JPH10267659A - 角速度センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な工程で製造でき、かつ小型で、出力感
度の大きな角速度センサを得る。 【解決手段】 シリコン基板上に絶縁膜層を介して一部
が支持固定され、振動可能な梁形状を構成する振動子
２、この振動子２の梁部の両側面に対して各々平行な側
面を有し、絶縁膜層を介して少なくとも一部が上記シリ
コン基板に支持固定される第１電極４及び第２電極５、
上記振動子２を上記振動子の両側面の方向に振動させる
駆動手段、並びに上記振動子の梁部と対向する上記シリ
コン基板の表面を第３電極３として、上記振動子の回転
により発生するコリオリ力を検出する検出手段により角
速度センサを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車などに搭載さ
れ、回転角速度を検知する角速度センサ、及びその製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９及び図１０は例えば特開平5-322579
号公報に示された従来の角速度センサであり、図９は概
略構成を示す要部の斜視図、図１０は断面図である。図
９、図１０において、１は絶縁材料からなる第１の基
板、２は第１の基板上１に一部を支持固定され振動可能
な梁形状を有する振動子、３は第１の基板１上の凹部に
形成され、振動子２の下面と対向する、コリオリ力方向
の検出電極、４、５は振動子２の梁部の両方の側面と各
々平行に対向するように配置された第１電極及び第２電
極である。

【０００３】このような構成の従来の角速度センサは、
第１の基板１に凹部を設けて、検出電極３を形成後、第
１の基板１上にシリコン基板を陽極接合で接合し、上記
シリコン基板を所定の形状にエッチングすることによ
り、振動子２、及び第１電極４と第２電極５を形成して
製造される。

【０００４】次に動作について簡単に説明する。例えば
圧電体バイモルフ等の駆動手段により、外部より振動子
２の側面と第１電極４の側面、及び振動子２の他の側面
と第２電極５の側面からなる両方のギャップ方向に、振
動子の共振周波数近傍にて振動子２を駆動励振すると、
このギャップ間の静電容量は変化する。前記振動子の駆
動励振に、振動子の長手方向を回転軸系とした回転角速
度が加わると、駆動励振方向と直交する方向にコリオリ
力なる力が発生し、このコリオリ力方向に振動子は変位
し、振動子２と第１の基板１上の検出電極３からなるギ
ャップ間の静電容量は変化する。そこで検出手段により
この静電容量の変化を検出し、回転角速度の検出を行
う。

【０００５】回転角速度の検出は以下の原理で行われ
る。振動子２と第１の基板１上の検出電極３からなるギ
ャップ間の静電容量Ｃの変化△Ｃを検出する。この△Ｃ
をＣ−Ｖ変換により電圧Ｖの変化△Ｖに置き換える。Ｃ
−Ｖ変換は△Ｖ＝△Ｃ／Ｃ₀ により行われる。ここでＣ
₀ は初期容量である。振動子２の変位量は入力角速度に
比例するので、結局、△Ｖにより入力角速度が検出でき
る。静電容量ＣはＣ＝ε・ｓ／ｄで与えられる。ここで
εはギャップの誘電率、ｓは検出電極と振動子との対向
面積、ｄは検出電極と振動子との距離である。従って入
力角速度に対するｄの変化すなわち振動子の変位量δが
大きくなるほど△Ｃが大きくなり、結局、初期容量Ｃ₀
に対する△Ｃ、すなわち振動子の変位量δが大きくなる
ほど出力感度が増大することになる。

【０００６】なお、ここでは振動子２の側面と第１電極
４の側面、及び振動子２の他の側面と第２電極５の側面
からなる両方のギャップ方向に駆動励振して、駆動励振
方向と直交する方向のコリオリ力による変位を検出電極
３で検出するようにしたが、逆に、検出電極３を加振用
電極とし、振動子２の下面と加振用電極３とからなるギ
ャップ方向に駆動励振して、第１電極４と第２電極５と
を検出電極として、駆動励振方向と直交する方向のコリ
オリ力による変位を検出してもよい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の角速度センサは
以上のように構成されており、片持梁形状の振動子の変
位量δは片持梁寸法に対して、振動子長さＬの二乗に比
例し、振動子の幅Ｗに反比例する。出力感度を増大する
ためにはこの振動子長さＬを大きくするか振動子の幅Ｗ
を小さくする必要がある。また初期容量Ｃ₀ は振動子２
と第１の基板１上の検出電極３とからなるギャップの長
さＧに反比例するので、出力感度を増大するためにはギ
ャップの長さＧをできるだけ小さくする必要がある。し
かしながら振動子長さを大きくするとセンサ自身が大き
くなり高価になるという欠点がある。また振動子長さを
大きくして変位量δを大きくする場合はギャップの長さ
Ｇを小さくすることができず、出力感度を増大すること
ができない。振動子の幅Ｗを小さくすると、同時に振動
子の厚さを幅Ｗと同程度に小さくしないと駆動励振方向
の共振周波数と検出方向の共振周波数に大きな差が発生
し、やはり変位量δが小さくなる。振動子は通常シリコ
ンが用いられるが、この振動子の厚さを小さくするため
には、シリコン基板の厚みが薄いものを用いる必要があ
る。しかし、薄いシリコン基板を用いる場合、製造工程
中にシリコン基板が破損するなどの問題があるととも
に、大口径のウエハを作成することが困難であり、安価
でかつ小型のセンサを得ることが難しかった。また、絶
縁材料からなる第１の基板１とシリコン基板は通常陽極
接合で接合されるが、シリコンに熱膨張率を合わせた絶
縁材料を使う場合においても接合後はそりを生じ、製造
工程が非常に困難になる場合があった。

【０００８】本発明は上述のような課題を解決するため
になされたもので、簡単な工程で製造でき、かつ小型
で、出力感度の大きな角速度センサを提供することを目
的とする。また、上記のような角速度センサを製造する
方法を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成によ
る角速度センサは、シリコン基板上に絶縁膜層を介して
一部が支持固定され、振動可能な梁形状を構成する振動
子、この振動子の梁部の両側面に対して各々平行な側面
を有し、絶縁膜層を介して少なくとも一部が上記シリコ
ン基板に支持固定される第１電極及び第２電極、上記振
動子を上記振動子の梁部の両側面の方向に振動させる駆
動手段、並びに上記振動子の梁部と対向する上記シリコ
ン基板の表面を第３電極として、上記振動子の回転によ
り発生するコリオリ力を検出する検出手段を備えたもの
である。

【００１０】また、本発明の第２の構成による角速度セ
ンサは、シリコン基板上に絶縁膜層を介して一部が支持
固定され、振動可能な梁形状を構成する振動子、上記振
動子の梁部の両側面に対して各々平行な側面を有し、絶
縁膜層を介して少なくとも一部が上記シリコン基板に支
持固定される第１電極及び第２電極、上記振動子の梁部
と対向する上記シリコン基板の表面を第３電極として、
上記振動子を上記シリコン基板表面に対して垂直方向に
振動させる駆動手段、並びに上記第１電極及び第２電極
により、上記振動子の回転により発生するコリオリ力を
検出する検出手段を備えたものである。

【００１１】また、本発明の第３の構成による角速度セ
ンサは、上記振動子、第１電極、及び第２電極が、各々
片持梁または両持梁形状を有し、上記振動子と上記第１
電極及び第２電極との共振周波数が異なっているもので
ある。

【００１２】また、本発明の第４の構成による角速度セ
ンサは、上記振動子、第１電極、及び第２電極が、これ
らを支持する支持部よりも細い片持梁または両持梁形状
を有するものである。

【００１３】また、本発明の第５の構成による角速度セ
ンサは、上記第１電極及び第２電極を支持する支持部
が、第１電極及び第２電極の梁部より内側に突出した形
状であるものである。

【００１４】また、本発明の第６の構成による角速度セ
ンサは、上記振動子、第１電極、及び第２電極の表面の
面方位が１１０面であるシリコン単結晶より構成された
ものである。

【００１５】また、本発明の第７の構成による角速度セ
ンサは、上記振動子、第１電極、及び第２電極を第２の
基板を用いて、真空封止するようにしたものである。

【００１６】また、本発明の第８の構成による角速度セ
ンサは、上記第２の基板がシリコン基板であるものであ
る。

【００１７】また、本発明の第１の方法による角速度セ
ンサの製造方法は、シリコン基板上に、絶縁膜層と、こ
の絶縁膜層上に形成されたシリコン層とが設けられた基
板を用い、上記シリコン層をシリコン加工プロセスによ
り加工して、振動子とこの振動子の梁部の両側面に設け
られる第１電極及び第２電極とに対応する形状を形成す
る第１の工程と、少なくとも上記振動子の下にある絶縁
膜層の一部をエッチングにより除去し、振動可能な梁形
状の振動子を形成する第２の工程とを施したものであ
る。

【００１８】また、本発明の第２の方法による角速度セ
ンサの製造方法は、第１のシリコン基板の表面をシリコ
ン加工プロセスにより加工して、振動子とこの振動子の
梁部の両側面に設けられる第１電極及び第２電極とに対
応する形状を形成する第１の工程と、加工された第１の
シリコン基板の表面に絶縁膜層を形成する第２の工程
と、第１のシリコン基板と第２のシリコン基板とを上記
絶縁膜層が形成された面を挟んで接合する第３の工程
と、第１のシリコン基板の加工面と反対側の面を、研磨
あるいはエッチングして、第１のシリコン基板を必要な
厚みにする第４の工程と、少なくとも上記振動子の下に
ある絶縁膜層の一部をエッチングにより除去し、振動可
能な梁形状の振動子を形成する第５の工程とを施したも
のである。

【００１９】また、本発明の第３の方法による角速度セ
ンサの製造方法は、上記絶縁膜層がシリコン酸化膜であ
るものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、本発明の実施の形態１について、
図面を参照しながら説明する。図１はこの発明の実施の
形態１による角速度センサの概略構成を示す要部の斜視
図である。図２は製造プロセスの概略図であり、図２
（ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿った断面における工程図、
図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線に沿った断面における工程
図である。図１、図２において、基板１０はシリコンウ
エハ１０ａの表面に絶縁物層として酸化膜層１０ｂが形
成され、該酸化膜層１０ｂの表面にシリコン層１０ｃが
形成された３層構造ウエハである。シリコンウエハは５
インチ径であり、ベースのシリコン１０ａの厚みは６０
０ミクロン、酸化膜層１０ｂは２ミクロン、最表面のシ
リコン層１０ｃは５０ミクロンのものを用いた。ここ
で、最表面のシリコン層１０ｃは（１１０）面方位を有
するシリコン単結晶を用いる。このような基板１０を用
いて図１に示すように、一部が支持固定され、振動可能
な梁形状を有する振動子２と、振動子２の梁部の両側面
と各々平行に対向するように配置された第１電極４及び
第２電極５と、振動子２の下面に形成されるコリオリ力
方向の検出電極となる第３電極３とを形成し、角速度セ
ンサを製造する。

【００２１】次にその製造工程について説明する。最表
面のシリコン層１０ｃにパターニングを行った後、ＴＭ
ＡＨのアルカリ溶液で異方性エッチングにより、図１の
如く振動子２、第１電極４、第２電極５、及びそれらの
支持部を形成する。これら振動子２、及び第１電極４と
第２電極５は、基板１０上にある（１１０）面方位を有
するシリコン層１０ｃの異方性エッチング技術により形
成されるため、振動子２の梁部、及び第１電極４と第２
電極５の梁部（長手部分）の厚み方向及び幅方向の形状
は高精度に形成できる。本実施の形態では振動子２の梁
部の幅は５０ミクロンであり、第１電極４と第２電極５
の梁部の幅は２０ミクロンとした。次にＢＨＦによるエ
ッチングにより、振動子２の下部、及び第１電極４と第
２電極５の下部の酸化膜層１０ｂを除去する。ＢＨＦの
エッチングでは酸化膜層１０ｂが等方的にエッチングさ
れるため、振動子２の梁部、及び第１電極４と第２電極
５の梁部の幅よりも充分広いそれらの支持部の下面は酸
化膜層１０ｂが残り、支持部では表面のシリコン層１０
ｃとベースのシリコン１０ａは電気的に絶縁されてい
る。コリオリ力方向の検出電極となる第３電極３は、酸
化膜層１０ｂをＢＨＦのエッチングにより除去した後に
露出するベースのシリコン１０ａの表面を用いる。

【００２２】本実施の形態の角速度センサにおいて入力
角速度の検出を行う場合について説明する。例えば、外
部より圧電素子等（図示せず）を介して振動子２を横方
向に加振させる。この加振の周波数は振動子２の共振周
波数近傍に設定するので、振動子２は横方向に振動する
が、第１電極４と第２電極５はその共振周波数と異なる
共振周波数を有するため、振動量は非常にわずかであ
り、実効的に静止している状態と見なしてよく、参照電
極として使用できる。振動子２の振動量は第１電極４と
第２電極５により検出され、振動の参照量とする。振動
子２が振動している状態で外部から入力角速度が印加さ
れると、振動子２に縦方向の振動が発生する。この時、
その振動量は入力角速度に比例するため、この振動量を
第３電極３にて静電容量の変化として出力する。この静
電容量の変化は振動子２と第３電極３の間で検出する。

【００２３】なお、本実施の形態では、振動子２を横方
向に加振させ、入力角速度が印加された時の、縦方向の
振動量を検出することにより、角速度を検出するように
したが、逆に、第３電極３を加振用電極として、振動子
２を第３電極３にて縦方向に加振させ、入力角速度が印
加された時の、横方向の振動量を第１電極４と第２電極
５を検出電極として検出することにより、角速度を検出
するようにしてもよい。この時、さらに第３電極３によ
り加振による振動量を検出して振動の参照量としてもよ
い。

【００２４】また、本実施の形態では、第１電極４と第
２電極５の形状を振動子２と同様、梁形状としたが、第
１電極４と第２電極５の幅を支持部と同じにした、従来
と同様の形状であってもよい。

【００２５】実施の形態２．以下、本発明の実施の形態
２について、図面を参照しながら説明する。図３はこの
発明の実施の形態２による角速度センサの概略構成を示
す平面図である。図４は製造プロセスの概略図であり、
図４（ａ）は図３のＡ−Ａ線に沿った断面における工程
図、図４（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線に沿った断面における
工程図である。図３、図４において、基板１０は実施の
形態１と同様、シリコンウエハの表面に酸化膜層１０ｂ
が形成され、該酸化膜層１０ｂの表面にシリコン層１０
ｃが形成された３層構造ウエハである。このような基板
１０を用いて図３に示すように、一部が支持固定され、
振動可能な梁形状を有する振動子２と、振動子２の梁部
の両側面と各々平行に対向するように配置された第１電
極４及び第２電極５と、振動子２の下面に形成されるコ
リオリ力方向の検出電極となる第３電極３とを実施の形
態１と同様の製造工程により形成し、角速度センサを製
造する。ただし、本実施の形態では第１電極４と第２電
極５の支持部の構成が図３に示すように、互いに内側に
突出した構成であるので、より小型の角速度センサとな
る。

【００２６】実施の形態３．以下、本発明の実施の形態
３について、図面を参照しながら説明する。図５はこの
発明の実施の形態３による角速度センサの概略構成を示
す斜視図である。図５において、基板１０は実施の形態
１と同様、シリコンウエハ１０ａの表面に酸化膜層１０
ｂが形成され、該酸化膜層１０ｂの表面にシリコン層１
０ｃが形成された３層構造ウエハである。シリコンウエ
ハは５インチ径であり、ベースのシリコン１０ａの厚み
は６００ミクロン、酸化膜層１０ｂは１ミクロン、最表
面のシリコン層１０ｃは２０ミクロンのものを用いた。
本実施の形態では最表面のシリコン層１０ｃは（１０
０）面方位を有するシリコン単結晶を用いている。この
ような基板１０を用いて図５に示すように、一部が支持
固定され、振動可能な梁形状を有する振動子２と、振動
子２の梁部の両側面と各々平行に対向するように配置さ
れた第１電極４及び第２電極５と、振動子２の下面に形
成されるコリオリ力方向の検出電極となる第３電極３と
を形成し、角速度センサを製造する。なお、本実施の形
態では振動子２の支持部の形状を、図５に示すように角
速度センサの周囲を囲う形状とした。

【００２７】次にその製造工程について説明する。最表
面のシリコン層１０ｃにパターニングを行った後、反応
性イオンエッチングによるドライエッチングにより図５
の如く振動子２、第１電極４、第２電極５、及びそれら
の支持部を形成する。本実施の形態では振動子２の梁部
の幅は２０ミクロンであり、第１電極４と第２電極５の
梁部の幅は１０ミクロンとした。また、振動子２の支持
部は全体を囲うように形成した。次にＢＨＦによるエッ
チングにより振動子２の下部、及び第１電極４と第２電
極５の下部の酸化膜層１０ｂを除去する。ＢＨＦのエッ
チングでは酸化膜層１０ｂが等方的にエッチングされる
ため、振動子２の梁部、及び第１電極４と第２電極５の
梁部の幅よりも充分広いそれらの支持部の下面は酸化膜
層１０ｂが残り、支持部では表面のシリコン層１０ｃと
ベースのシリコン１０ａは電気的に絶縁されている。コ
リオリ力方向の検出電極となる第３電極３は、酸化膜層
１０ｂをＢＨＦのエッチングにより除去した後に露出す
るベースのシリコン１０ａの表面を用いる。入力角速度
の検出は実施の形態１と同様である。

【００２８】本実施の形態では、振動子２、及び第１電
極４と第２電極５をドライエッチング技術で形成したの
で、シリコン層の面方位に関係なく、また多結晶シリコ
ン層であっても同様の構成の角速度センサを得ることが
できる。

【００２９】実施の形態４．以下、本発明の実施の形態
４について、図面を参照しながら説明する。図６はこの
発明の実施の形態４による角速度センサの概略構成を示
す斜視図である。図７はこの発明の実施の形態４に係わ
る真空封止構造を実現するための第２の基板の概略断面
図であり、図６におけるＣ−Ｃ線に沿った断面図であ
る。図６において、角速度センサ部１００は実施の形態
３と同様の構成のものを用い、実施の形態３と同様に作
成した。第２の基板２０は（１００）面方位を有するシ
リコン単結晶基板であり、厚みは６００ミクロンとし
た。パターニングを行った後、ＴＭＡＨのアルカリ溶液
で異方性エッチングにより図６の如く、振動子、及び第
１電極と第２電極に対応した部分にキャビティ２１を形
成する。同様に第１電極４と第２電極５の支持部４ａ、
５ａに対応した部分に、各電極からの引き出し窓となる
貫通穴２２を形成する。さらに、第１電極４と第２電極
５の支持部４ａ、５ａに対応した部分を酸化して絶縁膜
２３とし、振動子２の支持部と、第１電極の支持部４ａ
と、第２電極の支持部５ａとを絶縁する。次に第１の基
板１０と第２の基板２０を真空引きをしながらダイレク
トボンディングする。このように角速度センサを真空封
止構造とすると、真空中での振動子の振幅は大気中に比
べ大きくなり、センサ感度はさらに増大する。また、第
２の基板２０にシリコン基板を用いたので、第１の基板
１０との接合はシリコンどうしの接合となり、接合時の
熱膨張率の違いによるそりが防止でき、歩留まりよく真
空封止構造を有することができる。また、各電極からの
引き出しも第２の基板２０としてシリコン基板を用いた
ので、エッチングによる穴明けによる引き出し窓を作る
ことができ、製造工程が簡単になる。

【００３０】実施の形態５．図８はこの発明の実施の形
態５による角速度センサの別の製造プロセスを示す工程
図である。本実施の形態においては、第１の基板３０と
して、（１１０）面方位を有する単結晶シリコンウエハ
を用いる（図８（ａ））。この単結晶シリコンウエハに
パターニングを行った後、ＫＯＨのアルカリ溶液で異方
性エッチングにより図８（ｂ）の如く、振動子２、第１
電極４、第２電極５、及びそれらの支持部となる形状を
形成する。この際エッチングによる溝の深さは、最終的
な振動子２の梁部、及び第１電極４と第２電極５の梁部
（長手部分）の厚みより大きくしておく。なお、振動子
２の梁部の幅は３２ミクロンとし、第１電極４と第２電
極５の梁部の幅は１２ミクロンとした。図８（ｃ）はエ
ッチングした上記シリコンウエハ３０を上下反転させた
ものである。エッチング後、この加工表面を熱酸化し、
表面に酸化膜層３０ａを形成する（図８（ｄ））。この
時酸化膜層３０ａの厚みは１ミクロンとした。次いでこ
の第１の基板３０の加工面を挟んで、第２の基板３１と
してのシリコンウエハをアニールにより第１の基板３０
に接合する（図８（ｅ））。次いでこの第１の基板３０
の加工面と逆の面を研磨することにより最終的な振動子
２の梁部、及び第１電極４と第２電極５の梁部（長手部
分）の厚みにする（図８（ｆ））。この場合は３０ミク
ロンとした。次にＢＨＦによるエッチングにより、振動
子２の側面、第１電極４と第２電極５の側面、及び下部
の酸化膜層３０ａを除去する。ＢＨＦのエッチングでは
酸化膜層３０ａが等方的にエッチングされるため、振動
子２の梁部、及び第１電極４と第２電極５の梁部の幅よ
りも充分広いそれらの支持部の下面は酸化膜層３０ａが
残り、支持部では表面のシリコン層３０とシリコンウエ
ハ３１は電気的に絶縁される。コリオリ力方向の検出電
極となる第３電極３は酸化膜層３０ａをＢＨＦのエッチ
ングにより除去した後に露出するシリコンウエハ３１の
表面を用いる。

【００３１】なお、本実施の形態では絶縁膜３０ａとし
てシリコン酸化膜を用いたが、これは第１の基板３０の
エッチング後に酸化炉にて酸化処理をするのみで形成で
きるという利点を有しているためであり、絶縁膜の機能
ということを満足するための膜であれば、窒化シリコン
膜などの他の膜であってもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明の第１の構成によ
れば、シリコン基板上に絶縁膜層を介して一部が支持固
定され、振動可能な梁形状を構成する振動子、この振動
子の梁部の両側面に対して各々平行な側面を有し、絶縁
膜層を介して少なくとも一部が上記シリコン基板に支持
固定される第１電極及び第２電極、上記振動子を上記振
動子の梁部の両側面の方向に振動させる駆動手段、並び
に上記振動子の梁部と対向する上記シリコン基板の表面
を第３電極として、上記振動子の回転により発生するコ
リオリ力を検出する検出手段を備えたので、振動子の厚
みを薄くすることができ、センサを小型化し、かつ出力
感度の大きな角速度センサを得ることができるととも
に、製造工程が簡単になる。

【００３３】また、本発明の第２の構成によれば、シリ
コン基板上に絶縁膜層を介して一部が支持固定され、振
動可能な梁形状を構成する振動子、上記振動子の梁部の
両側面に対して各々平行な側面を有し、絶縁膜層を介し
て少なくとも一部が上記シリコン基板に支持固定される
第１電極及び第２電極、上記振動子の梁部と対向する上
記シリコン基板の表面を第３電極として、上記振動子を
上記シリコン基板表面に対して垂直方向に振動させる駆
動手段、並びに上記第１電極及び第２電極により、上記
振動子の回転により発生するコリオリ力を検出する検出
手段を備えたので、上記構成と同様、振動子の厚みを薄
くすることができ、センサを小型化し、かつ出力感度の
大きな角速度センサを得ることができるとともに、製造
工程が簡単になる。

【００３４】また、本発明の第３の構成によれば、上記
振動子、第１電極、及び第２電極が、各々片持梁または
両持梁形状を有し、上記振動子と上記第１電極及び第２
電極との共振周波数が異なっているので、出力の大きな
角速度センサが得られる。

【００３５】また、本発明の第４の構成によれば、上記
振動子、第１電極、及び第２電極が、これらを支持する
支持部よりも細い片持梁または両持梁形状を有するの
で、センサを小型化することができる。

【００３６】また、本発明の第５の構成によれば、上記
第１電極及び第２電極を支持する支持部が、第１電極及
び第２電極の梁部より内側に突出した形状であるので、
さらにセンサを小型化することができる。

【００３７】また、本発明の第６の構成によれば、上記
振動子、第１電極、及び第２電極を、表面の面方位が１
１０面であるシリコン単結晶より構成したので、ウエッ
トエッチングを用いることができ、製造工程がさらに簡
単になるとともに信頼性が確保できる。

【００３８】また、本発明の第７の構成によれば、上記
振動子、第１電極、及び第２電極を、第２の基板を用い
て真空封止するようにしたので、さらに出力感度の大き
な角速度センサを得ることができる。

【００３９】また、本発明の第８の構成によれば、上記
第２の基板がシリコン基板であるので、第１の基板との
接合がシリコンどうしの接合となり、接合時の熱膨張率
の違いによるそりが防止でき、歩留まりよく真空封止構
造を有することができる。

【００４０】また、本発明の第１の製造方法によれば、
シリコン基板上に、絶縁膜層と、この絶縁膜層上に形成
されたシリコン層とが設けられた基板を用い、上記シリ
コン層をシリコン加工プロセスにより加工して、振動子
とこの振動子の梁部の両側面に設けられる第１電極及び
第２電極とに対応する形状を形成する第１の工程と、少
なくとも上記振動子の下にある絶縁膜層の一部をエッチ
ングにより除去し、振動可能な梁形状の振動子を形成す
る第２の工程とを施して角速度センサを製造したので、
小型で、出力感度の大きな角速度センサを、簡単な工程
で製造することができる。

【００４１】また、本発明の第２の製造方法によれば、
第１のシリコン基板の表面をシリコン加工プロセスによ
り加工して、振動子とこの振動子の梁部の両側面に設け
られる第１電極及び第２電極とに対応する形状を形成す
る第１の工程と、加工された第１のシリコン基板の表面
に絶縁膜層を形成する第２の工程と、第１のシリコン基
板と第２のシリコン基板とを上記絶縁膜層が形成された
面を挟んで接合する第３の工程と、第１のシリコン基板
の加工面と反対側の面を、研磨あるいはエッチングし
て、第１のシリコン基板を必要な厚みにする第４の工程
と、少なくとも上記振動子の下にある絶縁膜層の一部を
エッチングにより除去し、振動可能な梁形状の振動子を
形成する第５の工程とを施して角速度センサを製造した
ので、第１の製造方法と同様、小型で、出力感度の大き
な角速度センサを、簡単な工程で製造することができ
る。

【００４２】また、本発明の第３の製造方法によれば、
上記絶縁膜層がシリコン酸化膜であるので、製造工程が
より簡単となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による角速度センサ
の概略構成を示す要部の斜視図である。

【図２】 この発明の実施の形態１による角速度センサ
の製造プロセスを示す工程図である。

【図３】 この発明の実施の形態２による角速度センサ
の概略構成を示す平面図である。

【図４】 この発明の実施の形態２による角速度センサ
の製造プロセスを示す工程図である。

【図５】 この発明の実施の形態３による角速度センサ
の概略構成を示す要部の斜視図である。

【図６】 この発明の実施の形態４による角速度センサ
の概略構成を示す要部の斜視図である。

【図７】 この発明の実施の形態４に係わる第２の基板
の概略断面図である。

【図８】 この発明の実施の形態５による角速度センサ
の別の製造プロセスを示す工程図である。

【図９】 従来の角速度センサの概略構成を示す要部の
斜視図である。

【図１０】 従来の角速度センサの概略構成を示す要部
の断面図である。

【符号の説明】

１ 第１の基板、２ 振動子、３ 第３電極、４ 第１
電極、５ 第２電極、４ａ 第１電極の支持部、５ａ
第２電極の支持部、１０ 基板、１０ａ ベースのシリ
コン、１０ｂ 酸化膜層、１０ｃ 最表面のシリコン
層、２０ 第２の基板、２１ キャビティ、２２ 貫通
穴、２３ 絶縁膜、３０ 第１の基板、３０ａ 酸化膜
層、３１ 第２の基板、１００ 角速度センサ部。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン基板上に絶縁膜層を介して一部
   が支持固定され、振動可能な梁形状を構成する振動子、
   この振動子の梁部の両側面に対して各々平行な側面を有
   し、絶縁膜層を介して少なくとも一部が上記シリコン基
   板に支持固定される第１電極及び第２電極、上記振動子
   を上記振動子の梁部の両側面の方向に振動させる駆動手
   段、並びに上記振動子の梁部と対向する上記シリコン基
   板の表面を第３電極として、上記振動子の回転により発
   生するコリオリ力を検出する検出手段を備えたことを特
   徴とする角速度センサ。
2. 【請求項２】 シリコン基板上に絶縁膜層を介して一部
   が支持固定され、振動可能な梁形状を構成する振動子、
   上記振動子の梁部の両側面に対して各々平行な側面を有
   し、絶縁膜層を介して少なくとも一部が上記シリコン基
   板に支持固定される第１電極及び第２電極、上記振動子
   の梁部と対向する上記シリコン基板の表面を第３電極と
   して、上記振動子を上記シリコン基板表面に対して垂直
   方向に振動させる駆動手段、並びに上記第１電極及び第
   ２電極により、上記振動子の回転により発生するコリオ
   リ力を検出する検出手段を備えたことを特徴とする角速
   度センサ。
3. 【請求項３】 振動子、第１電極、及び第２電極は、各
   々片持梁または両持梁形状を有し、上記振動子と上記第
   １電極及び第２電極との共振周波数が異なっていること
   を特徴とする請求項１または２記載の角速度センサ。
4. 【請求項４】 振動子、第１電極、及び第２電極は、こ
   れらを支持する支持部よりも細い片持梁または両持梁形
   状を有することを特徴とする請求項３記載の角速度セン
   サ。
5. 【請求項５】 第１電極及び第２電極を支持する支持部
   は、第１電極及び第２電極の梁部より内側に突出した形
   状であることを特徴とする請求項４記載の角速度セン
   サ。
6. 【請求項６】 振動子、第１電極、及び第２電極は、表
   面の面方位が１１０面のシリコン単結晶より構成されて
   いることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記
   載の角速度センサ。
7. 【請求項７】 振動子、第１電極、及び第２電極を第２
   の基板を用いて、真空封止するようにしたことを特徴と
   する請求項１ないし６のいずれかに記載の角速度セン
   サ。
8. 【請求項８】 第２の基板はシリコン基板である請求項
   ７記載の角速度センサ。
9. 【請求項９】 シリコン基板上に、絶縁膜層と、この絶
   縁膜層上に形成されたシリコン層とが設けられた基板を
   用い、上記シリコン層をシリコン加工プロセスにより加
   工して、振動子とこの振動子の梁部の両側面に設けられ
   る第１電極及び第２電極とに対応する形状を形成する第
   １の工程と、少なくとも上記振動子の下にある絶縁膜層
   の一部をエッチングにより除去し、振動可能な梁形状の
   振動子を形成する第２の工程とを施したことを特徴とす
   る角速度センサの製造方法。
10. 【請求項１０】 第１のシリコン基板の表面をシリコン
    加工プロセスにより加工して、振動子とこの振動子の梁
    部の両側面に設けられる第１電極及び第２電極とに対応
    する形状を形成する第１の工程と、加工された第１のシ
    リコン基板の表面に絶縁膜層を形成する第２の工程と、
    第１のシリコン基板と第２のシリコン基板とを上記絶縁
    膜層が形成された面を挟んで接合する第３の工程と、第
    １のシリコン基板の加工面と反対側の面を、研磨あるい
    はエッチングして、第１のシリコン基板を必要な厚みに
    する第４の工程と、少なくとも上記振動子の下にある絶
    縁膜層の一部をエッチングにより除去し、振動可能な梁
    形状の振動子を形成する第５の工程とを施したことを特
    徴とする角速度センサの製造方法。
11. 【請求項１１】 絶縁膜層がシリコン酸化膜である請求
    項９または１０記載の角速度センサの製造方法。