibrating body, and the movement of the vibrating body subjected to the Coriolis force is detected by an angular velocity detecting electrode provided opposite to the vibrating body. It has been known.
For example, such a sensor is disclosed in JP-A-4-242444. The sensor disclosed in this publication,
The drive electrode provided on the substrate side and the drive electrode provided on the vibrating body side have a comb shape in the vibration detection direction, and the vibrating body is elongated in one direction.

【0003】また、駆動電極からの配線の引き出し構造
に関しては、USP 5,620,931号公報に開示
されている。この構造のものは基板上にポリシリコンか
ら成る振動体を駆動する駆動電極がむき出し状態で設け
られている。
[0003] A structure for drawing out wiring from a driving electrode is disclosed in US Pat. No. 5,620,931. In this structure, a drive electrode for driving a vibrator made of polysilicon is provided on a substrate in a bare state.

【0004】[0004]

【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板
側に設けられた駆動電極と振動体側に設けられた駆動電
極とを櫛歯形状にして振動体を駆動すると、安定して振
動体を駆動することが可能となるが、振動体と基板側の
駆動電極との接触を防止するために、櫛歯の空隙を大き
くとらなければいけなくなるため、振動体の厚みが大き
くなり、その結果、振動体が大きくなってしまう。この
ため、大きな振動体が一方向に長くなると、振動体はそ
の応力等によりねじれが発生し易くなる。このように、
振動体にねじれが発生した場合には、角速度の検出信号
にノイズが発生し、S/N比がよくないものとなってし
まう。
However, when the vibrating body is driven with the driving electrode provided on the substrate side and the driving electrode provided on the vibrating body side in a comb shape, the vibrating body is driven stably. However, in order to prevent the contact between the vibrating body and the driving electrode on the substrate side, it is necessary to increase the gap between the comb teeth, so that the thickness of the vibrating body increases. Becomes large. For this reason, when the large vibrating body is elongated in one direction, the vibrating body is likely to be twisted due to the stress or the like. in this way,
If the vibrating body is twisted, noise is generated in the angular velocity detection signal, and the S / N ratio becomes poor.

【0005】また、基板側の駆動電極と振動体との間で
電位が大きく異なっている場合、振動体が大きな変位を
したとき、両者が接触すると電気的ショートが発生し、
信頼性がよくないものとなってしまう。
When the potential of the driving electrode on the substrate side is largely different from that of the vibrating body, when the vibrating body makes a large displacement, when both come into contact, an electrical short circuit occurs,
It is not reliable.

【0006】よって、本発明は上記の問題点に鑑みてな
されたものであり、振動体のS/N比の向上させると共
に、振動体が電極に接触しても電気的ショートが発生し
ないものとすることを技術的課題とする。
Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is intended to improve the S / N ratio of a vibrating body and prevent an electric short circuit even when the vibrating body comes into contact with an electrode. Is a technical task.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに講じた技術的手段は、振動体の両側に振動体の駆動
状態を検出する対の駆動検出電極を設け、駆動検出電極
の両側に振動体の位置調整を行うサーボ電極を配設し
た。
The technical means taken to solve the above problem is to provide a pair of drive detecting electrodes for detecting the driving state of the vibrating body on both sides of the vibrating body, A servo electrode for adjusting the position of the vibrating body was provided.

【0008】上記の如く、振動体の両側に振動体の駆動
状態を検出する対の駆動検出電極を設け、駆動検出電極
の両側に振動体の位置調整を行うサーボ電極を配設した
ので、サーボ電極により振動体の位置調整が可能とな
り、振動体にねじれが発生した場合でも、ねじれ調整を
行ってノイズの低減が可能となるので、S/N比が向上
する。この場合、駆動検出電極からの信号を基に、サー
ボ電極に電圧を印加して振動体の位置調整を行い、ねじ
れの調整を行うことが可能となる。
As described above, a pair of drive detecting electrodes for detecting the driving state of the vibrating body are provided on both sides of the vibrating body, and servo electrodes for adjusting the position of the vibrating body are provided on both sides of the driving detecting electrodes. The electrodes make it possible to adjust the position of the vibrating body. Even if the vibrating body is twisted, the torsion adjustment can be performed to reduce noise, thereby improving the S / N ratio. In this case, it is possible to adjust the position of the vibrating body by applying a voltage to the servo electrode based on the signal from the drive detection electrode, and to adjust the torsion.

【0009】この場合、駆動検出電極およびサーボ電極
の少なくとも一方が上下に分離される構造をとれば、上
下に分離された駆動検出電極、サーボ電極の上下電極に
異なった電圧を印加することができ、振動体の正確な位
置調整が可能となる。
In this case, if a structure is adopted in which at least one of the drive detection electrode and the servo electrode is vertically separated, different voltages can be applied to the vertically separated drive detection electrode and the upper and lower electrodes of the servo electrode. Thus, accurate position adjustment of the vibrating body becomes possible.

【0010】また、振動体、駆動電極、駆動検出電極お
よびサーボ電極は基板平面に垂直な面において、振動体
の重心を通り、駆動方向に平行な面、および駆動方向に
垂直な面に対して面対称であるようにすれば、バランス
が良いものとなり制御し易く、S/N比の向上が図れ
る。
Further, the vibrating body, the drive electrode, the drive detecting electrode and the servo electrode, on a plane perpendicular to the substrate plane, pass through the center of gravity of the vibrating body, and are parallel to a plane parallel to the driving direction and a plane perpendicular to the driving direction. If the plane is symmetrical, the balance becomes good, the control is easy, and the S / N ratio can be improved.

【0011】更に、振動体が駆動時および角速度発生時
において近接する部位に絶縁膜が設けられるようにすれ
ば、振動体に大きな力が作用して駆動電極等に接触した
場合でも、絶縁膜が設けられることにより、電気的ショ
ートが防止され信頼性が向上する。
Further, if an insulating film is provided in a portion where the vibrating body is adjacent when the driving body and the angular velocity are generated, even if a large force acts on the vibrating body and comes into contact with a driving electrode or the like, the insulating film is formed. The provision prevents an electrical short and improves reliability.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0013】図1は、本発明の表面マイクロマシン10
0の全体の構造を示している。表面マイクロマシン10
0は、角速度を検出するセンサとして機能するものであ
るため、以下、センサと称す。このセンサは中央部に振
動体OCが配設され、振動体OCは基板1側に固定さ
れ、Y方向に延びる梁によりY方向の両側から4カ所で
基板1に対して浮動支持されている。振動体OCは外形
が矩形リング形状をしており、内部には複数のスリット
を有している。各スリット間に各速度を検出する角速度
検出電極ODT1,ODT2が配設され、振動体外部の
角速度検出電極パッドにその信号が伝達される構造をと
る。
FIG. 1 shows a surface micromachine 10 according to the present invention.
0 shows the entire structure. Surface micromachine 10
0 functions as a sensor for detecting the angular velocity, and is hereinafter referred to as a sensor. In this sensor, a vibrating body OC is disposed at the center, and the vibrating body OC is fixed to the substrate 1 side, and is floatingly supported on the substrate 1 at four locations from both sides in the Y direction by beams extending in the Y direction. The vibrating body OC has a rectangular ring shape in outer shape, and has a plurality of slits inside. Angular velocity detection electrodes ODT1 and ODT2 for detecting respective velocities are provided between the slits, and the signals are transmitted to an angular velocity detection electrode pad outside the vibrator.

【0014】また、基板側には2組の駆動電極33,3
4/43、44が設けられ、基板上に設けられる2つの
駆動電極パッドから電圧が印加されるようになってい
る。この場合、振動体OCを接地電圧として、駆動電極
33、34/43、44間に、基板1に対して一定の空
隙をもって浮動支持された振動体OCに対し、2組の駆
動電極33、34/43、44に交互に180度位相が
ずれた静電力が印加されることにより、振動体OCはY
方向の梁に支持された状態でX方向に振動する。この場
合、振動体OCの共振周波数に一致した静電力を加える
ことにより、駆動電圧の低電力化が可能となる。
On the substrate side, two sets of drive electrodes 33 and 3 are provided.
4/43 and 44 are provided, and a voltage is applied from two drive electrode pads provided on the substrate. In this case, two sets of driving electrodes 33 and 34 are provided between the driving electrodes 33, 34/43, and 44, with the vibrating body OC floatingly supported with a fixed gap with respect to the substrate 1 between the driving electrodes 33, 34/43, and 44. / 43 and 44 are alternately applied with an electrostatic force 180 ° out of phase, so that the vibrating body OC becomes Y
Vibrates in the X direction while being supported by the beam in the direction. In this case, the drive voltage can be reduced by applying an electrostatic force that matches the resonance frequency of the vibrating body OC.

【0015】振動体OCをX方向に振動させているとき
に、Z軸を回転軸とする角速度が発生した場合、振動し
ている振動体OCにY軸方向のコリオリ力が発生し、コ
リオリ力がかかった振動体OCの動きを、角速度検出電
極ODT1,ODT2と角速度検出回路により、振動体
OCとの容量変化として角速度の検出がなされる。尚、
この振動体OCの周期的な駆動に関しては公知の駆動方
式を用いており、ここではその説明を省略する。
When the vibrating body OC is vibrated in the X direction, if an angular velocity about the Z axis is generated, a Coriolis force is generated in the vibrating body OC in the Y axis direction, and the Coriolis force is generated. The angular velocity is detected by detecting the movement of the vibrating body OC with the angular velocity as a change in capacitance between the vibrating body OC and the angular velocity detecting electrodes ODT1 and ODT2 and the angular velocity detecting circuit. still,
A known driving method is used for the periodic driving of the vibrating body OC, and the description thereof is omitted here.

【0016】本発明のセンサは、上記の構成の他に、振
動体OCの駆動状態を検出する駆動検出電極30/40
と振動体OCの位置調整を行うサーボ電極31,32/
41,42が付加されており、各々が上下に別電極をも
っていることが特徴となっており、振動体OC、駆動電
極33,34,43,44、駆動検出電極30,40お
よびサーボ電極31,32,41,42は基板平面に垂
直な面において、振動体の重心Gを通る面に対して面対
称となっている。つまり、振動体OCの重心Gを通り、
基板に垂直で且つ駆動方向(X方向)に平行な面(ZX
面)、および駆動方向に垂直な面(YZ面)に対して面
対称であるようにすれば、バランスが良いものとなり、
振動体OCを制御し易くなる。この場合、正確な振動を
振動体OCに与えてやることで、角速度の検出信号にノ
イズがのることが防止され、S/N比の向上が図れる。
The sensor according to the present invention has a drive detecting electrode 30/40 for detecting a drive state of the vibrating body OC in addition to the above-described structure.
Electrodes 31 and 32 for adjusting the position of the oscillator OC
41 and 42 are added, each of which is characterized by having separate upper and lower electrodes. The vibrating body OC, the drive electrodes 33, 34, 43 and 44, the drive detection electrodes 30 and 40, and the servo electrodes 31 and Reference numerals 32, 41, and 42 are plane-symmetric with respect to a plane passing through the center of gravity G of the vibrating body on a plane perpendicular to the substrate plane. That is, it passes through the center of gravity G of the vibrating body OC,
A plane perpendicular to the substrate and parallel to the driving direction (X direction) (ZX
Plane) and a plane (YZ plane) perpendicular to the drive direction, the balance is good,
It becomes easier to control the vibrating body OC. In this case, by giving accurate vibration to the vibrating body OC, it is possible to prevent noise from being detected in the angular velocity detection signal and to improve the S / N ratio.

【0017】駆動検出電極30/40は駆動検出電極か
らの振動体OCとの電位の変化を基に、サーボ電極3
1,32/41,42にサーボ電圧を印加して振動体O
Cの位置調整を行うものである。この場合、図1に示す
回路構成により、駆動回路からの所定周期の電圧を駆動
電極33,34/43,44に交互に印加して振動体O
CをX方向に駆動して振動を発生させ、角速度が発生し
たときの振動体OCの変化を角速度検出電極ODT1,
ODT2より検出する。その角速度信号を基に角速度検
出回路により作動増幅して求める。このとき、振動体O
Cの駆動位置に対する容量変化を駆動検出電極30/4
0で検出し、その容量に対応した電圧でサーボ電極3
1,32/41,42に印加する電圧をサーボ回路によ
り調節して、振動体OCの位置を補正するようにしてい
る。
The drive detection electrodes 30/40 are connected to the servo electrodes 3 based on a change in potential between the drive detection electrodes and the vibrating body OC.
A servo voltage is applied to 1, 32/41, 42 to vibrate the body O
The position C is adjusted. In this case, according to the circuit configuration shown in FIG. 1, a voltage of a predetermined cycle from the drive circuit is alternately applied to the drive electrodes 33, 34/43, and 44, and the vibrating body O
C is driven in the X direction to generate vibration, and a change in the vibrating body OC when an angular velocity is generated is detected by an angular velocity detection electrode ODT1,
Detected from ODT2. Based on the angular velocity signal, it is operated and amplified by an angular velocity detection circuit to obtain the value. At this time, the vibrating body O
The capacitance change with respect to the drive position of C is detected by the drive detection electrode 30/4.
0, and the voltage corresponding to the capacitance is applied to the servo electrode 3
The voltage applied to 1, 32/41, 42 is adjusted by a servo circuit to correct the position of the vibrating body OC.

【0018】そこで、図2と図3に振動体OCに対して
一方の側の駆動検出電極30とサーボ電極31、32お
よび駆動電極33、34の電極構造を示す。駆動検出電
極30とサーボ電極31、32は同一構造をとるため、
ます最初に、図2を参照して駆動検出電極30、サーボ
電極31、32の1つの電極構造について説明を行う。
尚、この場合、他方の側の駆動検出電極40とサーボ電
極41、42および駆動電極43、44の電極構造は対
称構造であるため、その説明を省略する。
FIGS. 2 and 3 show the electrode structure of the drive detection electrode 30, the servo electrodes 31, 32, and the drive electrodes 33, 34 on one side of the vibrating body OC. Since the drive detection electrode 30 and the servo electrodes 31 and 32 have the same structure,
First, one electrode structure of the drive detection electrode 30 and the servo electrodes 31 and 32 will be described with reference to FIG.
In this case, since the electrode structures of the drive detection electrode 40, the servo electrodes 41 and 42, and the drive electrodes 43 and 44 on the other side are symmetrical, the description is omitted.

【0019】図2において、基板BS上には絶縁層NL
が形成されている。絶縁層NLの上には導電材料から成
る下部電極DEが形成されると共に、振動体OCと上部
電極UEが導電材料から形成されている。下部電極DE
と上部電極UEとは一定の空隙をもって振動体OCを挟
み込む構造となっている。上部電極UEと下部電極DE
との間には絶縁層ISが介在されており、上部電極UE
と下部電極DEは絶縁層ISにより電気的に絶縁され
る。また、上部電極UEは板厚方向に延びる支持部SP
により支えられており、支持部SPには上部電極UEに
電圧を供給する配線部WIが、振動体OCと同膜で形成
されている。このような構成をとることで、上部電極U
Eと下部電極DEでは異なった電位を検出できると共
に、上部電極UEと下部電極DEに異なった電圧を印加
することが可能となる。
In FIG. 2, an insulating layer NL is provided on a substrate BS.
Are formed. The lower electrode DE made of a conductive material is formed on the insulating layer NL, and the vibrating body OC and the upper electrode UE are made of a conductive material. Lower electrode DE
The upper electrode UE and the upper electrode UE have a structure that sandwiches the vibrating body OC with a certain gap. Upper electrode UE and lower electrode DE
And an insulating layer IS interposed between the upper electrode UE
And the lower electrode DE are electrically insulated by the insulating layer IS. Further, the upper electrode UE has a support portion SP extending in the thickness direction.
The wiring part WI for supplying a voltage to the upper electrode UE is formed on the supporting part SP with the same film as the vibrating body OC. With such a configuration, the upper electrode U
Different potentials can be detected between E and the lower electrode DE, and different voltages can be applied to the upper electrode UE and the lower electrode DE.

【0020】次に、図3を参照して駆動電極33,3
4、駆動検出電極30、サーボ電極31、32の構造に
ついて説明する。基板上には図2に示される電極構成で
駆動検出電極30が設けられている。駆動検出電極30
は上部電極DUと下部電極DDが絶縁層ISにより絶縁
され、上部電極DUと下部電極DDから、振動体OCの
位置のずれを容量変化として電位の変化により検出する
ことができる。
Next, referring to FIG. 3, the drive electrodes 33, 3
4. The structure of the drive detection electrode 30, and the servo electrodes 31, 32 will be described. A drive detection electrode 30 having the electrode configuration shown in FIG. 2 is provided on the substrate. Drive detection electrode 30
The upper electrode DU and the lower electrode DD are insulated by the insulating layer IS, and the displacement of the position of the vibrating body OC can be detected from the upper electrode DU and the lower electrode DD by a change in potential as a change in capacitance.

【0021】また、駆動検出電極30には両側且つ平行
に検出駆動電極30と同じ電極構造をもつサーボ電極3
1、32が配設される。このサーボ電極31、32の下
部電極SD1,SD2は駆動検出電極30の下部電極D
Dと平行であり、また、サーボ電極31、32の上部電
極SU1,SU2は駆動検出電極30の上部電極DUと
平行であり、実質的に駆動検出電極30に対して両側の
サーボ電極31、32は図3においてY方向に平行して
設けられている。更に、一側の駆動電極33,34がサ
ーボ電極31、32をY方向で両側から挟み込むように
配設されている。
The drive detection electrode 30 has servo electrodes 3 having the same electrode structure as the detection drive electrode 30 on both sides and in parallel.
1, 32 are provided. The lower electrodes SD1 and SD2 of the servo electrodes 31 and 32 are the lower electrodes D of the drive detection electrodes 30.
D, and the upper electrodes SU1 and SU2 of the servo electrodes 31 and 32 are parallel to the upper electrode DU of the drive detection electrode 30, and are substantially on both sides of the drive detection electrode 30. Are provided in parallel with the Y direction in FIG. Further, the drive electrodes 33 and 34 on one side are disposed so as to sandwich the servo electrodes 31 and 32 from both sides in the Y direction.

【0022】このような電極構造をしたセンサに対し
て、振動体OCを駆動する場合には2組の駆動電極3
3,34/43,44に対して、180度位相が異なる
静電力が加わるように、電圧を交互に印加する。する
と、振動体OCは駆動電極33,34と駆動電極43,
44との間に吸引力が発生し、X方向に振動するものと
なる。そこで、振動中にZ軸を回転軸とする角速度が発
生した場合には、振動体OCにコリオリ力が加わりY方
向の振動が加わる。このY方向の振動を複数の角速度検
出電極ODT1,ODT2により検出することで角速度
が検出される。
In the case of driving the vibrating body OC for a sensor having such an electrode structure, two sets of driving electrodes 3 are used.
Voltages are alternately applied to 3, 34/43, and 44 so that electrostatic forces having phases different by 180 degrees are applied. Then, the vibrating body OC includes the drive electrodes 33 and 34 and the drive electrodes 43 and
A suction force is generated between the first and second members 44 and 44 to vibrate in the X direction. Therefore, when an angular velocity about the Z axis as a rotation axis occurs during the vibration, Coriolis force is applied to the vibrating body OC, and vibration in the Y direction is applied. The angular velocity is detected by detecting the vibration in the Y direction by the plurality of angular velocity detection electrodes ODT1 and ODT2.

【0023】しかし、振動体OCを駆動する場合に振動
体OCがねじれなく振動している場合には、角速度検出
信号にノイズが乗らなく、精度良く角速度の検出が可能
になるが、振動体OCにねじれが発生した場合にはS/
N比を向上させるために、そのねじれを修正することが
必要になる。
However, when the vibrating body OC is vibrating without torsion when driving the vibrating body OC, the angular velocity detection signal does not include noise and the angular velocity can be accurately detected. If twist occurs in S /
In order to improve the N ratio, it is necessary to correct the twist.

【0024】振動体OCのねじれを修正する場合、上記
のように振動体OCの上側と下側の異なる電位を検出す
る駆動検出電極30からの電位を検出することにより、
振動体OCがZ方向においてどれだけ変位しているかが
わかり、その変位を基に駆動検出電極30/40の両側
に設けられたサーボ電圧31、32/41,42に変位
に応じた電圧を印加することにより、振動体OCに対し
て、ねじれをなくす方向に吸引して微少な位置調整が行
える。
When the torsion of the vibrating body OC is corrected, the potential from the drive detection electrode 30 for detecting different potentials on the upper side and the lower side of the vibrating body OC is detected as described above.
It is possible to know how much the vibrating body OC is displaced in the Z direction, and based on the displacement, apply a voltage corresponding to the displacement to the servo voltages 31, 32/41, 42 provided on both sides of the drive detection electrodes 30/40. By doing so, it is possible to perform fine position adjustment by sucking the vibrating body OC in a direction in which the torsion is eliminated.

【0025】次に、図4から図20を参照して、その電
極構造の製造工程を以下に説明する。尚、以下の工程は
下部電極DEと上部電極UEが絶縁層により分離された
駆動検出電極30とサーボ電極31,32に適用され
る。
Next, with reference to FIGS. 4 to 20, the steps of manufacturing the electrode structure will be described below. The following steps are applied to the drive detection electrode 30 and the servo electrodes 31, 32 in which the lower electrode DE and the upper electrode UE are separated by an insulating layer.

【0026】工程1(図4参照)では、最初に、シリコ
ンウエハ(基板)1にエッチングされないエッチングス
トッパとなる窒化膜2を成膜し、下部電極となるポリシ
リコン(ポリSi)3を窒化膜2上に成膜する。このと
き、ノンドープの場合はイオン注入・拡散等ドーピング
を行い、分離電極となる酸化膜4をポリSi3上に成膜
する。
In step 1 (see FIG. 4), first, a nitride film 2 serving as an etching stopper which is not etched is formed on a silicon wafer (substrate) 1, and polysilicon (poly-Si) 3 serving as a lower electrode is formed on the silicon film (poly-Si) 3. 2 is formed. At this time, in the case of non-doping, doping such as ion implantation and diffusion is performed, and an oxide film 4 serving as a separation electrode is formed on the poly-Si3.

【0027】工程2(図5参照)では、絶縁したい部分
をレジスト5でマスクして、CHFガスを用いてドラ
イエッチングするか、または、バッファードフッ酸を用
いてウェットエッチングした後、レジスト5をアッシン
グにより剥離する。
In step 2 (see FIG. 5), a portion to be insulated is masked with resist 5 and dry-etched with CHF 3 gas or wet-etched with buffered hydrofluoric acid. Is removed by ashing.

【0028】工程3(図6参照)では、レジスト6で下
部電極となる所をマスクし、ポリSiで形成される下部
電極DEをエッチングにより形成し、エッチング後、レ
ジスト6を剥離する。
In step 3 (see FIG. 6), the lower electrode DE made of poly-Si is formed by etching using the resist 6 as a mask for the lower electrode, and after the etching, the resist 6 is removed.

【0029】工程4(図7参照)では、窒化膜を成膜
し、絶縁層7を形成し、工程5(図8参照)では、絶縁
層の上にリンガラスを一定の厚みをもって成膜し、犠牲
層8を形成した後、SOG(スピン オン ガラス)、
または、化学研磨(CMP)により犠牲層8の表面を平
坦化し、その上に窒化膜を成膜し絶縁層9を形成する。
In step 4 (see FIG. 7), a nitride film is formed and an insulating layer 7 is formed. In step 5 (see FIG. 8), phosphor glass is formed on the insulating layer with a constant thickness. After forming the sacrificial layer 8, SOG (spin on glass),
Alternatively, the surface of the sacrificial layer 8 is flattened by chemical polishing (CMP), and a nitride film is formed thereon to form the insulating layer 9.

【0030】工程6(図9参照)では、レジスト10で
下部電極DEと絶縁されたアンカ部12となるところを
マスクし、ドライエッチングして、レジスト10を剥離
し、工程7(図10参照)では、レジスト11でアンカ
部12を除く部分をマスクし、ドライエッチングして、
アンカー部12の溝12aを形成した後、レジスト11
を剥離する。
In step 6 (see FIG. 9), the portion of the anchor portion 12 that is insulated from the lower electrode DE by the resist 10 is masked, dry-etched, and the resist 10 is peeled off. Then, the portion excluding the anchor portion 12 is masked with the resist 11 and dry-etched,
After forming the groove 12a of the anchor portion 12, the resist 11
Is peeled off.

【0031】工程8(図11参照)では、アンカ部12
の溝12aを含む犠牲層8の表面に、後に可動する構造
体(振動体ともいう)OCおよび配線部WIとなるポリ
Si13を成膜する。このときも、ノンドープの場合は
イオン注入でドーピングを行う。
In step 8 (see FIG. 11), the anchor section 12
On the surface of the sacrifice layer 8 including the groove 12a, a structure (also referred to as a vibrator) OC which is to be moved later and poly-Si 13 to be a wiring portion WI are formed. Also at this time, in the case of non-doping, doping is performed by ion implantation.

【0032】工程9(図12参照)では、振動体として
分離するところ以外をレジスト14でマスクし、ドライ
エッチングして、レジスト14を剥離することにより、
振動体OCと配線部WIが分離する。その後、工程10
(図13参照)では、窒化膜15をポリSi13上に成
膜することにより絶縁層15を形成する。
In step 9 (see FIG. 12), the portions other than the portions to be separated as vibrators are masked with resist 14 and dry-etched to remove resist 14.
The vibrating body OC and the wiring part WI are separated. Then, Step 10
In (see FIG. 13), an insulating layer 15 is formed by forming a nitride film 15 on the poly-Si 13.

【0033】工程11(図14参照)では、後に可動を
行う振動体OCとの接触を防止するために、振動体側の
配線部WIの側壁を保護することを目的として側壁近傍
をレジスト16でマスクし、ドライエッチングして、振
動体51との接触を防止するストッパ部STを絶縁膜に
より形成し、その後、レジスト16を剥離する。
In step 11 (see FIG. 14), in order to protect the side wall of the wiring portion WI on the vibrating body side, the vicinity of the side wall is masked with a resist 16 in order to prevent contact with the vibrating body OC which moves later. Then, dry etching is performed to form a stopper portion ST for preventing contact with the vibrating body 51 using an insulating film, and then the resist 16 is stripped.

【0034】工程12(図15参照)では、表面にリン
ガラス17を成膜して犠牲層17を形成した後、犠牲層
17の表面をSOGまたはCMPで平坦化し、その上に
窒化膜を成膜し、絶縁層18を形成する。
In step 12 (see FIG. 15), after forming a sacrificial layer 17 by forming a phosphor glass 17 on the surface, the surface of the sacrificial layer 17 is planarized by SOG or CMP, and a nitride film is formed thereon. Then, an insulating layer 18 is formed.

【0035】工程13(図16参照)では、レジスト1
9で後に上部電極UEとなるところをマスクし、ドライ
エッチングして、上部電極UEの形状をつくり、レジス
ト19を剥離する。
In step 13 (see FIG. 16), the resist 1
At 9, the portion that will later become the upper electrode UE is masked and dry-etched to form the shape of the upper electrode UE, and the resist 19 is stripped.

【0036】工程14(図17参照)では、上部電極U
Eから配線部WIにつながる支持部SP以外の表面を、
レジスト20でマスクし、ドライエッチングして、上部
電極UEと配線WIとをつなぐ支持部SPの溝を形成す
る。
In step 14 (see FIG. 17), the upper electrode U
The surface other than the support part SP connected from E to the wiring part WI is
By masking with the resist 20 and performing dry etching, a groove of the support portion SP connecting the upper electrode UE and the wiring WI is formed.

【0037】工程15(図18参照)では、ポリSi2
2を支持部SPの溝を含む表面に成膜する。このときも
同様に、ノンドープの場合はイオン注入・拡散等ドーピ
ングを行い、その後、レジスト23で上部電極UEとな
るところをマスクする。
In step 15 (see FIG. 18), poly-Si2
2 is formed on the surface of the support portion SP including the groove. At this time, similarly, in the case of non-doping, doping such as ion implantation / diffusion is performed, and thereafter, a portion serving as the upper electrode UE is masked with the resist 23.

【0038】工程16(図19参照)では、ポリSi2
2をエッチングして上部電極UEを形成し、レジスト2
5を剥離する。その後、上部電極の外部との絶縁を目的
として窒化膜で成膜して絶縁層24を形成し、レジスト
25を上部電極UE上にマスクし、ドライエッチングす
る。
In step 16 (see FIG. 19), poly-Si2
2 to form an upper electrode UE,
5 is peeled off. After that, an insulating layer 24 is formed by forming a nitride film for insulation from the outside of the upper electrode, a resist 25 is masked on the upper electrode UE, and dry etching is performed.

【0039】工程17(図20参照)では、レジスト2
5を剥離した後、リリースを行うことにより犠牲層8,
17の中でエッチング溶液が侵入する部分が、除去され
て振動体OCが浮き、振動体OCの先端が上部電極UE
と下部電極DEに挟まれた構造となる。
In step 17 (see FIG. 20), the resist 2
After peeling off the sacrifice layer 5, the sacrifice layer 8,
17, the portion into which the etching solution enters is removed, the vibrating body OC floats, and the tip of the vibrating body OC is the upper electrode UE.
And the lower electrode DE.

【0040】このようにして製造された表面マイクロマ
シンは、振動体OCの位置を駆動検出電極30/40に
より、検出し駆動検出電極30/40の両側に配設され
るサーボ電極31,32/41,42に対し、変位量に
相当する電圧を印加することにより、振動体OCがねじ
れた場合でも位置補正が可能となる。また、振動体OC
が大きく変位した場合、振動体OCが駆動電極等の電位
差が異なる電極に接触しても、絶縁膜により保護されて
いるために、電気的なショートは発生しない。
The surface micromachine manufactured as described above detects the position of the vibrating body OC by the drive detection electrodes 30/40, and the servo electrodes 31, 32/41 arranged on both sides of the drive detection electrodes 30/40. , 42, the position correction can be performed even when the vibrating body OC is twisted. Also, the vibrating body OC
Is greatly displaced, even if the vibrating body OC comes into contact with an electrode having a different potential difference, such as a drive electrode, an electrical short circuit does not occur because it is protected by the insulating film.

【0041】[0041]

【効果】本発明によれば、振動体の両側に振動体の駆動
状態を検出する対の駆動検出電極を設け、駆動検出電極
の両側に振動体の位置調整を行うサーボ電極を配設した
ことにより、サーボ電極により振動体の位置調整が可能
となる。この場合、振動体にねじれが発生した場合で
も、駆動検出電極からの信号を基に、サーボ電圧に電圧
を印加して振動体のなじれの位置調整が行え、ノイズの
低減が可能となるので、S/N比が向上する。
According to the present invention, a pair of drive detecting electrodes for detecting the driving state of the vibrating body are provided on both sides of the vibrating body, and servo electrodes for adjusting the position of the vibrating body are provided on both sides of the drive detecting electrodes. Accordingly, the position of the vibrating body can be adjusted by the servo electrode. In this case, even when the vibrating body is twisted, a voltage can be applied to the servo voltage based on a signal from the drive detection electrode to adjust the conforming position of the vibrating body and noise can be reduced. , S / N ratio is improved.

【0042】この場合、駆動検出電極およびサーボ電極
の少なくとも一方が上下に分離される構造をとれば、上
下に分離された駆動検出電極、サーボ電極の上下電極に
異なった電圧を印加することができ、振動体の正確な位
置調整が可能となる。
In this case, if a structure is adopted in which at least one of the drive detection electrode and the servo electrode is vertically separated, different voltages can be applied to the vertically separated drive detection electrode and the upper and lower electrodes of the servo electrode. Thus, accurate position adjustment of the vibrating body becomes possible.

【0043】また、振動体、駆動電極、駆動検出電極お
よびサーボ電極は基板平面に垂直な面において、振動体
の重心を通り、駆動方向に平行な面、および駆動方向に
垂直な面に対して面対称であるようにすれば、バランス
が良いものとなり制御し易く、S/N比の向上が図れ
る。
Further, the vibrating body, the drive electrode, the drive detecting electrode and the servo electrode are arranged on a plane perpendicular to the substrate plane, passing through the center of gravity of the vibrating body, parallel to the driving direction, and to a plane perpendicular to the driving direction. If the plane is symmetrical, the balance becomes good, the control is easy, and the S / N ratio can be improved.

【0044】更に、振動体が駆動時および角速度発生時
において近接する部位に絶縁膜が設けられるようにすれ
ば、振動体に大きな力が作用して駆動電極等に接触した
場合でも、絶縁膜が設けられることにより、電気的ショ
ートが防止され信頼性が向上する。
Further, if an insulating film is provided at a portion where the vibrating body is adjacent when the driving body and the angular velocity are generated, even if a large force acts on the vibrating body and comes into contact with a driving electrode or the like, the insulating film is formed. The provision prevents an electrical short and improves reliability.

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

【図1】 本発明の一実施形態における表面マイクロマ
シンの構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a surface micromachine according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の一実施形態における表面マイクロマ
シンの電極構造の要所部分拡大図である。
FIG. 2 is an enlarged view of a main part of an electrode structure of a surface micromachine according to an embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の一実施形態における表面マイクロマ
シンの要所部分における電極配置図である。
FIG. 3 is an electrode layout diagram of a key portion of the surface micromachine according to the embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の一実施形態における表面マイクロマ
シンの製造工程(工程1)である。
FIG. 4 is a manufacturing step (step 1) of the surface micromachine in one embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の一実施形態における表面マイクロマ
シンの製造工程(工程2)である。
FIG. 5 is a manufacturing step (step 2) of the surface micromachine according to the embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の一実施形態における表面マイクロマ
シンの製造工程(工程3)である。
FIG. 6 is a manufacturing step (step 3) of the surface micromachine in one embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の一実施形態における表面マイクロマ
シンの製造工程(工程4)である。
FIG. 7 is a manufacturing step (step 4) of the surface micromachine in one embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の一実施形態における表面マイクロマ
シンの製造工程(工程5)である。
FIG. 8 is a manufacturing step (step 5) of the surface micromachine in one embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の一実施形態における表面マイクロマ
シンの製造工程(工程6)である。
FIG. 9 is a manufacturing step (step 6) of the surface micromachine in one embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の一実施形態における表面マイクロ
マシンの製造工程(工程7)である。
FIG. 10 is a manufacturing step (step 7) of the surface micromachine in one embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の一実施形態における表面マイクロ
マシンの製造工程(工程8)である。
FIG. 11 is a manufacturing step (step 8) of the surface micromachine in one embodiment of the present invention.

【図12】 本発明の一実施形態における表面マイクロ
マシンの製造工程(工程9)である。
FIG. 12 is a manufacturing step (step 9) of the surface micromachine in one embodiment of the present invention.

【図13】 本発明の一実施形態における表面マイクロ
マシンの製造工程(工程10)である。
FIG. 13 is a manufacturing step (step 10) of the surface micromachine in one embodiment of the present invention.

【図14】 本発明の一実施形態における表面マイクロ
マシンの製造工程(工程11)である。
FIG. 14 is a manufacturing step (step 11) of the surface micromachine in one embodiment of the present invention.

【図15】 本発明の一実施形態における表面マイクロ
マシンの製造工程(工程12)である。
FIG. 15 is a manufacturing step (step 12) of the surface micromachine in one embodiment of the present invention.

【図16】 本発明の一実施形態における表面マイクロ
マシンの製造工程(工程13)である。
FIG. 16 is a manufacturing step (step 13) of the surface micromachine in one embodiment of the present invention.

【図17】 本発明の一実施形態における表面マイクロ
マシンの製造工程(工程14)である。
FIG. 17 is a manufacturing step (step 14) of the surface micromachine in one embodiment of the present invention.

【図18】 本発明の一実施形態における表面マイクロ
マシンの製造工程(工程15)である。
FIG. 18 is a manufacturing step (step 15) of the surface micromachine in one embodiment of the present invention.

【図19】 本発明の一実施形態における表面マイクロ
マシンの製造工程(工程16)である。
FIG. 19 is a manufacturing step (step 16) of the surface micromachine in one embodiment of the present invention.

【図20】 本発明の一実施形態における表面マイクロ
マシンの製造工程(工程17)である。
FIG. 20 is a manufacturing step (step 17) of the surface micromachine in one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

7,9,15,18,24 絶縁層(絶縁膜) 30,40 駆動検出電極 32,41,42 サーボ電極 33,34,43,44 駆動電極 100 表面マイクロマシン BS 基板 OC 振動体 ODT1,ODT2 角速度検出電極 SP ストッパ部(絶縁膜) 7, 9, 15, 18, 24 Insulating layer (insulating film) 30, 40 Driving detection electrode 32, 41, 42 Servo electrode 33, 34, 43, 44 Driving electrode 100 Surface micromachine BS substrate OC oscillator ODT1, ODT2 Angular velocity detection Electrode SP stopper (insulating film)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に設けられた駆動電極と、前記基
板上に一定の空隙をもって設けられた振動体と、該振動
体に対向して設けられた角速度検出電極とを備え、前記
駆動電極に電圧を印加して振動体を駆動させ、角速度の
変化を前記角速度検出電極により検出を行う表面マイク
ロマシンにおいて、 前記振動体の両側に前記振動体の駆動方向の振動状態お
よび駆動方向と角速度を検出する角速度検出方向に垂直
な方向の振動状態を検出する対の駆動検出電極を設け、
該駆動検出電極の両側に前記振動体の位置調整を行うサ
ーボ電極を配設した表面マイクロマシンの電極構造。
A driving electrode provided on a substrate, a vibrating body provided with a constant gap on the substrate, and an angular velocity detecting electrode provided facing the vibrating body; A surface micromachine that applies a voltage to the vibrating body to drive the vibrating body and detects a change in angular velocity by the angular velocity detection electrode, wherein a vibration state in the driving direction of the vibrating body and a driving direction and angular velocity are detected on both sides of the vibrating body. A pair of drive detection electrodes for detecting a vibration state in a direction perpendicular to the angular velocity detection direction to be provided,
An electrode structure of a surface micromachine having servo electrodes for adjusting the position of the vibrating body disposed on both sides of the drive detection electrodes.
【請求項2】 前記駆動検出電極および前記サーボ電極
の少なくとも一方が上下に分離された請求項1に記載の
表面マイクロマシンの電極構造。
2. The surface micromachine electrode structure according to claim 1, wherein at least one of said drive detection electrode and said servo electrode is vertically separated.
【請求項3】 前記振動体、前記駆動電極、前記駆動検
出電極および前記サーボ電極は基板平面に垂直な面にお
いて、前記振動体の重心を通り、駆動方向に平行な面、
および駆動方向に垂直な面に対して面対称である請求項
1に記載の表面マイクロマシンの電極構造。
3. The vibration body, the drive electrode, the drive detection electrode, and the servo electrode, on a plane perpendicular to a substrate plane, pass through a center of gravity of the vibration body and are parallel to a driving direction;
2. The electrode structure of a surface micromachine according to claim 1, wherein the electrode structure is plane-symmetric with respect to a plane perpendicular to the driving direction.
【請求項4】 前記振動体が駆動時および角速度発生時
において近接する部位に絶縁膜が設けられる請求項1に
記載の表面マイクロマシンの電極構造。
4. The electrode structure of a surface micromachine according to claim 1, wherein an insulating film is provided at a portion where said vibrating body is adjacent when driving and generating angular velocity.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010512253A (en) * 2006-12-12 2010-04-22 エヌエックスピー ビー ヴィ MEMS device with controlled electrode off-state position
US11714101B2 (en) 2019-02-28 2023-08-01 Seiko Epson Corporation Inertial sensor, electronic apparatus, and vehicle

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