KR100408530B1 - A method for fabricating a microgyroscope - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A micro gyroscope manufacturing method is provided to prevent torsion, equalize vibrating states of two suspended vibrating structures, and improve the non-linearity of angular velocity sensing output by removing internal stress of all structures comprising the micro gyroscope by two heat-treatment processes. CONSTITUTION: A micro gyroscope manufacturing method is composed of steps for successively forming an insulating layer, a nitride layer, and a doped poly silicon layer on a substrate; forming an electrode by patterning the poly silicon layer; depositing a sacrificial layer for covering the electrode on the nitride layer; patterning the sacrificial layer to expose a portion of the electrode; forming suspended structure layers(201,201') by depositing poly silicon on the patterned sacrificial layer; primarily heat-treating the resultant material with a heat treating mechanism including a gas reacting tube, a heater, a gas inlet, a gas outlet, a gas feeding unit, and a temperature control unit; forming an etching cut-off film on the suspended structure layer; forming an etching cut-off pattern by patterning the etching cut-off film; etching the suspended structure layer by using the etching cut-off pattern; secondarily heat-treating the resultant material with the heat treating mechanism; and removing the etching cut-off pattern and the sacrificial layer.

Description

마이크로자이로스코프의 제조 방법{A method for fabricating a microgyroscope}A method for fabricating a microgyroscope

본 발명은 마이크로자이로스코프의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 현수 구조물의 내부 응력를 해소하여 현수 구조물의 주파수 특성을 개선하고 각속도 출력 응답의 선형성을 높여 보다 안정적인 가진 성능을 얻을 수 있는 마이크로자이로스코프의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a microgyroscope, and more particularly, to solve the internal stress of the suspension structure, to improve the frequency characteristics of the suspension structure, and to increase the linearity of the angular velocity output response. It relates to a manufacturing method.

관성체의 각속도를 검출하기 위한 각속도 센서는 오래 전부터 미사일, 선박, 항공기 등의 항법 장치용 핵심 부품으로 주로 군수용으로 널리 사용되어 왔고, 최근에는 자동차 항법 장치나 고배율 비디오 카메라 등의 가속도 센서 혹은 각속도 센서의 핵심 부품으로 민수용으로 사용 영역이 점차 확대되고 있는 실정이다. 그러나 종래 군사용이나 항공기용으로 사용되던 각속도 감지용 자이로스코프는 제작비용이 많이 들고 부피가 큰 대형이어서 일반 산업용이나 민생용 가전 제품에 적용되기는 어려운 실정이었다. 그러나 상기한 바와 같은 자이로스코프들의 단점을 개선하기 위해서 최근에는 초정밀 가공 기술(Micro Machining)기술을 활용하여 초소형, 초저가의 마이크로자이로스코프를 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.The angular velocity sensor for detecting the angular velocity of an inertial body has long been widely used for military purposes as a key component for navigation devices such as missiles, ships, aircrafts, etc. Recently, acceleration sensors or angular velocity sensors such as automobile navigation systems and high magnification video cameras have been used. Its core parts are gradually being used for civilian purposes. However, the angular velocity sensing gyroscope, which was used for military or aircraft, has been difficult to be applied to general industrial or consumer electronics because it is expensive to manufacture and bulky. However, in order to improve the disadvantages of the gyroscopes as described above, researches to develop ultra-small and ultra-low cost micro gyroscopes have been actively conducted in recent years by using micro machining technology.

일반적으로, 각속도 센서 즉 자이로스코프의 원리는 제1축 방향으로 일정하게 진동하거나 회전하는 관성체가 제1축 방향에 대하여 직각인 제2축을 중심으로하는 회전력에 의한 각속도의 입력을 받을 때, 상기 두 개의 축에 대하여 직교하는 제3축의 방향으로 발생하는 코리올리스 힘(Coriolis force)을 감지함으로써 회전 각속도의 크기를 검출하는 것이다. 이때 관성체에 가해지는 힘을 평형화시키면 각속도 검출의 정확성이 높아진다. 특히 각속도 감지 신호의 선형성과 대역폭을 넓히려면 힘의 평형을 이용한 구조가 바람직하다.In general, the principle of the angular velocity sensor, that is, the gyroscope, is that when the inertial body which vibrates or rotates in the first axis direction constantly receives the input of the angular velocity by the rotational force about the second axis perpendicular to the first axis direction, The magnitude of the rotational angular velocity is detected by detecting a Coriolis force occurring in the direction of the third axis orthogonal to the three axes. At this time, if the force applied to the inertia is balanced, the accuracy of the angular velocity detection is increased. In particular, in order to increase the linearity and bandwidth of the angular velocity detection signal, a structure using force balance is desirable.

도 1은 초정밀 가공 기술을 이용하여,즉 표면 가공기술을 이용하여 개발된 튜닝 포크 모드(tuning fork mode)를 이용하는 빗살 구동형 마이크로자이로스코프(comb motor type microgyroscope)의 개략적인 사시도로, CSDL사의 미국특허5,349,855에 게재된 것이다. 가진판(101)에 교류전압을 인가함으로써 빗살 구조물(102)에는 정전력이 발생한다. 정전기력은 인력 만이 존재하므로 두 개의 현수 진동구조물(103, 103')은 x축 방향에서 서로 반대 방향으로 가진된다. 이 때 관성체가 각속도(Ω)를 가지고 y축을 중심으로 회전력을 받게되면 z축 방향으로 코리올리스 힘이 발생하여 두 개의 현수 진동구조물(103, 103')은 z축 방향에서 서로 반대 방향으로 진동한다. 이러한 현수 진동구조물(103, 103')의 코리올리스 힘에 의한 z축 방향의 진동은 두 현수 진동 구조물(103, 103')하부에 각각 배치된 감지판(105, 105')에 의해 전압 신호의 형태로 감지된다. 즉, 현수 진동구조물(103, 103')과 감지판(105, 105')간의 거리 차에 따른 캐패시턴스의 변화를 전압 신호의 형태로 감지하게 된다. 이 감지된 전압 신호로부터 코리올리스 힘을 측정할 수 있으며, 이 코리올리스 힘으로부터 회전력에 의한 각속도(Ω)를 구할 수 있다.FIG. 1 is a schematic perspective view of a comb motor type microgyroscope using ultra-precision machining technology, ie, a tuning fork mode developed using surface machining technology. It is published in Patent 5,349,855. By applying an alternating voltage to the excitation plate 101, the electrostatic force is generated in the comb structure 102. Since the electrostatic force exists only in the attraction force, the two suspension vibration structures 103 and 103 'are excited in opposite directions in the x-axis direction. At this time, if the inertial body receives the rotational force about the y axis with the angular velocity (Ω), the Coriolis force is generated in the z axis direction so that the two suspension vibration structures 103 and 103 'vibrate in opposite directions in the z axis direction. . The vibration in the z-axis direction due to the Coriolis force of the suspension vibration structures 103 and 103 'is controlled by the sensing plates 105 and 105' disposed under the two suspension vibration structures 103 and 103 ', respectively. It is detected in the form. That is, a change in capacitance depending on a distance difference between the suspension vibration structures 103 and 103 'and the sensing plates 105 and 105' is detected in the form of a voltage signal. The Coriolis force can be measured from the sensed voltage signal, and the angular velocity (Ω) due to the rotational force can be obtained from the Coriolis force.

여기서, 현수 진동구조물(103, 103')을 두 개로 하는 것은 선가속도, 각가속도, 온도 변화 등에 의해서 발생하는 감지 출력의 변화나 두 개의 현수 진동구조물(103, 103')에서 똑같이 발생한 노이즈를 서로 상쇄시킴과 동시에 감지 출력을 두배로 배가시키기 위함이다. 이와 같은 이유에서 마이크로자이로스코프가 두 개의 현수 진동구조물을 갖는 것은 필수적이다.Here, the two suspension vibration structures 103 and 103 'cancel each other's change in the sensed output caused by line acceleration, angular acceleration, temperature change, etc. or noise generated in the two suspension vibration structures 103 and 103'. To double the sense output. For this reason, it is essential for a microgyroscope to have two suspended vibration structures.

또한, 자이로스코프로서의 좋은 성능을 얻기위해서는 두 개의 현수 진동구조물이 모두 공진주파수에서 공진되어야 한다. 만약 두 개의 현수 진동구조물을 갖는 자이로스코프에서 두 현수 진동구조물의 공진주파수가 서로 달라진다면 성능이 저하되거나 서로 다른 두 주파수로 각각의 진동구조물을 가진한 다음 코리올리스 힘을 감지해야 하므로 신호처리회로가 매우 복잡해지고 감지 출력에서 각속도에 해당하는 성분을 얻기가 힘들어진다.In addition, to achieve good performance as a gyroscope, both suspension vibration structures must resonate at the resonant frequency. If the resonant frequencies of the two suspension vibration structures are different from each other in a gyroscope having two suspension vibration structures, the signal processing circuit may be deteriorated or the vibration processing force must be sensed after having each vibration structure at two different frequencies. It becomes very complicated and it is difficult to obtain the component corresponding to the angular velocity in the sense output.

현수 진동구조물(103, 103'), 스프링(104), 지지빔(106) 및 빗살(102, 107)은 같은 종류의 반도체막으로 형성되는데, 이 구조물들은 제조시 내부 응력을 지니고 있어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 비틀림을 지니기 쉽다. 도 2는 수평적으로 비틀림이 발생한 경우로서 스프링(104) 및 지지빔(106)이 스트레스에 의해 비틀린 경우이고, 도 3은 수직적으로 비틀림이 발생한 경우로서 두 현수 구조물(103, 103') 및 스프링(104)이 전체적으로 휘어진 경우를 나타낸다. 이러한 수평적인 비틀림과 수직적인 비틀림이 동시에 나타날 수도 있다. 이 비틀림은 현수 진동구조물(103, 103')의 진동을 비선형적으로 만들게 되어 현수 진동구조물(103, 103')의 공진주파수를 원래 설계치에서 벗어나게 할 뿐 만 아니라, 상시적으로 현수 진동구조물(103, 103')의 공진주파수를 변동하게 한다. 또한 습도나 온도 등 주위 환경에 다라 비틀림의 양태는 다시 변동될 수 있으므로 안정된 특성을 기대할 수 없으며, 튜닝 구조가 의도하였던 노이즈의 상쇄효과는 기대하기 어렵게 된다.The suspension vibration structures 103 and 103 ', the spring 104, the support beam 106 and the comb teeth 102 and 107 are formed of the same kind of semiconductor film, which have internal stresses during manufacture, FIG. And as shown in FIG. 3, are prone to torsion. FIG. 2 illustrates a case in which the horizontal twist occurs and the spring 104 and the support beam 106 are twisted due to stress, and FIG. 3 illustrates a case in which the two suspension structures 103 and 103 'and the spring are vertically twisted. The case where 104 is totally curved is shown. Such horizontal and vertical twists may occur simultaneously. This torsion makes the vibration of the suspension vibration structures 103 and 103 'nonlinear, thereby not only deviating the resonance frequency of the suspension vibration structures 103 and 103' from the original design value, but also the suspension vibration structure 103 , 103 ') is varied. In addition, since the torsion mode may change again depending on the surrounding environment such as humidity or temperature, stable characteristics cannot be expected, and the canceling effect intended by the tuning structure is difficult to expect.

상기 구조물들의 내부 응력(stress)을 감소시키기 위해 종래에는 구조물 형성을 위한 반도체막의 성막 직후에만 열처리를 시행하였다. 그러나 이는 다음 연속 공정에서 발생할 수 있는 구조물들의 내부 응력을 고려하지 않은 것으로 궁극적으로 내부응력에 의한 비틀림을 제거하기가 매우 어려웠다.In order to reduce the internal stress of the structures, heat treatment is conventionally performed only immediately after the formation of the semiconductor film for forming the structure. However, this does not take into account the internal stresses of the structures that may occur in the next continuous process and ultimately it was very difficult to eliminate the torsion caused by internal stresses.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 모든 구조물 형성을 위한 반도체막의 성막시 인가되는 열에 의한 내부 응력으로 인해 발생하는 구조물의 수평적이거나 혹은 수직적인 비틀림을 제거할 수 있는 마이크로자이로스코프의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above problems, a micro gyroscope that can remove the horizontal or vertical distortion of the structure caused by the internal stress caused by the heat applied during the deposition of the semiconductor film for forming all structures Its purpose is to provide a process for the preparation.

도 1은 종래의 튜닝 포크 모드 빗살 구동형 마이크로자이로스코프의 개략적 사시도,1 is a schematic perspective view of a conventional tuning fork mode comb-driven microgyroscope,

도 2는 도 1의 마이크로자이로스코프의 제조시 나타나는 내부 응력에 의한 수평적 비틀림을 설명하기 위한 도면,2 is a view for explaining a horizontal twist caused by the internal stress appearing in the manufacture of the micro-gyroscope of FIG.

도 3은 도 1의 마이크로자이로스코프의 제조시 나타나는 내부 응력에 의한 수직적 비틀림을 설명하기 위한 도면,3 is a view for explaining the vertical twist due to the internal stress appearing during the manufacture of the micro-gyroscope of FIG.

도 4는 본 발명에 따른 튜닝 포크형 마이크로자이로스코프의 제조 방법에 사용되는 열처리 기구의 개략적 단면도,Figure 4 is a schematic cross-sectional view of the heat treatment mechanism used in the manufacturing method of the tuning fork micro gyroscope according to the present invention,

도 5는 본 발명에 따른 튜닝 포크형 마이크로자이로스코프의 제조 방법에 따라 제조된 튜닝 포크형 마이크로자이로스코프의 개략적 평면도,5 is a schematic plan view of a tuning fork-type microgyroscope manufactured according to the method of manufacturing a tuning fork-type microgyroscope according to the present invention;

그리고 도 6 내지 도 17은 본 발명에 따른 튜닝 포크형 마이크로자이로스코프의 제조 단계별 공정후의 단면도이다.6 to 17 are cross-sectional views after the step-by-step process of manufacturing the tuning fork-type microgyroscope according to the present invention.

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

101. 가진판102. 빗살 구조물101. Comb structure

103, 103'. 현수 진동구조물104. 스프링103, 103 '. Suspension vibration structure 104. spring

105, 105'. 감지판106. 지지빔105, 105 '. Sensing plate 106. Support beam

102, 107. 빗살201, 201'. 현수 진동구조물102, 107. Comb 201, 201 '. Suspension vibration structure

202, 202'. 앵커203, 203'. 지지빔202, 202 '. Anchor 203, 203 '. Support beam

204, 204'. 가진판205, 205'. 빗살204, 204 '. With plate 205, 205 '. Comb

206, 206'. 현수 진동 구조물의 빗살207. 스프링206, 206 '. Comb teeth of suspension vibration structures207. spring

208, 208'. 감지판208, 208 '. Detection plate

301. 가스 반응 튜브302. 가열기301. Gas Reaction Tubes. Burner

303. 가스 인입구304. 가스 배출구303. Gas Inlet 304. Gas outlet

305. 가스 공급부306. 온도 제어부305. Gas supply 306. Temperature control unit

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 마이크로자이로스코프의 제조 방법은, 도전성 반도체막 성막 직후에 성막 중에 발생한 내부 응력을 감소시키고 막 내부에 존재하는 기계적 결함을 줄이는 동시에 상기 도전성 실리콘막 내부의 불순물 분포를 재조정하여 균일한 도전성을 갖도록하는 제1열처리 단계; 및 상기 도전성 반도체막을 식각한 직후에 비교적 두꺼운 막의 식각에서 발생하는 막에 대한 물리적 결함을 복원하고 고유의 물리적 상수를 개선함과 동시에 내부 응력을 개선하는 제2열처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a microgyroscope according to the present invention is to reduce the internal stress generated during the film formation immediately after the conductive semiconductor film is formed and to reduce the mechanical defects present in the film, A first heat treatment step of readjusting the impurity distribution to have uniform conductivity; And a second heat treatment step of restoring physical defects on the film generated in the etching of the relatively thick film immediately after etching the conductive semiconductor film, improving the intrinsic physical constant, and at the same time, improving the internal stress. .

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 마이크로자이로스코프의 제조 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a microgyroscope according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

앞서 설명한 바와 같은 내부 응력에 의한 모든 구조물들의 비틀림을 개선하면, 각 구조물들이 본래 위치에서 이탈하는 것을 막고, 각 구조물의 물리적 특성 상수를 복원함으로써 선형적 진동 특성을 가진 마이크로자이로스코프를 제작할 수 있게 된다. 마이크로자이로스코프의 거의 모든 구조물들은 도전성 실리콘막으로 구성되는데, 이 막의 내부 응럭을 최소화하는 수단으로는 저압화학기상증착(LPCVD; low pressure chemical vapor deposition)법에 의하여 조밀하고 균일한 막을 얻고, 저압화학기상증착시 성막 조건을 고려한 성막 후의 열처리가 필요하다. 또한 열처리 공정에는 공정 순서와 열처리 온도, 시간, 횟수등 여러 가지 변수가 있을 수 있다.By improving the torsion of all structures due to the internal stress as described above, it is possible to prevent microstructures from deviating from their original positions, and to restore the physical characteristic constants of each structure, thus making it possible to manufacture a microgyroscope with linear vibration characteristics. . Almost all structures of the micro gyroscope are composed of a conductive silicon film. As a means of minimizing the internal coagulation of the microgyroscope, a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method is used to obtain a dense and uniform film. During vapor deposition, heat treatment after film formation is necessary to consider film formation conditions. In addition, the heat treatment process may have a number of variables such as the process sequence, the heat treatment temperature, time, frequency.

도 4는 본 발명에 따른 마이크로자이로스코프의 제조 방법에 사용되는 열처리 기구의 개략적 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 제조 공정에서 사용되는 열처리 기구는 가스 반응 튜브(301), 가열기(302), 가스 인입구(303), 가스 배출구(304), 가스 공급부(305) 및 온도 제어부(306)를 구비하고 있다.4 is a schematic cross-sectional view of a heat treatment apparatus used in the method of manufacturing a microgyroscope according to the present invention. As shown, the heat treatment apparatus used in the manufacturing process of the present invention is a gas reaction tube 301, heater 302, gas inlet 303, gas outlet 304, gas supply unit 305 and temperature control unit 306 ).

이와 같은 열처리 기구를 사용하는 본 발명에 따른 열처리 방법에서는, 도 6 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 총 2번에 걸쳐 열처리를 시행하여 각 공정상에서 발생하는 응력을 효과적으로 제거하고 있다. 이 중 첫 번째 열처리는 도전성 실리콘막 성막 직후에 시행함으로써 성막 중에 발생한 내부 응력을 감소시키고 막 내부에 존재하는 기계적 결함(mechenical defect)을 줄인다. 또한 도전성막 내부의 불순물 분포를 재조정함으로써 균일한 도전성을 갖는 도전성 실리콘막을 형성한다.In the heat treatment method according to the present invention using such a heat treatment mechanism, as shown in FIGS. 6 to 17, the heat treatment is performed twice in total to effectively remove stress generated in each process. The first heat treatment is performed immediately after the conductive silicon film is formed to reduce internal stresses generated during the film formation and to reduce mechanical defects present in the film. Further, by adjusting the impurity distribution inside the conductive film, a conductive silicon film having uniform conductivity is formed.

다음에, 두 번째 열처리는 마이크로자이로스코프의 모든 구조물들을 형성하기 위하여 도전성 실리콘막을 식각한 직후에 시행함으로써 비교적 두꺼운 막의 식각에서 발생하는 막에 대한 물리적 결함(physical defect)을 복원하고 고유의 물리적 상수를 개선함과 동시에 내부 응력을 개선한다.Next, a second heat treatment is performed immediately after etching the conductive silicon film to form all the structures of the microgyroscope, thereby restoring the physical defects on the film resulting from the etching of the relatively thick film and intrinsic physical constants. At the same time improve internal stress.

이상과 같은 열처리 공정을 수반하는 튜닝 포크형 마이크로자이로스코프의 제조 방법을 도 6 내지 도 17을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to Figures 6 to 17, the manufacturing method of the tuning fork-type microgyroscope accompanying the heat treatment process as described above is as follows.

먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판(1) 상에 SiO2를 성장시켜 절연층(2)을 형성한다. 다음에, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 SiO2 절연층(2) 상에 Si3N4을 증착시켜 질화물층(3)을 형성한다. 다음에, 도 8에 도시된 바와 같이, Si3N4 질화물층(3) 상에 폴리 실리콘층(4a)을 형성한다. 다음에, 도 9에 도시된 바와 같이, 폴리 실리콘층(4a)에 인(P; phosphorus)을 도핑하여 전도성을 향상시킨다. 다음에, 도 10에 도시된 바와 같이, 패터닝하여 다결정 실리콘 전극 패턴(4b)을 형성한다.다음에, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 전극 패턴(4b)를 완전히 덮도록 PSG(phosphorus silicated glass)을 증착하여 희생층(5a)을 형성한다. 다음에, 도 12에 도시된 바와 같이, PSG 희생층(5a)을 식각하여 앵커 형성용 PSG 희생 패턴(5b)을 형성한다. 다음에, 도 13에 도시된 바와 같이, PSG 희생 패턴(5b) 상에 저압 화학 기상 증착법(LPCVD; low pressure chemical vapor deposition)으로 폴리 실리콘을 증착하여 폴리 실리콘 현수 구조물층(6a)을 형성한 다음 폴리 실리콘구조물층(6a) 상에 PSG를 증착하여 식각 차단막(7a)을 형성한다.First, as shown in FIG. 6, SiO 2 is grown on the substrate 1 to form the insulating layer 2. Next, as shown in FIG. 7, Si 3 N 4 is deposited on the SiO 2 insulating layer 2 to form a nitride layer 3. Next, as shown in FIG. 8, a polysilicon layer 4a is formed on the Si3N4 nitride layer 3. Next, as shown in FIG. 9, the polysilicon layer 4a is doped with phosphorus (P) to improve conductivity. Next, as shown in Fig. 10, patterning is performed to form a polycrystalline silicon electrode pattern 4b. Next, as shown in Fig. 11, PSG (phosphorus silicated glass) is completely covered to cover the electrode pattern 4b. E) is deposited to form the sacrificial layer 5a. Next, as shown in FIG. 12, the PSG sacrificial layer 5a is etched to form the PSG sacrificial pattern 5b for anchor formation. Next, as shown in FIG. 13, polysilicon is deposited by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) on the PSG sacrificial pattern 5b to form a polysilicon suspension structure layer 6a. PSG is deposited on the polysilicon structure layer 6a to form an etch stop layer 7a.

앞서 설명한 바 있는 제1차 열처리 공정을 시행한다. 다음에, 도 14에 도시된 바와 같이, PSG 식각 차단막(7a)을 식각하여, 도 15에 도시된 바와 같이, PSG 식각 차단 패턴(7b)을 형성한다. 다음에, PSG 차단 패턴(7b)을 이용하여 폴리 실리콘 구조물층(6a)을 식각하여, 도 16에 도시된 바와 같이, 폴리 실리콘 구조물(6b)을 형성한다. 다음에, 앞서 설명한 바 있는 제2차 열처리 공정을 시행한다. 다음에, PSG 식각 차단 패턴(7b) 및 PSG 희생 패턴(5b)을 완전히 식각하여 제거함으로써, 도 17에 도시된 바와 같이, 2차 열처리된 폴리 실리콘 구조물(6b)가 현수 구조를 갖도록하여 소자를 완성한다. 여기서, 폴리 실리콘 구조물(6b)은 빗(comb)형 현수 관성 질량체에 해당된다.The first heat treatment process as described above is carried out. Next, as shown in FIG. 14, the PSG etch stop layer 7a is etched to form a PSG etch stop pattern 7b as shown in FIG. 15. Next, the polysilicon structure layer 6a is etched using the PSG blocking pattern 7b to form the polysilicon structure 6b, as shown in FIG. Next, a second heat treatment process as described above is performed. Next, the PSG etch blocking pattern 7b and the PSG sacrificial pattern 5b are completely etched and removed, so that the secondary heat treated polysilicon structure 6b has a suspended structure, as shown in FIG. 17. Complete Here, the polysilicon structure 6b corresponds to a comb-type suspended inertial mass.

이상과 같은 제조 방법에 의하여 제작된 튜닝 포크형 마이크로자이로스코프가 도 5에 도시되어 있다. 이 도면은 튜닝 포크형 마이크로자이로스코프의 개략적 평면도이다. 도시된 바와 같이, 현수 진동구조물(201, 201')은 앵커(202, 202')와 지지빔(203, 203')을 통하여 동일한 간격으로 기판 위에 떠있는 상태(현수 구조)로지지되어 있다. 기판에 고정된 가진판(204, 204')의 빗살(comb; 205, 205')과 현수 진동구조물(201, 201')의 빗살(206, 206')은 이격 없이 일정한 간격으로 배열되어 있으며, 동일한 높이로 떠 있어 정합되어 있다. 지지빔(203, 203')과 스프링(207)은 비틀림이 없고 처짐이 없이 기판 위에 떠 있다.A tuning fork microgyroscope manufactured by the above manufacturing method is shown in FIG. 5. This figure is a schematic plan view of a tuning fork microgyroscope. As shown, the suspension vibration structures 201 and 201 'are supported in a floating state (suspended structure) on the substrate at equal intervals through the anchors 202 and 202' and the support beams 203 and 203 '. Combs 205 and 205 'of the excitation plates 204 and 204' fixed to the substrate and combs 206 and 206 'of the suspension vibration structures 201 and 201' are arranged at regular intervals without being spaced apart. They float to the same height and are aligned. The support beams 203, 203 ′ and the spring 207 float on the substrate without twisting and sagging.

이상과 같은 결과를 통하여 현수 진동 구조물(201, 201')의 가진은 기판에 고정된 가진판(204, 204')에 가진 진동 모드의 공진주파수와 동일한 주파수의 교류전압을 가해 빗살(205, 205', 206, 206')에서 정전기력을 발생시킨다. 발생한 정전기력은 두 현수 진동구조물(201, 201')을 각각 x축 방향에서 서로 반대 방향으로 선형적으로 진동시킨다. 이 때 두 진동구조물(201, 201')은 모두 공진주파수에서 진동된다. 그리고 외부에서 각속도(Ω)가 입력되면 코리올리스 힘이 발생하여 두 현수 진동구조물(201, 201')은 z축 방향에서 서로 반대 방향으로 선형적으로 진동하게 되는데 각각의 주파수가 동일하게 z축 방향으로 진동한다. 이 때 두 현수 진동구조물(201, 201')과 그 하부에 각각 위치한 두 감지판(208, 208') 사이에는 두 현수 진동구조물의 z축 방향 진동에 의해 생기는 현수 진동구조물과 감지판 간의 이격거리에 따른 캐패시턴스의 변화를 전압의 형태로 측정하여 코리올리스힘을 계측함으로써, 입력 각속도를 구할 수 있다.Through the above results, the excitation of the suspension vibration structures 201 and 201 'is applied to the comb teeth 205 and 205 by applying an AC voltage having the same frequency as the resonance frequency of the vibration mode to the excitation plates 204 and 204' fixed to the substrate. ', 206, 206') generate an electrostatic force. The generated electrostatic force vibrates the two suspension vibration structures 201 and 201 'linearly in opposite directions in the x-axis direction, respectively. At this time, both vibration structures 201 and 201 'vibrate at the resonant frequency. When the angular velocity (Ω) is input from the outside, the Coriolis force is generated so that the two suspension vibration structures 201 and 201 'vibrate linearly in opposite directions in the z-axis direction. Vibrate. At this time, the distance between the suspension vibration structure and the sensing plate caused by the z-axis vibration of the two suspension vibration structures between the two suspension vibration structures 201 and 201 'and the two sensing plates 208 and 208' respectively positioned at the bottom thereof. By measuring the change in capacitance in the form of voltage and measuring the Coriolis force, the input angular velocity can be obtained.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 튜닝 포크형 마이크로자이로스코프의 제조 방법은 두 번에 걸친 열처리 공정을 이용하여 마이크로자이로스코프를 이루는 모든 구조물의 내부 응력을 제거함으로써, 비틀림의 발생을 방지하여 두 현수진동구조물의 진동 양태를 동일하게 하여 각속동 감지 출력의 비선형성을 개선한다. 또한, 이를 통하여 마이크로자이로스코프의 성능을 향상시키며, 안정성을 높이고, 주위 환경 변화에서 발생하는 감지 출력 변화나 노이즈등의 영향을 두 현수 진동구조물의 정밀한 튜닝을 이용하여 효과적으로 상쇄시킬 수 있다.As described above, the manufacturing method of the tuning fork-type microgyroscope according to the present invention uses two heat treatment processes to remove internal stresses of all structures constituting the microgyroscope, thereby preventing the occurrence of torsion and thereby causing two suspensions. The vibration aspect of the vibration structure is made the same to improve the nonlinearity of the angular velocity detection output. In addition, it is possible to improve the performance of the micro gyroscope, to improve the stability, and to effectively cancel the influence of the sensing output change or noise generated in the environment changes by precise tuning of the two suspension vibration structure.

Claims (2)

기판 상에 절연층, 질화물층 및 도핑된 폴리 실리콘층을 순자적으로 형성하는 제1 단계;Firstly forming an insulating layer, a nitride layer and a doped polysilicon layer on the substrate; 상기 폴리 실리콘층을 패터닝하여 전극을 형성하는 제2 단계;A second step of forming an electrode by patterning the polysilicon layer; 상기 질화물층 상에서 상기 전극을 덮는 희생층을 증착하는 제3 단계;Depositing a sacrificial layer covering the electrode on the nitride layer; 상기 전극이 일부 노출되도록 상기 희생층을 패터닝하는 제4 단계;Patterning the sacrificial layer to partially expose the electrode; 상기 패터닝된 희생층 상에 폴리 실리콘을 증착하여 현수 구조물층을 형성하는 제5 단계;Depositing polysilicon on the patterned sacrificial layer to form a suspension structure layer; 제5 단계의 결과물을 가스반응 튜브, 가열기 , 가스 인입구, 가스 배출구, 가스 공급부 및 온도제어부를 구비하는 열처리 기구로 제1 열처리하는 제6 단계;A sixth step of subjecting the resultant product of the fifth step to a heat treatment apparatus including a gas reaction tube, a heater, a gas inlet, a gas outlet, a gas supply part, and a temperature control part; 상기 현수 구조물층 상에 식각 차단막을 형성하는 제7 단계;A seventh step of forming an etch barrier layer on the suspension structure layer; 상기 식각 차단막을 패터닝하여 식각 차단 패턴을 형성하는 제8 단계;An eighth step of patterning the etch stop layer to form an etch stop pattern; 상기 식각 차단 패턴을 사용하여 상기 현수 구조물층을 식각하는 제9 단계;A ninth step of etching the suspension structure layer using the etch stop pattern; 제9 단계의 결과물을 상기 열처리 기구로 제2 열처리하는 제10 단계; 및A tenth step of subjecting the resultant product of the ninth step to the second heat treatment device; And 상기 식각 차단 패턴 및 상기 희생층을 제거하는 제11 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로자이로스코프의 제조 방법.And an eleventh step of removing the etch stop pattern and the sacrificial layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제5 단계의 상기 현수 구조물층은 저압 화학 기상 증착법에 의하여 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로자이로스코프의 제조 방법.And the suspending structure layer of the fifth step is formed by a low pressure chemical vapor deposition method.
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