KR100408528B1 - A microgyroscope and a method therefor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A high-sensitivity micro gyroscope and a manufacturing method thereof are provided to easily process a signal and largely reduce the manufacturing cost by making the detected capacitance of a sensing plate be linearly proportion to the angular velocity. CONSTITUTION: A high-sensitivity micro gyroscope comprises a substrate; a suspended vibrating plate(60a) suspended on the substrate and composed of comb teeth formed at the edge and a plurality of rectangular through-holes arranged in the center; an angular velocity sensing plate(60b) fixed on the substrate, connected to an electrode, and formed with rectangular protruded plate members inserted into the rectangular through-holes of the vibrating plate; and an exciting plate(60c) including comb teeth crossing the comb teeth formed at the edge of the suspended vibrating plate. The suspended vibrating plate and the angular velocity sensing plate are multilayer formed by alternately layering polycrystal silicon layers and silicon nitride layers.

Description

고감도 마이크로자이로스코프 및 그 제조 방법{A microgyroscope and a method therefor}High sensitivity micro gyroscope and its manufacturing method {A microgyroscope and a method therefor}

본 발명은 물체의 관성 각속도를 검출하기 위한 마이크로자이로스코프 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 각속도 감지 감도가 뛰어나고 신호 처리가 용이한 진동형 마이크로자이로스코프 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microgyroscope for detecting an inertial angular velocity of an object and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a vibration type microgyroscope having excellent angular velocity sensing sensitivity and easy signal processing.

진동형 마이크로자이로스코프는, 도 1에 도시된 바와 같이, x축 방향으로 진동하는 현수 구조물에 외부에서 y축을 중심으로 하는 각속도 Ω의 회전력이 주어질 때 코리올리스의 힘에 의해 현수 구조물이 Z축 방향으로 변위를 일으키는 성질을 이용한 것으로, 변위 ΔZ를 감지하고 신호 처리함으로써 외부의 임의의 각속도 Ω를 감지해내는 센서이다.As shown in FIG. 1, the vibrating microgyroscope has a suspension structure oscillated in the x-axis direction when the suspension structure is rotated in the Z-axis direction by the force of Coriolis when a rotational force of angular velocity Ω around the y-axis is given. It is a sensor that detects the displacement ΔZ and detects any external angular velocity Ω by detecting the displacement ΔZ and signal processing.

진동형 마이크로자이로스코프는 자동차의 자동 항법 장치나 캠코더에 적용되는 등 그 응용 범위가 크게 확대되고 있는 추세이다. 캠코더에 장착되는 경우 자이로스코프 크기의 소형화는 필수적인 요건인데, 근래에 미국의 CSDL사, 일본의 무라타사 등은 이미 실리콘 공정을 이용한 진동형 마이크로자이로스코프를 개?? 제작하여 발표한 바 있다.Vibration type micro gyroscopes are being applied to a wide range of applications, such as those applied to automobile auto navigation systems or camcorders. Miniaturization of the gyroscope size is an essential requirement when it is mounted on a camcorder. Recently, CSDL of USA and Murata of Japan have already developed a vibrating microgyroscope using silicon process. It was produced and presented.

종래의 마이크로자이로스코프의 일례로서, CSDL사 마이크로자이로스코프의 개략적 사시도가 도 2에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 이 마이크로자이로스코프는, 가진 전극(101)에 교류 전압를 인가함으로써 빗(comb) 구조물(102)에서 정전기력이 발생한다. 정전기력은 인력(引力)만이 존재하므로 관성 질량체(103)은 x축방향에서 서로 반대 방향으로 가진된다. 외부에서 각속도(Ω)가 입력되면 2×m×Ω×v의 코리올리스 힘(coliolis force)이 z축 방향으로 작용하여 관성 질량체(103)은 z축 방향에서 서로 반대 방향으로 진동한다. 이 때 기판(104)에 형성된 감지 전극(105)과 관성 질량체(103) 사이의 캐패시턴스는 관성 질량체(103)과 감지 전극(105) 사이의 거리에 반비례한다. 따라서 두 관성질량(103)과 감지전극(105) 사이의 캐패시턴스 변화를 측정함으로서 코리올리스 힘을 측정할 수 있고, 이를 통해 각속도 Ω를 구할 수 있다.As an example of a conventional microgyroscope, a schematic perspective view of a CSDL micro gyroscope is shown in FIG. 2. As shown, the microgyroscope generates an electrostatic force at the comb structure 102 by applying an alternating voltage to the excitation electrode 101. Since only the attractive force exists, the inertial mass 103 is excited in directions opposite to each other in the x-axis direction. When an angular velocity Ω is input from the outside, a Coliolis force of 2 × m × Ω × v acts in the z-axis direction so that the inertial masses 103 vibrate in opposite directions in the z-axis direction. At this time, the capacitance between the sensing electrode 105 and the inertial mass 103 formed on the substrate 104 is inversely proportional to the distance between the inertial mass 103 and the sensing electrode 105. Therefore, by measuring the change in capacitance between the two inertial masses 103 and the sensing electrode 105, the Coriolis force can be measured, thereby obtaining the angular velocity Ω.

여기서 관성 질량체(103)을 두 개로 하는 것은 선가속도, 각가속도, 온도변화 등에 의해서 발생하는 출력의 변화나 두 개의 관성 질량체(103)에서 똑같이 발생한 노이즈의 영향을 감소시키기 위한 것이다. 즉, 두 관성 질량체(103)에서 나오는 출력을 서로 뺌으로서, 상기와 같은 노이즈는 서로 상쇄되고 감지 신호는 두배가 된다. 이와 같은 이유에서 두 개의 관성 질량체을 구비하는 것은 자이로에서 필수적이다.Here, the two inertial masses 103 are used to reduce the influence of noise generated in the two inertial masses 103 or the change in output caused by line acceleration, angular acceleration, temperature change, or the like. That is, by dividing the outputs from the two inertial masses 103, such noise cancels each other and the sense signal is doubled. For this reason, having two inertial masses is essential in a gyro.

자이로스코프로서의 좋은 성능을 얻기위해서는 두 개의 관성 질량체는 동일한 공진 주파수로 공진되어야 한다. 만약 두 개의 관성 질량체을 갖는 자이로스코프에서 제작 오차나 기타 이유에서 두 관성 질량체의 공진 주파수가 달라진다면 성능이 나빠지거나 두 주파수로 각각의 관성질량를 가진하고 감지해야 하므로 가진 및 감지 회로가 매우 복잡해진다. 이와같은 이유에서 일반적으로 자이로스코프를 설계할 때는 두 개의 관성 질량체이 서로 튜닝되도록 설계된다.To achieve good performance as a gyroscope, the two inertial masses must resonate at the same resonant frequency. If the resonant frequency of the two inertial masses differs due to manufacturing errors or other reasons in a gyroscope with two inertial masses, the excitation and sensing circuits become very complicated because the performance is degraded or the respective inertial masses must be detected and detected at two frequencies. For this reason, when designing a gyroscope, two inertial masses are designed to be tuned to each other.

CSDL의 마이크로자이로스코프에서도 이러한 튜닝 구조가 사용되고 있다. 이러한 튜닝 구조의 튜닝 효과는 지지빔(106)의 폭이 가늘수록 확실하게 나타난다. 도 3a 및 도 3b는 CSDL의 마이크로자이로스코프의 가진 진동 모드를 나타내고 있다. 그러나, 지지빔(106)폭이 지나치게 가늘면 가진시에도, 도 3b에 도시된 바와 같이, 지지빔(106) 자체가 휘어져서 구조적 처짐(structure damping)이 커질 뿐 만 아니라 자이로스코프의 안정성도 매우 나빠진다. 이러한 구조적 처짐을 감소시키기 위해서 지지빔(106)의 폭을 늘리면 두 개의 관성 질량체(103)은 독립된 구조물이 되어 조그마한 제작 오차에 의해서도 서로 다른 공진 주파수를 갖게 된다.This tuning structure is also used in CSDL's microgyroscopes. The tuning effect of this tuning structure is apparent as the width of the support beam 106 becomes thinner. 3A and 3B show the vibration modes of excitation of the microgyroscope of the CSDL. However, even when the width of the support beam 106 is too thin, as shown in FIG. 3B, the support beam 106 itself is not only bent, resulting in large structural damping but also excellent stability of the gyroscope. Falls out. In order to reduce the structural deflection, when the width of the support beam 106 is increased, the two inertial masses 103 become independent structures and have different resonant frequencies even by a small fabrication error.

또한, 도 4a 및 도 4b에는 CSDL의 자이로스코프의 감지 진동 모드를 도시한 것이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 지지빔(106)의 폭에 따라 관성 질량체(103)은 기판(104) 평면에 대해서 경사지게 진동하기도 한다. 따라서 관성질량(103)과 감지 전극(105) 사이의 캐패시턴스 변화는 2차의 비선형성을 갖게된다.4A and 4B also show sensing vibration modes of the gyroscope of the CSDL. As shown in FIG. 4A, the inertial mass 103 may oscillate obliquely with respect to the substrate 104 plane depending on the width of the support beam 106. Thus, the capacitance change between the inertial mass 103 and the sensing electrode 105 has a secondary nonlinearity.

더욱이 상기 양사의 마이크로자이로스코프는 각속도 감지 감도가 불과 수。/sec 정도에 지나지 않고, 신호 처리 회로가 복잡한 문제점도 있다.Furthermore, the microgyro of the two companies has an angular velocity sensing sensitivity of only a few degrees / sec, and there is a problem that the signal processing circuit is complicated.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 각속도 감지 감도가 선형적이고 신호 처리 회로가 간단한 진동형 마이크로자이로스코프 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to improve the above problems, and an object thereof is to provide a vibration type micro gyroscope having a linear angular velocity sensing sensitivity and a simple signal processing circuit and a method of manufacturing the same.

도 1은 코리올리 힘의 방향을 설명하기 위한 설명도,1 is an explanatory diagram for explaining the direction of Coriolis force,

도 2는 종래의 마이크로자이로스코프의 일례로서 CSDL사 마이크로자이로스코프의 개략적 사시도,2 is a schematic perspective view of a CSDL micro gyroscope as an example of a conventional micro gyroscope;

도 3a 및 도 3b는 도 2의 마이크로자이로스코프의 가진 진동 모드를 나타내는 도면으로,3A and 3B are diagrams illustrating an oscillation mode of the microgyroscope of FIG. 2,

도 3a는 정면도, 도 3b는 평면도,Figure 3a is a front view, Figure 3b is a plan view,

도 4a 및 도 4b는 도 1의 마이크로자이로스코프의 감지 진동 모드를 나타내는 도면으로,4A and 4B are diagrams illustrating a sensing vibration mode of the microgyroscope of FIG. 1.

도 4a는 정면도, 도 4b는 평면도,Figure 4a is a front view, Figure 4b is a plan view,

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 고감도 마이크로자이로스코프의 단면도로서,5A to 5C are cross-sectional views of a high sensitivity microgyroscope according to the present invention.

도 5a는 평면도,5a is a plan view,

도 5b는 도 5a의 A-A' 라인을 따라 절개한 단면도,5B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 5A;

도 5c는 도 5a의 B-B' 라인을 따라 절개한 단면도,5C is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 5A;

도 5d는 도 5a의 가진판 및 현수 진동판을 발췌하여 도시한 사시도,FIG. 5D is a perspective view illustrating an excitation plate and a suspension diaphragm of FIG. 5A;

도 6a 내지 도 6e는 도 6a 내지 도 6d의 마이크로자이로스코프의 제조 단계별 공정후의 단면도이다.6A to 6E are cross-sectional views after the step-by-step process of manufacturing the microgyroscope of FIGS. 6A to 6D.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10. 실리콘 기판20. 실리콘 산화막10. Silicon Substrate 20. Silicon oxide

30. 실리콘 질화막40. 배선용 패턴30. Silicon nitride film Wiring pattern

50. PSG 패턴50.PSG Pattern

60. 다결정 실리콘/실리콘 질화막의 다중층60. Multiple layers of polycrystalline silicon / silicon nitride film

60a. 현수 진동판60b. 각속도 감지판(직사각 돌출 판부재)60a. Suspension diaphragm 60b. Angular Velocity Sensing Plate (Rectangular Protruding Plate Member)

60c. 가진판60d. 가진 방향 감지판60c. With plate 60d. Direction detection plate

70. 금속 전극70. Metal Electrode

101. 가진 전극102. 빗(comb) 구조물101. Excitation electrode 102. Comb structure

103. 관성 질량체(현수 구조물)104. 기판103. Inertial masses (suspended structures) Board

105. 감지 전극105. Sense Electrode

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 진동형 마이크로자이로스코프는, 기판; 상기 기판 위에 떠 있고, 그 가장자리에 빗살이 형성되어 있으며, 그 중앙부에 복수개의 직사각형의 관통홀들이 형성된 현수 진동판; 상기 기판 상에 고정되어 전극으로 연결되며, 상기 진동판의 직사각형 관통홀들에 각각 삽입된 직사각 돌출 판부재들로 형성된 각속도 감지판; 및 상기 현수 진동판의 일측 가장자리에 형성된 상기 빗살과 교차하는 빗살을 구비한 가진판;을 구비하여 된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a vibration type micro gyroscope according to the present invention includes a substrate; Suspension diaphragm floating on the substrate, the comb teeth are formed at the edge thereof, the plurality of rectangular through holes formed in the center; An angular velocity detecting plate fixed on the substrate and connected to an electrode, the angular velocity detecting plate formed of rectangular protruding plate members respectively inserted into rectangular through holes of the diaphragm; And an excitation plate having comb teeth intersecting with the comb teeth formed at one edge of the suspension diaphragm.

본 발명에 있어서, 상기 현수 진동판 및 상기 각속도 감지판은 다결정 실리콘층 및 실리콘 질화물층이 교대로 적층된 다중층으로 형성된 것이 바람직하며,In the present invention, the suspension vibration plate and the angular velocity detection plate is preferably formed of a multilayer in which a polycrystalline silicon layer and a silicon nitride layer are alternately stacked,

상기 현수 진동판의 타측 가장자리에 형성된 상기 빗살과 교차하는 빗살을 구비한 가진 방향 감지판을 더 구비한 것이 바람직하다.It is preferable to further provide an excitation direction sensing plate having a comb teeth intersecting the comb teeth formed on the other edge of the suspension diaphragm.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 진동형 마이크로자이로스코프의 제조 방법은, (가) 실리콘 기판 상에 산화막을 형성하는 단계; (나) 상기 실리콘 산화막 상에 실리콘 질화막을 증착하는 단계; (다) 상기 실리콘 질화막 상에 배선용 다결정 실리콘으로 배선용 패턴을 형성하는 단계; (라) 상기 배선용 패턴 상에 희생용 PSG막을 증착하고 선택적으로 식각하여 소정의 PSG 희생 패턴을 형성하는 단계; (마) 상기 PSG 희생 패턴 상에 다결정 실리콘/실리콘 질화막의 다중층을 성장시키는 단계; (바) 상기 다결정 실리콘/실리콘 질화막의 다중층을 건식 식각법으로 선택 식각하여 구조물용 패턴을 형성하는 단계; (사) 상기 구조물용 패턴 상에 금속 전극을 형성하는 단계; 및 (아) 상기 PSG 희생 패턴을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, a method of manufacturing a vibrating microgyroscope according to the present invention, (A) forming an oxide film on a silicon substrate; (B) depositing a silicon nitride film on the silicon oxide film; (C) forming a wiring pattern with polycrystalline silicon for wiring on the silicon nitride film; (D) depositing and selectively etching a sacrificial PSG film on the wiring pattern to form a predetermined PSG sacrificial pattern; (E) growing a multilayer of polycrystalline silicon / silicon nitride film on the PSG sacrificial pattern; (F) selectively etching the multiple layers of the polycrystalline silicon / silicon nitride film by dry etching to form a pattern for a structure; (G) forming a metal electrode on the structure pattern; And (h) removing the PSG sacrificial pattern.

본 발명에 있어서, 상기 (바) 단계에서 상기 건식 식각법으로 리액티브 이온 에칭법 혹은 유도성 결합 식각법을 이용하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable to use reactive ion etching or inductively coupled etching as the dry etching method in the step (bar).

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 진동형 마이크로자이로스코프 및 그 제조 방법을 상세하게 설명한다.With reference to the drawings will be described in detail a vibrating microgyroscope and a method for manufacturing the same according to the present invention.

종래의 문제점을 개선하기 위하여 본 발명에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 코리올리스의 힘에 의한 변위를 감지하는 부분의 구조가 변위에 대해 정전 용량이 선형적으로 변화하도록 설계하였고, 또한 구조물을 다결정 실리콘과 실리콘 질화막의 다중층으로 구성하였다. 자세한 제조 과정은 다음과 같다.In order to solve the conventional problems, in the present invention, as shown in FIG. 5, the structure of the portion detecting the displacement by the force of Coriolis is designed such that the capacitance changes linearly with respect to the displacement, and the structure is polycrystalline. It consists of multiple layers of silicon and silicon nitride film. Detailed manufacturing process is as follows.

먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(10)의 표면에 두꺼운 산화막(20)을 형성하고, 그 위에 실리콘 질화막(30)을 증착한다. 이 것은 제조 후 구동시 형성되는 구조물 간의 기생 정전 용량을 줄이기 위한 것이다. 다음으로 배선용 다결정 실리콘을 증착하고 사진 식각 공정을 통해 배선용 패턴(40)을 형성한다.First, as shown in FIG. 6A, a thick oxide film 20 is formed on the surface of the silicon substrate 10, and the silicon nitride film 30 is deposited thereon. This is to reduce the parasitic capacitance between the structures formed during manufacturing and driving. Next, the wiring polycrystalline silicon is deposited and the wiring pattern 40 is formed through a photolithography process.

다음에, 도 6b에 도시된 바와 같이, 희생층으로 PSG(posphurous silicated glass)막을 증착하고 선택적으로 식각하여 소정의 PSG 패턴(50)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 6B, a PSG layer is deposited on the sacrificial layer and selectively etched to form a predetermined PSG pattern 50.

다음에, 도 6c에 도시된 바와 같이, PSG 희생 패턴(50) 위에 다결정 실리콘/실리콘 질화막의 다중층(60)을 성장시킨 다음, 이 다중층을 건식 식각법(RIE; reactive ion etching), 유도성 결합 식각(ICP; inductively coupled plasma atomic etching)법 등으로 선택적으로 식각하여 구조물용 패턴을 형성한다.Next, as shown in FIG. 6C, a multilayer 60 of polycrystalline silicon / silicon nitride film is grown on the PSG sacrificial pattern 50 and then the multilayer is subjected to reactive ion etching (RIE), induction. A pattern for a structure is formed by selectively etching by inductively coupled plasma atomic etching (ICP).

다음에, 도 6d에 도시된 바와 같이, 전극용 금속을 증착하고 리프트-오프(lift-off) 기법으로 금속 전극(70)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 6D, the metal for the electrode is deposited and the metal electrode 70 is formed by a lift-off technique.

다음에, 도 6e에 도시된 바와 같이, PSG 희생 패턴(50)을 제거함으로써 구조물을 완성한다.Next, as shown in FIG. 6E, the structure is completed by removing the PSG sacrificial pattern 50.

이와 같이 제작된 마이크로자이로스코프의 구성 및 동작을 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.The configuration and operation of the manufactured gyroscope will be described with reference to FIGS. 5A to 5D.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로자이로스코프는, 기판 상에 현수 진동판(60a)을 구비한다. 이 현수 진동판(60a)은 기판 위에 떠 있고, 그 사각 구조의 각 가장자리에는 빗살이 형성되어 있으며, 그 중앙부에 복수개의 직사각형의 관통홀들이 형성된다. 또한, 각속도 감지판(60b)이 구비되는데, 이는 기판 상에 고정되어 전극(빗금 표시 영역)으로 연결되며 현수 진동판(60a)의 직사각형 관통홀들에 각각 삽입된 직사각 돌출 판부재(60b)들로 형성된다. 그리고, 가진판(60c)도 구비하게 되는데, 이는 현수 진동판(60a)의 좌측 가장자리에 형성된 빗살과 교차하는 빗살을 구비하게 된다. 특히, 현수 진동판(60a) 및 각속도 감지판(60b)의 돌출 판부재는 다결정 실리콘층 및 실리콘 질화물층이 교대로 적층된 다중층으로 형성하여 각속도의 감지 감도를 높인다. 그리고, 현수 진동판(60a)의 우측 가장자리에 형성된 빗살과 교차하는 빗살을 구비한 가진 방향 감지판(60d)을 더 구비하여 가진 방향을 일정하게 유지함으로써, 코리올리스 힘의 발생이 입력되는 각속도에 정확하게 비례하여 일어나도록 한다. 도 5d는 현수 구조물(60a) 및 가진판의 돌출 판부재(60b)의 배치 관계를 명확하게 보여준다.As shown, the microgyroscope according to the present invention includes a suspension diaphragm 60a on a substrate. This suspension diaphragm 60a floats on a board | substrate, and the comb teeth are formed in each edge of the square structure, and several rectangular through-holes are formed in the center part. In addition, an angular velocity detecting plate 60b is provided, which is fixed on the substrate and connected to an electrode (hatched display area) by rectangular protrusion plate members 60b respectively inserted into rectangular through holes of the suspension diaphragm 60a. Is formed. And, it is also provided with an excitation plate 60c, which is provided with a comb teeth intersecting the comb teeth formed on the left edge of the suspension vibration plate (60a). In particular, the protruding plate member of the suspension diaphragm 60a and the angular velocity detecting plate 60b is formed of a multilayer in which a polycrystalline silicon layer and a silicon nitride layer are alternately stacked to increase sensing sensitivity of the angular velocity. Further, further comprising an excitation direction detecting plate 60d having a comb teeth intersecting with the comb teeth formed on the right edge of the suspension diaphragm 60a, by maintaining the excitation direction at a constant speed, the generation of the Coriolis force is accurately input. Try to happen proportionally. 5D clearly shows the arrangement relationship between the suspension structure 60a and the protruding plate member 60b of the excitation plate.

이와 같은 구조의 마이크로자이로스코프는, 도 5a에 도시된 바와 같이, x축 방향으로 구조물을 진동시키고, y축을 중심축으로하는 임의의 회전력(각속도)이 구조물에 인가되면, z축 방향으로의 힘 이른바 코리올리스의 힘이 발생한다. 이 코리올리스 힘에 의해 구조물은 z축 방향으로 진동하게 되는데, 이 때 감지전극(40)과 현수 진동 구조물(60a) 사이의 정전 용량은 현수 진동 구조물(60a)의 z축 방향의 변위에 선형적으로 비례하게 된다. 그런데 도5b 및 도5c에 도시된 바와 같이, 다결정 실리콘층과 실리콘 질화막의 다중층으로 형성된 구조물(60; 60a, 60b)의 적층 주기가 구조물이 일으킬 수 있는 최대 변위와 같거나 약간 크게하면 정전 용량:변위비를 크게 향상시킬 수 있다. 정전 용량이 변위에 선형적으로 비례하면(변위는각속도의 크기에 비례), 신호 처리시 정전 용량으로부터 손쉽게 각속도의 양을 검출할 수 있고, 또한 정전용량:변위비가 큰 경우가 동일한 잡음이 존재하는 상황에서 정전용량:변위비가 낮은 경우에 비해 각속도 감지 감도를 높일 수 있다.As shown in FIG. 5A, the microgyroscope having such a structure vibrates the structure in the x-axis direction, and when a certain rotational force (angular velocity) with the y-axis is applied to the structure, the force in the z-axis direction. The so-called Coriolis force occurs. Due to this Coriolis force, the structure vibrates in the z-axis direction, wherein the capacitance between the sensing electrode 40 and the suspension vibration structure 60a is linear to the displacement in the z-axis direction of the suspension vibration structure 60a. Will be proportional to However, as shown in FIGS. 5B and 5C, when the stacking period of the structures 60 (60a, 60b) formed of multiple layers of the polycrystalline silicon layer and the silicon nitride film is equal to or slightly larger than the maximum displacement that the structure can cause, the capacitance The displacement ratio can be greatly improved. If the capacitance is linearly proportional to the displacement (displacement is proportional to the magnitude of the angular velocity), the amount of angular velocity can be easily detected from the capacitance during signal processing, and the same noise exists when the capacitance: displacement ratio is large. In this situation, the sensitivity of angular velocity detection can be improved compared to the case where the capacitance: displacement ratio is low.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고감도 마이크로자이로스코프는, 기판 상에 떠 있고, 그 사각 구조의 각 가장자리에는 빗살이 형성되어 있으며, 그 중앙부에 복수개의 직사각형의 관통홀들이 형성된 현수 진동판을 구비하고, 그 직사각형의 관통홀들에 각속도 감지판의 직사각형의 돌출 판부재들이 삽입되게 하고, 현수 진동판의 일측에 가진판을 구비하여 현수 진동판을 가진시키는 구조로 제작함으로써, 감지판의 검출 정전 용량이 각속도에 선형적으로 비례하므로 신호 처리가 쉽고 간단하여 센서의 제작 비용을 크게 절감할 수 있다. 또한, 현수 진동판의 타측 가장자리에 가진 방향 감지판을 더 구비하게 하여 가진 방향을 일정하게 유지하게 함으로써, 코리올리스 힘의 발생이 입력되는 각속도에 정확하게 비례하여 일어나도록 한다. 더욱이, 현수 진동판 및 각속도 감지판의 돌출 판부재는 다결정 실리콘층 및 실리콘 질화물층이 교대로 적층된 다중층으로 형성함으로써, 각속도에 대한 감지 감도를 훨씬 높였다. 그리고, 이상의 구조는 정전 용량:각속도비가 큰 구조이므로 각속도 감지 해상도를 키울 수 있어, 고성능 자이로스코프를 요구하는 여러 시스템에 응용할 수 있다.As described above, the high-sensitivity microgyroscope according to the present invention has a suspension diaphragm which floats on a substrate, has comb teeth formed at each edge of the rectangular structure, and has a plurality of rectangular through-holes formed at the center thereof. By inserting the rectangular protruding plate members of the angular velocity detecting plate into the rectangular through-holes, and having a vibrating plate on one side of the suspended diaphragm to have a suspended diaphragm, the detection capacitance of the sensing plate is increased by the angular velocity. Linearly proportional to, signal processing is easy and simple, greatly reducing the fabrication cost of the sensor. In addition, by providing a direction detecting plate provided on the other edge of the suspension diaphragm to maintain a constant direction, the generation of Coriolis force is caused to occur in proportion to the input angular velocity accurately. Furthermore, the protruding plate members of the suspension diaphragm and the angular velocity sensing plate were formed of multiple layers in which polycrystalline silicon layers and silicon nitride layers were alternately stacked, thereby significantly increasing the sensitivity to the angular velocity. In addition, the above structure has a large capacitance: angular velocity ratio, so that the angular velocity detection resolution can be increased, and thus it can be applied to various systems requiring a high performance gyroscope.

Claims (4)

기판;Board; 상기 기판 위에 떠 있고, 그 가장자리에 빗살이 형성되어 있으며, 그 중앙부에 복수개의 직사각형의 관통홀들이 형성된 현수 진동판;Suspension diaphragm floating on the substrate, the comb teeth are formed at the edge thereof, the plurality of rectangular through holes formed in the center; 상기 기판 상에 고정되어 전극으로 연결되며, 상기 진동판의 직사각형 관통홀들에 각각 삽입된 직사각 돌출 판부재들로 형성된 각속도 감지판; 및An angular velocity detecting plate fixed on the substrate and connected to an electrode, the angular velocity detecting plate formed of rectangular protruding plate members respectively inserted into rectangular through holes of the diaphragm; And 상기 현수 진동판의 일측 가장자리에 형성된 상기 빗살과 교차하는 빗살을 구비한 가진판;을An excitation plate having comb teeth intersecting with the comb teeth formed at one edge of the suspension diaphragm; 구비하여 된 것을 특징으로 하는 마이크로자이로스코프.Micro gyroscope, characterized in that provided. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 현수 진동판 및 상기 각속도 감지판은 다결정 실리콘층 및 실리콘 질화물층이 교대로 적층된 다중층으로 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로자이로스코프.And said suspension diaphragm and said angular velocity sensing plate are formed of multiple layers in which a polycrystalline silicon layer and a silicon nitride layer are alternately stacked. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 현수 진동판의 타측 가장자리에 형성된 상기 빗살과 교차하는 빗살을 구비한 가진 방향 감지판을 더 구비한 것을 특징으로 하는 마이크로자이로스코프.And a direction detecting plate having comb teeth intersecting with the comb teeth formed on the other edge of the suspension diaphragm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 현수 진동판은 그 상부가 상기 각속도 감지판의 직사각 돌출 판부재의 상부 보다 높도록 떠 있는 것을 특징으로 하는 마이크로자이로스코프.And the suspended diaphragm is floating above the upper portion of the rectangular protruding plate member of the angular velocity detecting plate.
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