JPH1096633A - Angular speed detector - Google Patents
Angular speed detectorInfo
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- JPH1096633A JPH1096633A JP8271678A JP27167896A JPH1096633A JP H1096633 A JPH1096633 A JP H1096633A JP 8271678 A JP8271678 A JP 8271678A JP 27167896 A JP27167896 A JP 27167896A JP H1096633 A JPH1096633 A JP H1096633A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車、カ
メラ等に搭載されるジャイロ等に用いられ、角速度の検
出を行う角速度検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity detecting device for detecting an angular velocity, which is used for a gyro mounted on, for example, an automobile or a camera.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来技術による角速度検出装置を図19
および図20に基づいて説明する。2. Description of the Related Art FIG.
A description will be given based on FIG.
【0003】図19において、1はマイクロマシニング
技術により作製された角速度検出装置である。2は例え
ば高抵抗な単結晶のシリコン材料からなる基板であり、
該基板2のには、図20に示すように、表面を酸化させ
ることにより絶縁層2Aが形成されている。In FIG. 19, reference numeral 1 denotes an angular velocity detecting device manufactured by a micromachining technique. 2 is a substrate made of, for example, a high-resistance single-crystal silicon material,
As shown in FIG. 20, an insulating layer 2A is formed on the substrate 2 by oxidizing the surface.
【0004】3,3は絶縁層2Aを介して基板2上に設
けられた支持部である。4は基板2の表面から離間した
状態で設けられた振動子を示し、該振動子4は4本の支
持梁5,5,…を介して支持部3に支持され、基板2に
対して平行方向、直交方向に変位可能となっている。ま
た、該振動子4は、例えば長さ寸法が800μm程度、
幅寸法が400μm程度、厚さ寸法が5μm程度の薄板
状に形成されている。さらに、図20に示すように、該
振動子4と基板2との離間距離Sは微小であり、例えば
1μm程度である。[0004] Reference numerals 3 and 3 denote support portions provided on the substrate 2 via the insulating layer 2A. Reference numeral 4 denotes a vibrator provided at a distance from the surface of the substrate 2, and the vibrator 4 is supported by the support portion 3 via four support beams 5, 5,. Direction, and can be displaced in the orthogonal direction. The vibrator 4 has a length dimension of, for example, about 800 μm,
It is formed in a thin plate shape having a width of about 400 μm and a thickness of about 5 μm. Further, as shown in FIG. 20, the distance S between the vibrator 4 and the substrate 2 is very small, for example, about 1 μm.
【0005】また、前記各支持部3,振動子4,各支持
梁5、例えば、P,B,Sb等の不純物がドーピングさ
れた低抵抗なポリシリコンをエッチング処理することに
より形成されている。Further, the support portions 3, the vibrator 4, and the support beams 5, for example, are formed by etching low-resistance polysilicon doped with impurities such as P, B, and Sb.
【0006】6,6,…は振動子4に多数形成されたエ
ッチングホールを示し、該各エッチングホール6は振動
子4の表面側と裏面側との間を貫通するように形成され
ている。Reference numerals 6, 6,... Denote a large number of etching holes formed in the vibrator 4. Each of the etching holes 6 is formed so as to penetrate between the front side and the back side of the vibrator 4.
【0007】ここで、該各エッチングホール6は、角速
度検出装置1を製造するときに、振動子4と基板2との
間に形成した犠牲層をエッチング溶液により確実に除去
するために形成されたものである。Here, each of the etching holes 6 is formed to surely remove the sacrificial layer formed between the vibrator 4 and the substrate 2 by using an etching solution when the angular velocity detecting device 1 is manufactured. Things.
【0008】即ち、振動子4と基板2との間の離間距離
Sを確保するように、振動子4を基板2の表面から微小
間隔だけ浮かした状態で設けるためには、まず、基板2
上に犠牲層を形成し、この犠牲層の上に振動子4を形成
するためのポリシリコンを積層して形成する。次に、前
記ポリシリコンの一部をエッチングにより除去して振動
子4を成形する。そして、振動子4と基板2との間の犠
牲層をエッチング溶液により除去する。このとき、振動
子4と基板2との間の離間距離Sは小さく、エッチング
溶液が流れ込みにくいため、振動子4と基板2との間の
犠牲層を所定時間内に確実に除去するのは容易でない。That is, in order to provide the vibrator 4 in a state of being floated from the surface of the substrate 2 by a small distance so as to secure the separation distance S between the vibrator 4 and the substrate 2, first,
A sacrificial layer is formed thereon, and polysilicon for forming the vibrator 4 is laminated on the sacrificial layer. Next, the vibrator 4 is formed by removing a part of the polysilicon by etching. Then, the sacrificial layer between the vibrator 4 and the substrate 2 is removed with an etching solution. At this time, the separation distance S between the vibrator 4 and the substrate 2 is small and the etching solution is difficult to flow, so that it is easy to reliably remove the sacrificial layer between the vibrator 4 and the substrate 2 within a predetermined time. Not.
【0009】そこで、振動子4に多数のエッチングホー
ル6を形成し、振動子4と基板2との間の犠牲層をエッ
チング溶液により除去するときには、このエッチング液
を該各エッチングホール6を介して振動子4と基板2と
の間に多量に流通させるようにしている。これにより、
振動子4と基板2との間の犠牲層を確実に除去すること
ができる。Therefore, when a large number of etching holes 6 are formed in the vibrator 4 and the sacrificial layer between the vibrator 4 and the substrate 2 is removed by an etching solution, this etching solution is passed through each of the etching holes 6. A large amount is circulated between the vibrator 4 and the substrate 2. This allows
The sacrificial layer between the vibrator 4 and the substrate 2 can be reliably removed.
【0010】7,7は振動子4の両側に位置し、絶縁層
2Aを介して基板2上に設けられた電極支持部であり、
8,8は振動子4を矢示X方向に振動させる励振手段と
しての励振電極である。該各励振電極8は、振動子4に
くし状に設けられた電極板8A,8A,…と、該各電極
板8Aと離間した状態で噛合するように前記各電極支持
部7にくし状に設けられた電極板8B,8B,…とから
構成されている。また、前記各電極支持部7、電極板8
A,8Bは、例えば、P,B,Sb等の不純物がドーピ
ングされた低抵抗なポリシリコンをエッチング処理する
ことにより形成されている。Reference numerals 7, 7 denote electrode supporting portions located on both sides of the vibrator 4 and provided on the substrate 2 via the insulating layer 2A.
Reference numerals 8 and 8 denote excitation electrodes as excitation means for vibrating the vibrator 4 in the direction indicated by the arrow X. Each of the excitation electrodes 8 is formed in a comb-like manner on each of the electrode support portions 7 so as to mesh with electrode plates 8A, 8A,... Provided on the vibrator 4 in a state of being separated from the respective electrode plates 8A. .. Are provided. Further, each of the electrode support portions 7 and the electrode plate 8
A and 8B are formed, for example, by etching low-resistance polysilicon doped with impurities such as P, B, and Sb.
【0011】9は振動子4の下側に位置し、該振動子4
に対向するように基板2の表面に設けられた変位検出手
段としての変位検出電極を示し、該変位検出電極9は、
例えば、P,Sb等の不純物を基板2の表面に高密度に
ドーピングすることにより導電性を有するように形成さ
れている。そして、該変位検出電極9は、振動子4がコ
リオリ力により矢示Z方向に変位したときに、その変位
量を検出するものである。Reference numeral 9 denotes a lower part of the vibrator 4.
A displacement detection electrode as displacement detection means provided on the surface of the substrate 2 so as to face
For example, it is formed to have conductivity by doping the surface of the substrate 2 with impurities such as P and Sb at a high density. The displacement detecting electrode 9 detects the amount of displacement when the vibrator 4 is displaced in the direction indicated by the arrow Z due to Coriolis force.
【0012】10,10は各電極支持部7上にそれぞれ
固着された励振用の電極パットを示し、該各電極パット
10は、各電極支持部7に設けられた各電極板8Bに電
気的に導通している。そして、各電極パッド10には各
励振電極8の各電極板8Bに振動信号としての励振信号
を印加するための発振回路等(図示せず)が接続されて
いる。Numerals 10 and 10 denote excitation electrode pads fixed on the respective electrode supporting portions 7, and the respective electrode pads 10 are electrically connected to the respective electrode plates 8B provided on the respective electrode supporting portions 7. Conducted. An oscillation circuit or the like (not shown) for applying an excitation signal as a vibration signal to each electrode plate 8B of each excitation electrode 8 is connected to each electrode pad 10.
【0013】11は支持部3上に固着された検出用の電
極パッド、12は引出し線12Aを介して変位検出電極
9に接続された検出用の電極パッドを示し、該電極パッ
ド11,12には、振動子4と変位検出電極9との間の
静電容量の変化を検出するための検出回路等(図示せ
ず)が接続されている。Reference numeral 11 denotes a detection electrode pad fixed on the support portion 3, and reference numeral 12 denotes a detection electrode pad connected to the displacement detection electrode 9 via a lead wire 12A. Is connected to a detection circuit or the like (not shown) for detecting a change in capacitance between the vibrator 4 and the displacement detection electrode 9.
【0014】従来技術による角速度検出装置は上述した
ような構成を有するもので、次にその動作について説明
する。The angular velocity detecting device according to the prior art has the above-described configuration, and its operation will now be described.
【0015】前記発振回路から各電極パッド10を介し
て各励振電極8の各電極板8Bに、互いに逆位相の励振
信号を印加すると、振動子4は基板2に対して平行方向
(矢示X方向)に振動する。この状態で回転軸Y回りの
回転が作用すると、この回転の角速度に対応したコリオ
リ力が発生するため、振動子4が基板2に対して直交方
向(矢示Z方向)に変位する。そして、該振動子4が矢
示Z方向に変位すると、該振動子4と、該振動子4の下
側に設けられた変位検出電極9との離間距離が変化する
ため、該振動子4と変位検出電極9との間の静電容量が
変化する。この静電容量の変化を、電極パッド11,1
2に接続された検出回路により検出し、当該角速度検出
装置1に作用した角速度を求める。When excitation signals having opposite phases are applied to the respective electrode plates 8B of the respective excitation electrodes 8 from the oscillation circuit via the respective electrode pads 10, the vibrator 4 moves in the direction parallel to the substrate 2 (arrow X). Direction). When a rotation about the rotation axis Y acts in this state, a Coriolis force corresponding to the angular velocity of the rotation is generated, so that the vibrator 4 is displaced in a direction perpendicular to the substrate 2 (Z direction indicated by an arrow). When the vibrator 4 is displaced in the direction indicated by the arrow Z, the distance between the vibrator 4 and the displacement detection electrode 9 provided below the vibrator 4 changes. The capacitance with the displacement detection electrode 9 changes. This change in capacitance is detected by the electrode pads 11 and 1.
The angular velocity applied to the angular velocity detector 1 is detected by a detection circuit connected to the angular velocity detector 2.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による角速度検出装置1では、振動子4と基板2
との離間距離Sが小さければ小さいほど角速度の検出感
度が向上するため、この離間距離Sを例えば1μm程度
の微小なものに設定している。In the angular velocity detecting device 1 according to the prior art described above, the vibrator 4 and the substrate 2
Since the smaller the distance S from the distance is, the higher the detection sensitivity of the angular velocity is, the distance S is set to a minute value, for example, about 1 μm.
【0017】しかし、振動子4と基板2の離間距離Sを
微小に設定すると、振動子4がコリオリ力により矢示Z
方向に振動するとき、振動子4と基板2との間における
エアダンピング(空気の流動抵抗)が大きくなる。この
ため、振動子4と基板2との間に存在する空気抵抗によ
り振動子4の矢示Z方向の振動が妨げられ、振動子4が
大きく振動変位できないという問題がある。この結果、
角速度が作用しても、振動子4と基板2との間の静電容
量の変化が小さくなり、角速度の検出感度が低下すると
いう問題がある。However, when the distance S between the vibrator 4 and the substrate 2 is set to a small value, the vibrator 4 is moved by arrow Z due to Coriolis force.
When vibrating in the direction, air damping (flow resistance of air) between the vibrator 4 and the substrate 2 increases. For this reason, there is a problem that the vibration of the vibrator 4 in the arrow Z direction is hindered by the air resistance existing between the vibrator 4 and the substrate 2, and the vibrator 4 cannot be largely displaced. As a result,
Even if the angular velocity acts, there is a problem that the change in the capacitance between the vibrator 4 and the substrate 2 becomes small, and the detection sensitivity of the angular velocity decreases.
【0018】なお、振動子4には多数のエッチングホー
ル6が形成され、該各エッチングホール6は振動子4を
貫通しているため、振動子4が矢示Z方向に振動したと
き、振動子4と基板2との間に存在する空気の一部は、
該各エッチングホール6を通過して振動子4の表面側に
流出する。従って、該各エッチングホール6によってエ
アダンピングを小さくすることが可能であると考えるこ
とができる。Since a large number of etching holes 6 are formed in the vibrator 4, and each of the etching holes 6 penetrates the vibrator 4, when the vibrator 4 vibrates in the arrow Z direction, Some of the air existing between the substrate 4 and the substrate 2 is
After passing through each of the etching holes 6, it flows out to the surface side of the vibrator 4. Therefore, it can be considered that air damping can be reduced by the etching holes 6.
【0019】しかし、該各エッチングホール6は振動子
4を形成するときにエッチング溶液を流通させるための
穴であり、穴径が小さいため、該各エッチングホール6
を通過して振動子4の表面側に逃げる空気の量は僅かで
ある。また、振動子4の強度を維持するために、エッチ
ングホール6の穴径を大きくしたり、数を増やしたりす
るのは困難である。この結果、実際には、該各エッチン
グホール6のみでは、振動子4と基板2との間における
エアダンピングを十分に小さくすることができない。However, each of the etching holes 6 is a hole through which an etching solution flows when the vibrator 4 is formed, and has a small hole diameter.
Is small and escapes to the surface side of the vibrator 4. Further, it is difficult to increase the diameter of the etching holes 6 or increase the number of the etching holes 6 in order to maintain the strength of the vibrator 4. As a result, in practice, the air damping between the vibrator 4 and the substrate 2 cannot be sufficiently reduced only by the etching holes 6.
【0020】一方、上述した従来技術による角速度検出
装置1では、基板2の表面に変位検出電極9を形成し、
コリオリ力により振動子4が矢示Z方向に変位したとき
に、振動子4と基板2との間の静電容量が変化するのを
検出し、角速度を求めるようにしている。On the other hand, in the angular velocity detecting device 1 according to the prior art described above, a displacement detecting electrode 9 is formed on the surface of the substrate 2 and
When the vibrator 4 is displaced in the direction indicated by the arrow Z due to Coriolis force, a change in capacitance between the vibrator 4 and the substrate 2 is detected, and the angular velocity is determined.
【0021】しかし、振動子4を矢示X方向に振動させ
るために、発振回路から各電極パッド10を介して各励
振電極8の各電極板8Bに印加している励振信号が、図
20中の矢示Aに示すように、基板2を伝達して変位検
出電極9に漏洩する場合がある。そして、この漏洩した
励振信号が、振動子4と基板2との間の静電容量の変化
を検出する際のノイズとなり、角速度の検出感度を低下
させるという問題がある。However, in order to vibrate the vibrator 4 in the direction indicated by the arrow X, the excitation signal applied from the oscillation circuit to each electrode plate 8B of each excitation electrode 8 via each electrode pad 10 is shown in FIG. As indicated by the arrow A, the substrate 2 may be transmitted to leak to the displacement detection electrode 9. Then, the leaked excitation signal becomes a noise when detecting a change in capacitance between the vibrator 4 and the substrate 2, causing a problem that the detection sensitivity of the angular velocity is reduced.
【0022】なお、基板2は高抵抗な単結晶のシリコン
材料から形成され、各電極支持部7は基板2上に絶縁層
2Aを介して設けられている。この結果、図20中の矢
示A方向に漏洩する励振信号の電流は微小である。しか
し、振動子4が矢示Z方向に変位することによる振動子
4と基板2との間の静電容量の変化も微小であるため、
この微小な静電容量の変化を前記検出回路等で増幅して
角速度を検出する場合には、変位検出電極9に微小な漏
洩電流が流れ込むだけでも、それが相対的に無視できな
いノイズとなり、角速度の検出感度を低下させる要因と
なる。The substrate 2 is made of a high-resistance single-crystal silicon material, and each electrode support 7 is provided on the substrate 2 via an insulating layer 2A. As a result, the current of the excitation signal leaking in the direction indicated by the arrow A in FIG. 20 is very small. However, since the change in the capacitance between the vibrator 4 and the substrate 2 due to the displacement of the vibrator 4 in the arrow Z direction is also small,
When detecting the angular velocity by amplifying the minute change in capacitance by the detection circuit or the like, even if a minute leakage current flows into the displacement detection electrode 9, it becomes a relatively nonnegligible noise. Is a factor that lowers the detection sensitivity.
【0023】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は、振動子と基板との間における
気体のダンピング(流動抵抗)を小さくすることによ
り、角速度が作用したときに、振動子が基板に対して直
交方向に抵抗なく変位することができるようにした角速
度検出装置を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art. The present invention reduces the damping (flow resistance) of a gas between a vibrator and a substrate so that the angular velocity can be reduced. It is another object of the present invention to provide an angular velocity detecting device in which a vibrator can be displaced in a direction perpendicular to a substrate without resistance.
【0024】また、本発明は、励振手段等からのノイズ
が基板を介して変位検出手段に漏洩するのを防止できる
ようにした角速度検出装置を提供することを目的として
いる。Another object of the present invention is to provide an angular velocity detecting device capable of preventing noise from an exciting means or the like from leaking to a displacement detecting means via a substrate.
【0025】[0025]
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために請求項1に係る発明は、基板と、該基板の表面に
固着して設けられた支持部と、基端側が該支持部に設け
られた支持梁と、該基板の表面から離間した状態で前記
支持梁の先端側に支持され前記基板に対して変位可能な
振動子と、該振動子を一定の励振方向に振動させる励振
手段と、該励振手段により前記振動子を励振方向に振動
させた状態で角速度が作用したときに、該角速度に対応
して前記振動子が励振方向と直交する方向に変位するの
を検出する変位検出手段とからなる構成を採用してい
る。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 comprises a substrate, a support portion fixedly provided on the surface of the substrate, and a base end provided on the support portion. A supporting beam provided, a vibrator supported on the distal end side of the supporting beam in a state separated from the surface of the substrate and displaceable with respect to the substrate, and excitation means for vibrating the vibrator in a constant excitation direction And displacement detection for detecting that the vibrator is displaced in a direction perpendicular to the excitation direction in accordance with the angular velocity when an angular velocity acts while the vibrator is vibrated in the excitation direction by the excitation means. Means.
【0026】そして、請求項1に係る発明の特徴は、基
板のうち、振動子と対向する位置に該基板の表面側と裏
面側との間を連通する連通孔を設け、該連通孔により前
記基板の表面側と裏面側との間で気体を流通させる構成
としたことにある。A feature of the invention according to claim 1 is that a communication hole communicating between the front surface side and the rear surface side of the substrate is provided at a position of the substrate facing the vibrator, and the communication hole is used for the communication hole. The configuration is such that a gas flows between the front side and the back side of the substrate.
【0027】上記構成より、励振手段により振動子が一
定の励振方向に振動した状態で、角速度が作用したと
き、該振動子はコリオリ力により励振方向と直交する方
向に変位する。ここで、振動子の励振方向が基板に対し
て平行方向の場合には、該振動子はコリオリ力により基
板に対して直交方向に変位する。一方、振動子の励振方
向が基板に対して直交方向の場合には、該振動子はコリ
オリ力により基板に対して平行方向に変位する。According to the above configuration, when an angular velocity acts while the vibrator is vibrated in a constant excitation direction by the excitation means, the vibrator is displaced in a direction orthogonal to the excitation direction by Coriolis force. Here, when the excitation direction of the vibrator is parallel to the substrate, the vibrator is displaced in a direction perpendicular to the substrate by Coriolis force. On the other hand, when the excitation direction of the vibrator is orthogonal to the substrate, the vibrator is displaced in a direction parallel to the substrate by Coriolis force.
【0028】上述したいずれの場合であっても、振動子
が基板に対して直交方向に変位するとき、振動子と基板
との間に存在する気体は、前記連通孔を介して基板の表
面側から裏面側に向けて流出する。これにより、振動子
と基板との間における気体のダンピング(流動抵抗)が
小さくなり、振動子が基板に対して直交方向に変位し易
くなる。In any of the above cases, when the vibrator is displaced in the direction perpendicular to the substrate, the gas present between the vibrator and the substrate flows through the communication hole toward the front surface of the substrate. From the back side. Accordingly, damping (flow resistance) of gas between the vibrator and the substrate is reduced, and the vibrator is easily displaced in a direction orthogonal to the substrate.
【0029】請求項2に係る発明は、基板のうち、振動
子と対向する部位が薄肉部となるように前記基板の裏面
側に凹陥部を設け、前記薄肉部には該基板の表面側と裏
面側とを連通する連通孔を設け、該連通孔により前記基
板の表面側と裏面側との間で気体を流通させる構成とし
たことにある。According to a second aspect of the present invention, a concave portion is provided on the back side of the substrate such that a portion of the substrate facing the vibrator is a thin portion, and the thin portion is provided with a front surface side of the substrate. A communication hole that communicates with the back surface side is provided, and the communication hole allows gas to flow between the front surface side and the back surface side of the substrate.
【0030】上記構成より、基板の薄肉部に連通孔を設
けることによって、連通孔の流入口から流出口までの距
離が短くなる。これにより、基板の表面側から裏面側
(凹陥部内)に向かう空気の流通路が短くなるため、振
動子が基板に対して直交方向に変位したときに、振動子
と基板との間に存在する空気を基板の裏面側に容易に流
出させることができる。According to the above configuration, by providing the communication hole in the thin portion of the substrate, the distance from the inlet to the outlet of the communication hole is reduced. Accordingly, the flow path of the air from the front surface side to the back surface side (inside the concave portion) of the substrate is shortened. Therefore, when the vibrator is displaced in a direction perpendicular to the substrate, the air exists between the vibrator and the substrate. The air can easily flow out to the back side of the substrate.
【0031】請求項3に係る発明は、表面に絶縁膜を有
する基板と、該基板の表面に固着して設けられた支持部
と、基端側が該支持部に設けられた支持梁と、該基板の
表面から離間した状態で前記支持梁の先端側に支持され
前記基板に対して変位可能な振動子と、該振動子を一定
の励振方向に振動させる励振手段と、前記振動子と対向
するように前記基板の表面に設けられ、該励振手段によ
り前記振動子を励振方向に振動させた状態で角速度が作
用したときに、該角速度に対応して前記振動子が励振方
向と直交する方向に変位するのを検出する変位検出手段
とからなる構成を採用している。According to a third aspect of the present invention, there is provided a substrate having an insulating film on a surface thereof, a supporting portion fixedly provided on the surface of the substrate, a supporting beam having a base end provided on the supporting portion, and A vibrator supported on the tip side of the support beam in a state separated from the surface of the substrate and displaceable with respect to the substrate; excitation means for vibrating the vibrator in a constant excitation direction; and opposing the vibrator Is provided on the surface of the substrate as described above, and when an angular velocity acts while the vibrator is vibrated in the excitation direction by the excitation means, the vibrator moves in a direction orthogonal to the excitation direction in accordance with the angular velocity. A configuration including displacement detection means for detecting displacement is employed.
【0032】そして、請求項3に係る発明の特徴は、基
板のうち、振動子と対向する部位が絶縁膜のみからなる
薄肉部となるように基板の裏面側に凹陥部を設け、前記
薄肉部には該基板の表面側と裏面側とを連通する連通孔
を設け、該連通孔により前記基板の表面側と裏面側との
間で気体を流通させる構成としたことにある。A feature of the invention according to claim 3 is that a concave portion is provided on the back surface side of the substrate so that a portion of the substrate facing the vibrator is a thin portion made of only an insulating film. Is provided with a communication hole that communicates the front side and the back side of the substrate, and the communication hole allows gas to flow between the front side and the back side of the substrate.
【0033】上記構成より、励振手段は、例えば発振回
路等によって出力される電気的な振動信号を、静電力等
を利用して機械的振動に変換し、振動子を一定の励振方
向に振動させるものである。また、変位検出手段は、コ
リオリ力により振動子が励振方向と直交する方向に変位
するのを、振動子と変位検出手段との間の静電容量の変
化等として検出し、これに基づいて角速度を求めるもの
である。With the above configuration, the excitation means converts an electrical vibration signal output from, for example, an oscillation circuit or the like into mechanical vibration using electrostatic force or the like, and vibrates the vibrator in a constant excitation direction. Things. Further, the displacement detecting means detects that the vibrator is displaced in the direction orthogonal to the excitation direction due to the Coriolis force as a change in capacitance between the vibrator and the displacement detecting means, etc., and based on the detected angular velocity, Is what you want.
【0034】ここで、振動子の励振方向が基板に対して
平行方向の場合には、変位検出手段は、振動子の下側に
位置して基板の表面に設けられた例えば導電体(電極)
である。この場合、基板のうち変位検出手段が設けられ
た部位の下側は、絶縁膜のみからなる薄肉部となってい
るから、振動子を基板に対して平行方向に振動させるた
めに励振手段から出力される励振信号等が基板側に漏洩
しても、この基板側に漏洩した励振信号等が基板を伝達
して変位検出手段に流れ込むことない。即ち、基板側に
漏洩した励振信号等を前記薄肉部によって遮断すること
ができる。Here, when the excitation direction of the vibrator is parallel to the substrate, the displacement detecting means is, for example, a conductor (electrode) provided on the surface of the substrate below the vibrator.
It is. In this case, since the lower side of the portion of the substrate where the displacement detecting means is provided is a thin portion made of only an insulating film, the output from the exciting means is used to vibrate the vibrator in a direction parallel to the substrate. Even if the excitation signal and the like leaked to the substrate side, the excitation signal and the like leaked to the substrate side are not transmitted to the substrate and flow into the displacement detecting means. That is, the excitation signal or the like leaked to the substrate side can be cut off by the thin portion.
【0035】一方、振動子の励振方向が基板に対して直
交方向の場合には、励振手段は振動子の下側に位置して
基板の表面に設けられた例えば導電体(電極)である。
この場合、基板のうち励振手段が設けられた部位の下側
は、絶縁膜のみからなる薄肉部となっているから、励振
手段から出力される励振信号を前記薄肉部によって遮断
することができる。On the other hand, when the excitation direction of the vibrator is perpendicular to the substrate, the excitation means is, for example, a conductor (electrode) provided on the surface of the substrate under the vibrator.
In this case, since the lower side of the portion of the substrate where the excitation means is provided is a thin portion made of only the insulating film, the excitation signal output from the excitation means can be cut off by the thin portion.
【0036】[0036]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って詳述する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【0037】ここで、図1ないし図3は本発明の第1の
実施例による角速度検出装置を示している。FIGS. 1 to 3 show an angular velocity detecting device according to a first embodiment of the present invention.
【0038】図1において、21は本実施例による角速
度検出装置を示す。22は基板を示し、該基板22は、
図2に示すように、例えば高抵抗な単結晶のシリコン材
料、ガラス材料等からなる基板本体23と、該基板本体
23上に形成された例えば酸化シリコン(SiO2)か
らなる絶縁膜24と、該絶縁膜24上に形成された高抵
抗なシリコン材料からなるシリコン膜25とから構成さ
れている。In FIG. 1, reference numeral 21 denotes an angular velocity detecting device according to the present embodiment. Reference numeral 22 denotes a substrate, and the substrate 22 includes
As shown in FIG. 2, a substrate main body 23 made of, for example, a single-crystal silicon material or a glass material having high resistance, an insulating film 24 made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) formed on the substrate main body 23, And a silicon film 25 made of a high-resistance silicon material formed on the insulating film 24.
【0039】そして、前記シリコン膜25は、基板22
のうち、後述する各支持部31、各電極支持部35、電
極パッド40が設けられている部分と、振動子33の下
側位置にのみ形成され、それ以外の部分は当該角速度検
出装置21の製造過程でエッチング処理により除去され
ている。また、該シリコン膜25上には窒化シリコン
(SiN)からなる窒化シリコン膜26が形成されてい
る。The silicon film 25 is formed on the substrate 22
Of these, a portion provided with each support portion 31, each electrode support portion 35, and the electrode pad 40, which will be described later, and a portion formed only below the vibrator 33 are provided. It has been removed by etching during the manufacturing process. On the silicon film 25, a silicon nitride film 26 made of silicon nitride (SiN) is formed.
【0040】さらに、図2に示すように、振動子33の
下側位置に形成されたシリコン膜25と、各電極支持部
35が設けられている部分に形成されたシリコン膜25
との間には、溝27,27が形成され、該溝27を介し
て各シリコン膜25は離間している。これにより、振動
子33の下側位置に形成されたシリコン膜25を、各電
極支持部35が設けられている部分に形成されたシリコ
ン膜25に対して絶縁することができる。従って、振動
子33の下側に位置するシリコン膜25に形成された後
述の変位検出電極37を、振動子を振動させるための励
振信号が印加される各電極支持部35等に対してから完
全に絶縁することができる。これと同様に、振動子33
の下側位置に形成されたシリコン膜25と、各支持部3
1が設けられている部分に形成されたシリコン膜25と
の間にも、溝27,27が形成され、該溝27を介して
各シリコン膜25は離間している。Further, as shown in FIG. 2, a silicon film 25 formed on the lower side of the vibrator 33 and a silicon film 25 formed on a portion where each electrode support 35 is provided.
Are formed between them, and the silicon films 25 are separated via the grooves 27. Thereby, the silicon film 25 formed at the lower position of the vibrator 33 can be insulated from the silicon film 25 formed at the portion where the electrode support portions 35 are provided. Therefore, the displacement detection electrodes 37 formed on the silicon film 25 located below the vibrator 33 are completely separated from the electrode support portions 35 to which an excitation signal for vibrating the vibrator is applied. Can be insulated. Similarly, the vibrator 33
The silicon film 25 formed on the lower side of the
Grooves 27 are also formed between the silicon film 25 and the silicon film 25 formed at the portion where the first film 1 is provided, and the respective silicon films 25 are separated via the groove 27.
【0041】28は基板22の裏面側に形成された凹陥
部を示し、該凹陥部28は、変位検出電極37が設けら
れた部分の下側に位置する基板本体23を、エッチャン
トとしての水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(T
MAH)等によって除去することにより形成されてい
る。即ち、基板22のうち、変位検出電極37が設けら
れた部位の下側は絶縁膜24のみからなる薄肉部29と
なっている。Reference numeral 28 denotes a concave portion formed on the back surface side of the substrate 22. The concave portion 28 allows the substrate main body 23 located below the portion where the displacement detection electrode 37 is provided to be hydroxylated as an etchant. Tetramethylammonium aqueous solution (T
MAH) or the like. That is, the lower portion of the substrate 22 where the displacement detection electrode 37 is provided is the thin portion 29 made of only the insulating film 24.
【0042】30,30,…は振動子33と対向するよ
うに該振動子33の下側に位置して基板22の薄肉部2
9に多数設けられた連通孔を示し、該各連通孔30は、
基板22の表面側と裏面側との間を連通するように形成
されている。さらに詳しく説明すると、基板22のうち
振動子33の下側に位置する部位は、図3に示すように
凹陥部28が形成され、基板本体23が除去されてい
る。このため、該各連通孔30は、基板22の窒化シリ
コン膜26、シリコン膜25および絶縁膜24を貫通す
ることにより、基板22の表面側と凹陥部28内との間
を連通するように形成されている。Are positioned below the vibrator 33 so as to be opposed to the vibrator 33.
9 shows a large number of communication holes, each communication hole 30
The substrate 22 is formed so as to communicate between the front side and the back side. More specifically, in a portion of the substrate 22 located below the vibrator 33, a concave portion 28 is formed as shown in FIG. 3, and the substrate main body 23 is removed. Therefore, the communication holes 30 are formed to penetrate through the silicon nitride film 26, the silicon film 25, and the insulating film 24 of the substrate 22 so as to communicate between the surface side of the substrate 22 and the inside of the recess 28. Have been.
【0043】そして、該各連通孔30は、基板22の表
面側と裏面側との間で、図3中の矢示B方向に空気を流
通させるための穴であり、該各連通孔30の穴径は、空
気の流通を可能とすると共に、基板22の強度を保持す
る程度の大きさに設定されている。さらに、該各連通孔
30は基板22の薄肉部29に形成されているため、該
各連通孔30の流入口から流出口までの距離が短い。Each of the communication holes 30 is a hole for allowing air to flow between the front surface and the back surface of the substrate 22 in the direction indicated by arrow B in FIG. The hole diameter is set to a size that allows air to flow and maintains the strength of the substrate 22. Further, since each communication hole 30 is formed in the thin portion 29 of the substrate 22, the distance from the inlet to the outlet of each communication hole 30 is short.
【0044】31,31はシリコン膜25および窒化シ
リコン膜26を介して基板22上に固着して設けられた
支持部を示し、該各支持部31は振動子33を挟むよう
に該振動子33の両側に対向するように配置されてい
る。Numerals 31 denote supporting portions fixedly provided on the substrate 22 with the silicon film 25 and the silicon nitride film 26 interposed therebetween. Are arranged so as to oppose each other.
【0045】32,32,…は基端側が各支持部31に
支持され、先端側が振動子33に向けて基板22に対し
て平行方向に伸長する4本の支持梁を示し、該各支持梁
32の先端側には振動子33が一体形成されている。そ
して、該各支持梁32は直線の棒状に形成され、後述す
る励振電極36の各電極板36Bに励振信号が付与され
たときには、該各支持梁32が僅かに撓み、振動子33
を振動させるようになっている。.. Denote four support beams whose base ends are supported by the respective support portions 31 and whose distal ends extend in the direction parallel to the substrate 22 toward the vibrator 33. A vibrator 33 is integrally formed on the distal end side of 32. Each of the support beams 32 is formed in a straight rod shape, and when an excitation signal is applied to each electrode plate 36B of the excitation electrode 36 described later, each of the support beams 32 slightly bends, and
To vibrate.
【0046】33は基板22の表面から離間した状態で
前記各支持梁32の先端側に支持された振動子を示し、
該振動子33は、例えば長さ寸法が800μm程度、幅
寸法が400μm程度、厚さ寸法が5μm程度の薄板状
に形成されている。また、振動子33と基板22の表面
(絶縁膜24の表面)からの離間距離は例えば1μm程
度である。なお、振動子33の長さ寸法、幅寸法、厚さ
寸法および振動子33と基板22表面との離間距離は上
記数値に限定するものではない。Reference numeral 33 denotes a vibrator supported on the tip end of each of the support beams 32 in a state separated from the surface of the substrate 22.
The vibrator 33 is formed in a thin plate shape having a length of about 800 μm, a width of about 400 μm, and a thickness of about 5 μm, for example. The distance between the vibrator 33 and the surface of the substrate 22 (the surface of the insulating film 24) is, for example, about 1 μm. The length, width, and thickness of the vibrator 33 and the distance between the vibrator 33 and the surface of the substrate 22 are not limited to the above numerical values.
【0047】そして、該振動子33は、励振電極36の
各電極板36Bに励振信号が付与されたときには、基板
22に対して平行方向(矢示X方向)に振動する。ま
た、該振動子33が平行方向に振動した状態で、回転軸
Y周りの角速度が作用したときには、該振動子33はコ
リオリ力により基板22に対して直交方向(矢示Z方
向)に振動する。When an excitation signal is applied to each electrode plate 36B of the excitation electrode 36, the vibrator 33 vibrates in a direction parallel to the substrate 22 (the direction indicated by the arrow X). Further, when an angular velocity about the rotation axis Y acts while the vibrator 33 vibrates in the parallel direction, the vibrator 33 vibrates in a direction perpendicular to the substrate 22 (Z direction indicated by an arrow) due to Coriolis force. .
【0048】また、該振動子33には多数のエッチング
ホール34,34,…が形成されている。該各エッチン
グホール34は従来技術による振動子4に形成された各
エッチングホール6と同様に、振動子33の表面側と裏
面側との間を貫通するように形成されている。The vibrator 33 has a large number of etching holes 34, 34,... Each of the etching holes 34 is formed so as to penetrate between the front surface side and the back surface side of the vibrator 33, similarly to the respective etching holes 6 formed in the vibrator 4 according to the related art.
【0049】35,35はシリコン膜25および窒化シ
リコン膜26を介して基板22上に固着して設けられた
電極支持部を示し、該各電極支持部35は振動子33の
両側に位置して配設されている。Reference numerals 35, 35 denote electrode support portions fixedly provided on the substrate 22 via the silicon film 25 and the silicon nitride film 26. The electrode support portions 35 are located on both sides of the vibrator 33. It is arranged.
【0050】36は振動子33を基板22に対して平行
方向(矢示X方向)に振動させる励振手段としての励振
電極を示し、該励振電極36は、振動子33にくし状に
設けられた電極板36A,36A,…と、該各電極板3
6Aと離間した状態で噛合するように前記各電極支持部
35に設けられた電極板36B,36B,…とから構成
されている。そして、該励振電極36に外部に設けられ
た発振回路(図示せず)から、振動信号としての励振信
号を印加することにより、各電極板36A,36B間に
静電力を発生させ、この静電力により振動子33を矢示
X方向に振動させる。Reference numeral 36 denotes an excitation electrode as excitation means for causing the vibrator 33 to vibrate in a direction parallel to the substrate 22 (X direction indicated by an arrow). The excitation electrode 36 is provided on the vibrator 33 in a comb shape. The electrode plates 36A, 36A,...
The electrode plates 36B, 36B,... Provided on each of the electrode support portions 35 so as to be engaged with each other in a state of being separated from 6A. Then, by applying an excitation signal as a vibration signal from an oscillation circuit (not shown) provided externally to the excitation electrode 36, an electrostatic force is generated between the electrode plates 36A and 36B. The vibrator 33 is vibrated in the X direction indicated by the arrow.
【0051】ここで、前述した各支持部31、各支持梁
32、振動子33、各電極支持部35、および励振電極
36の電極板36A,36Bは、例えばP,B,Sb等
の不純物がドーピングされた低抵抗なポリシリコンをエ
ッチング処理することにより形成されている。Here, the above-mentioned respective support portions 31, the respective support beams 32, the vibrator 33, the respective electrode support portions 35, and the electrode plates 36A and 36B of the excitation electrode 36 contain impurities such as P, B and Sb. It is formed by etching a doped low-resistance polysilicon.
【0052】37は基板22上のシリコン膜25に形成
された変位検出手段としての変位検出電極を示し、該変
位検出電極37は振動子33に対向するように該振動子
33の下側位置に配置されている。また、該変位検出電
極37は、シリコン膜25に例えばP,Sb等の不純物
をドーピングすることにより導電性を有するように形成
されている。そして、該変位検出電極37は、振動子3
3がコリオリ力により矢示Z方向に変位したときに、そ
の変位量を振動子33と変位検出電極37との間の静電
容量の変化として検出する。Reference numeral 37 denotes a displacement detection electrode as a displacement detection means formed on the silicon film 25 on the substrate 22. The displacement detection electrode 37 is located below the vibrator 33 so as to face the vibrator 33. Are located. The displacement detection electrode 37 is formed so as to have conductivity by doping the silicon film 25 with an impurity such as P or Sb. The displacement detection electrode 37 is connected to the vibrator 3
When 3 is displaced in the direction indicated by the arrow Z due to Coriolis force, the amount of displacement is detected as a change in capacitance between the vibrator 33 and the displacement detection electrode 37.
【0053】38,38は各電極支持部35上にそれぞ
れ固着された励振用の電極パッドを示し、該各電極パッ
ド38は、例えばAu等の金属材料から形成され、各電
極支持部35に設けられた各電極板36Bに電気的に導
通している。そして、各電極パッド38には各励振電極
36に励振信号を印加するための発振回路等(図示せ
ず)が接続されている。Reference numerals 38, 38 denote excitation electrode pads fixed on the respective electrode support portions 35, and the respective electrode pads 38 are formed of a metal material such as Au, for example, and are provided on the respective electrode support portions 35. Electrically connected to the respective electrode plates 36B. An oscillation circuit or the like (not shown) for applying an excitation signal to each excitation electrode 36 is connected to each electrode pad 38.
【0054】39は支持部31上に固着された電極パッ
ド、40は引出し線40Aを介して変位検出電極37に
接続された検出用の電極パッドを示し、該電極パッド3
9,40は、前記電極パッド38と同様に、例えばAu
等の金属材料から形成されている。そして、電極パッド
39,40には、振動子33と変位検出電極37との間
の静電容量の変化を検出するための検出回路等(図示せ
ず)が接続されている。Reference numeral 39 denotes an electrode pad fixed on the support portion 31, and reference numeral 40 denotes a detection electrode pad connected to the displacement detection electrode 37 via a lead wire 40A.
9 and 40 are, for example, Au, similarly to the electrode pad 38.
And the like. Further, a detection circuit or the like (not shown) for detecting a change in capacitance between the vibrator 33 and the displacement detection electrode 37 is connected to the electrode pads 39 and 40.
【0055】本実施例による角速度検出装置21は上述
のような構成を有するものであり、次にその製造方法に
ついて図4ないし図10を参照しつつ説明する。The angular velocity detecting device 21 according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, a method of manufacturing the angular velocity detecting device 21 will be described with reference to FIGS.
【0056】まず、図4に示す基板加工工程では、単結
晶のシリコン材料からなる基板本体23の表面を酸化さ
せることにより絶縁膜24を形成する。そして、該絶縁
膜24の上に、シリコン材料からなるシリコン膜25を
形成し、当該角速度検出装置21の基板22を形成す
る。First, in the substrate processing step shown in FIG. 4, an insulating film 24 is formed by oxidizing the surface of a substrate main body 23 made of a single crystal silicon material. Then, a silicon film 25 made of a silicon material is formed on the insulating film 24, and a substrate 22 of the angular velocity detecting device 21 is formed.
【0057】次に、図5に示す変位検出電極形成工程で
は、シリコン膜25の所定位置に例えばP,B,Sb等
の不純物を拡散させ、変位検出電極37を形成する。そ
の後、シリコン膜25上に窒化シリコンからなる窒化シ
リコン膜26を形成する。Next, in a displacement detecting electrode forming step shown in FIG. 5, an impurity such as P, B, Sb or the like is diffused at a predetermined position of the silicon film 25 to form a displacement detecting electrode 37. Thereafter, a silicon nitride film 26 made of silicon nitride is formed on the silicon film 25.
【0058】次に、図6に示す連通孔形成工程では、窒
化シリコン膜26上をレジストによりマスクし、RIE
(reactive ion etching)により
基板22の所定位置に連通孔30,30,…を形成す
る。このとき、該各連通孔30は基板22の表面側から
窒化シリコン膜26、シリコン膜25、絶縁膜24を貫
通し、基板本体23の途中まで穿設する。さらに、シリ
コン膜25および窒化シリコン膜26の一部を、RIE
により除去し、溝27,27を形成する。その後、各連
通孔30、各溝27の内部側面に酸化シリコン膜51を
形成する。Next, in the communication hole forming step shown in FIG. 6, the silicon nitride film 26 is masked with a resist and RIE is performed.
The communication holes 30, 30,... Are formed at predetermined positions of the substrate 22 by (reactive ion etching). At this time, each communication hole 30 penetrates through the silicon nitride film 26, the silicon film 25, and the insulating film 24 from the surface side of the substrate 22, and is formed halfway through the substrate body 23. Further, a part of the silicon film 25 and the silicon nitride film 26 is
To form grooves 27, 27. After that, a silicon oxide film 51 is formed on the inner side surface of each communication hole 30 and each groove 27.
【0059】次に、図7に示す犠牲層形成工程では、当
該角速度検出装置21の完成時に振動子33を基板22
の表面から離間した状態で形成するために、基板22上
のうち、振動子33、各支持梁32等が位置する部分
に、リンドープ酸化シリコンからなる犠牲層52(PS
G膜)をCVD等の手段により形成する。そして、該犠
牲層52上に酸化シリコン膜53を着膜形成する。Next, in the sacrificial layer forming step shown in FIG. 7, when the angular velocity detecting device 21 is completed, the vibrator 33 is
In order to form the sacrifice layer 52 (PS) made of phosphorus-doped silicon oxide on the portion of the substrate 22 where the vibrator 33, each support beam 32, and the like are located,
G film) is formed by means such as CVD. Then, a silicon oxide film 53 is formed on the sacrificial layer 52.
【0060】次に、図8に示すポリシリコン膜形成工程
では、基板22、犠牲層52上に例えばP,B,Sb等
がドーピングされたポリシリコン膜54を形成する。Next, in a polysilicon film forming step shown in FIG. 8, a polysilicon film 54 doped with, for example, P, B, Sb or the like is formed on the substrate 22 and the sacrificial layer 52.
【0061】次に、図9に示す振動子形成工程では、ド
ライエッチングまたはウエットエッチングにより該ポリ
シリコン膜54の一部を除去し、図1に示すように、各
支持部31、各支持梁32、振動子33、各電極支持部
35、電極板36A,36B等を成形する。その後、ポ
リシリコン膜54の上面および側面と、シリコン膜25
の側面と、基板本体23の裏面に酸化シリコン膜55を
形成する。さらに、電極支持部35等を形成するポリシ
リコン膜54上に形成された酸化シリコン膜55の一部
を除去し、各電極支持部35上に電極パッド38,38
を形成する。同様に、電極パッド39,40を所定の位
置に形成する。Next, in the vibrator forming step shown in FIG. 9, a part of the polysilicon film 54 is removed by dry etching or wet etching, and as shown in FIG. The vibrator 33, the electrode support portions 35, and the electrode plates 36A and 36B are formed. Thereafter, the upper and side surfaces of the polysilicon film 54 and the silicon film 25
The silicon oxide film 55 is formed on the side surface of the substrate and on the back surface of the substrate body 23. Further, a part of the silicon oxide film 55 formed on the polysilicon film 54 forming the electrode support portions 35 and the like is removed, and the electrode pads 38, 38 are formed on the respective electrode support portions 35.
To form Similarly, the electrode pads 39 and 40 are formed at predetermined positions.
【0062】次に、図10に示す凹陥部形成工程では、
基板本体23の裏面に酸化シリコン膜マスク56を形成
した後、基板22の裏面側から基板本体23の一部を、
水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(TMAH)等
によりエッチングする。即ち、変位検出電極37が形成
された部分の下側に位置する基板本体23を除去し、基
板22の裏面側から見て、絶縁膜24および酸化シリコ
ン膜51が露出するまでエッチングを行う。これによ
り、基板22の裏面側に凹陥部28が形成され、基板2
2のうち変位検出電極37が形成された下側位置に薄肉
部29が形成される。そして、犠牲層52、酸化シリコ
ン膜51,53,55,56をフッ酸化合物により除去
することにより、図2に示すような角速度検出装置21
が完成する。Next, in the recess forming step shown in FIG.
After the silicon oxide film mask 56 is formed on the back surface of the substrate body 23, a part of the substrate body 23 is
Etching is performed with an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) or the like. That is, the substrate main body 23 located below the portion where the displacement detection electrode 37 is formed is removed, and etching is performed until the insulating film 24 and the silicon oxide film 51 are exposed when viewed from the back side of the substrate 22. As a result, a concave portion 28 is formed on the back surface side of the substrate 22 and the substrate 2
The thin portion 29 is formed at a lower position where the displacement detection electrode 37 is formed. Then, the sacrificial layer 52 and the silicon oxide films 51, 53, 55, and 56 are removed with a hydrofluoric acid compound, so that the angular velocity detecting device 21 shown in FIG.
Is completed.
【0063】次に、本実施例による角速度検出装置21
の角速度検出動作と基板22に形成した各連通孔30の
作用について説明する。Next, the angular velocity detecting device 21 according to the present embodiment
The operation of detecting the angular velocity and the operation of each communication hole 30 formed in the substrate 22 will be described.
【0064】発振回路から各電極パッド38を介して各
励振電極36の各電極板36Bに、互いに逆位相の励振
信号を印加すると、振動子33は基板22に対して矢示
X方向に振動する。この状態で回転軸Y回りの回転が作
用すると、この回転の角速度に対応したコリオリ力が発
生するため、振動子33が基板22に対して矢示Z方向
に振動(変位)する。そして、該振動子33が矢示Z方
向に振動すると、該振動子33と、該振動子33の下側
に設けられた変位検出電極37との離間距離が変化する
ため、該振動子33と変位検出電極37との間の静電容
量が変化する。この静電容量の変化を、電極パッド3
9,40に接続された検出回路により検出し、当該角速
度検出装置21に作用した角速度を求める。When excitation signals of opposite phases are applied to the respective electrode plates 36 B of the respective excitation electrodes 36 from the oscillation circuit via the respective electrode pads 38, the vibrator 33 vibrates in the direction indicated by the arrow X with respect to the substrate 22. . When rotation about the rotation axis Y acts in this state, a Coriolis force corresponding to the angular velocity of the rotation is generated, and the vibrator 33 vibrates (displaces) with respect to the substrate 22 in the direction indicated by the arrow Z. When the vibrator 33 vibrates in the direction indicated by the arrow Z, the separation distance between the vibrator 33 and the displacement detection electrode 37 provided below the vibrator 33 changes. The capacitance with the displacement detection electrode 37 changes. This change in capacitance is detected by the electrode pad 3.
Detected by a detection circuit connected to 9, 40, the angular velocity acting on the angular velocity detecting device 21 is obtained.
【0065】ここで、図3に示すように、基板22のう
ち、振動子33の下側位置には、多数の連通孔30が形
成されている。これにより、振動子33がコリオリ力に
より矢示Z方向に振動したとき、該振動子33と基板2
2との間の隙間に存在する空気が、各連通孔30を通っ
て、基板22の裏面側に位置する凹陥部28内に流出す
る。Here, as shown in FIG. 3, a large number of communication holes 30 are formed in the substrate 22 below the vibrator 33. Thus, when the vibrator 33 vibrates in the Z direction indicated by the arrow due to Coriolis force, the vibrator 33 and the substrate 2
The air existing in the gap between the substrate 22 and the air flows through each communication hole 30 into the recess 28 located on the back surface side of the substrate 22.
【0066】このように、各連通孔30が振動子33と
基板22との間の空気の逃げ道となるため、振動子33
が矢示Z方向に振動するときに発生するエアダンピング
(流動抵抗)を大幅に小さくすることができる。これに
より、振動子33が振動するときに該振動子33に作用
する空気抵抗が大幅に低減するため、振動子33を矢示
Z方向に大きく振動させることができる。そして、振動
子33の矢示Z方向の振動が大きくなると、振動子33
と変位検出電極37との間隙の変位量が大きくなり、振
動子33と変位検出電極37との間の静電容量の変化量
が大きくなる。As described above, since each communication hole 30 serves as an escape route for air between the vibrator 33 and the substrate 22, the vibrator 33
The air damping (flow resistance) that occurs when vibrates in the Z direction indicated by the arrow can be significantly reduced. Accordingly, when the vibrator 33 vibrates, the air resistance acting on the vibrator 33 is greatly reduced, so that the vibrator 33 can be vibrated largely in the arrow Z direction. When the vibration in the Z direction indicated by the arrow of the vibrator 33 increases, the vibrator 33
The displacement amount of the gap between the sensor 33 and the displacement detection electrode 37 increases, and the change amount of the capacitance between the vibrator 33 and the displacement detection electrode 37 increases.
【0067】さらに、該各連通孔30は基板22の薄肉
部29に形成され、該各連通孔30の流入口と流出口と
の間の距離は短い。このため、振動子33と基板22と
の間の空気が凹陥部28内に容易に流出する。これによ
り、エアダンピングをより一層小さくすることができ、
振動子33を矢示Z方向により一層大きく振動させるこ
とができる。Further, each communication hole 30 is formed in the thin portion 29 of the substrate 22, and the distance between the inlet and the outlet of each communication hole 30 is short. Therefore, the air between the vibrator 33 and the substrate 22 easily flows out into the recess 28. As a result, air damping can be further reduced,
The vibrator 33 can be further vibrated in the direction indicated by the arrow Z.
【0068】次に、本実施例による角速度検出装置21
に設けられた凹陥部28、薄肉部29によって励振信号
の漏洩を防止する点について説明する。Next, the angular velocity detecting device 21 according to the present embodiment
The point that the leakage of the excitation signal is prevented by the recessed portion 28 and the thin portion 29 provided in the first embodiment will be described.
【0069】振動子33は、発振回路から出力される励
振信号が印加されることによって矢示X方向に振動す
る。即ち、発振回路から出力された励振信号は発振回路
から各電極パッド38、各電極支持部35を通って各励
振電極36の各電極板36Bに供給される。このとき、
該励振信号は高周波の交流信号であるため、絶縁体であ
る窒化シリコン膜26、絶縁膜24を通過して基板本体
23側に僅かに漏洩する場合がある。The vibrator 33 vibrates in the direction indicated by the arrow X when an excitation signal output from the oscillation circuit is applied. That is, the excitation signal output from the oscillation circuit is supplied from the oscillation circuit to each electrode plate 36B of each excitation electrode 36 through each electrode pad 38 and each electrode support 35. At this time,
Since the excitation signal is a high-frequency AC signal, there is a case where the excitation signal slightly leaks to the substrate body 23 side through the silicon nitride film 26 and the insulating film 24 which are insulators.
【0070】ところが、基板22の裏面側には凹陥部2
8が形成され、変位検出電極37の下側に位置する基板
22は、絶縁膜24のみからなる薄肉部29となってい
る。このため、変位検出電極37は基板本体23から大
きく離間した状態となっており、該変位検出電極37
は、その周辺から完全に絶縁されている。However, the concave portion 2 is formed on the back side of the substrate 22.
8 is formed, and the substrate 22 located below the displacement detection electrode 37 is a thin portion 29 composed of only the insulating film 24. For this reason, the displacement detection electrode 37 is largely separated from the substrate main body 23, and
Is completely insulated from its surroundings.
【0071】これにより、励振信号が基板本体23側に
漏洩しても、この漏洩した励振信号が変位検出電極37
に流れ込むことはない。即ち、基板本体23側に漏洩し
た励振信号は絶縁膜24のみからなる薄肉部29によっ
て確実に遮断される。従って、振動子33と変位検出電
極37との間の静電容量を検出するに際し、その検出信
号から励振信号によるノイズを確実に除去することがで
きる。As a result, even if the excitation signal leaks to the substrate body 23 side, the leaked excitation signal is transmitted to the displacement detecting electrode 37.
Will not flow into That is, the excitation signal leaked to the substrate main body 23 side is surely cut off by the thin portion 29 composed of only the insulating film 24. Therefore, when detecting the capacitance between the vibrator 33 and the displacement detection electrode 37, noise due to the excitation signal can be reliably removed from the detection signal.
【0072】また、図3に示すように、各電極支持部3
5と基板22との間に設けられたシリコン膜25と、振
動子33の下側に位置して変位検出電極37が形成され
たシリコン膜25とは、溝27を介して離間しており、
各シリコン膜25は溝27によって絶縁されている。こ
れにより、励振信号が各電極支持部35と基板22との
間に設けられたシリコン膜25に漏洩しても、その漏洩
した励振信号が変位検出電極37の形成されたシリコン
膜25に伝わり、変位検出電極37に流入するのを確実
に防止することができる。Further, as shown in FIG.
The silicon film 25 provided between the substrate 5 and the substrate 22 and the silicon film 25 on which the displacement detection electrode 37 is formed under the vibrator 33 are separated via the groove 27,
Each silicon film 25 is insulated by the groove 27. Accordingly, even if the excitation signal leaks to the silicon film 25 provided between each electrode support 35 and the substrate 22, the leaked excitation signal is transmitted to the silicon film 25 on which the displacement detection electrode 37 is formed, The flow into the displacement detection electrode 37 can be reliably prevented.
【0073】かくして、本実施例によれば、基板22の
うち、振動子33と対向する位置に、多数の連通孔30
を設ける構成としたから、コリオリ力により振動子33
が矢示Z方向に振動したときに、振動子33と基板22
との間に発生するエアダンピングを小さくすることがで
き、振動子33を矢示Z方向に大きく振動させることが
できる。従って、角速度が作用したときに、振動子33
と変位検出電極37間の静電容量の変化を大きくするこ
とができ、角速度の検出感度を向上させることができ
る。Thus, according to the present embodiment, a large number of communication holes 30 are provided in the substrate 22 at positions facing the vibrator 33.
The vibrator 33 is provided by Coriolis force.
Vibrates in the Z direction indicated by the arrow when the vibrator 33 and the substrate 22
Can be reduced, and the vibrator 33 can be largely vibrated in the arrow Z direction. Therefore, when the angular velocity acts, the vibrator 33
It is possible to increase the change in capacitance between the electrode and the displacement detection electrode 37, and to improve the angular velocity detection sensitivity.
【0074】さらに、各連通孔30を薄肉部29に形成
し、該各連通孔30の長さを短くしたから、空気の流通
性を向上させることができる。これにより、エアダンピ
ングをより一層小さくでき、振動子33の振動をより一
層大きくできる。従って、角速度の検出感度をより一層
向上させることができる。Furthermore, since each communication hole 30 is formed in the thin portion 29 and the length of each communication hole 30 is shortened, the flow of air can be improved. Thereby, the air damping can be further reduced, and the vibration of the vibrator 33 can be further increased. Therefore, the angular velocity detection sensitivity can be further improved.
【0075】また、基板22に多数の連通孔30を設け
る構成としたから、当該角速度検出装置21の製造時に
おいて下記の効果を奏する。Further, since a large number of communication holes 30 are provided in the substrate 22, the following effects can be obtained when the angular velocity detecting device 21 is manufactured.
【0076】即ち、図9に示す振動子形成工程におい
て、ポリシリコン膜54に振動子33、電極支持部35
等を成形したときや、図10に示す凹陥部形成工程にお
いて、基板22に凹陥部28を形成したときのように、
ウエットエッチングを行った後には、エッチング溶液を
純水により洗浄し、乾燥させる作業を行う。このとき、
純水が残存する場合があり、この残存した純水の表面張
力により振動子33が基板22の表面に張り付いてしま
う場合がある。That is, in the vibrator forming step shown in FIG. 9, the vibrator 33 and the electrode support 35
When forming the recesses 28 in the substrate 22 in the recess forming step shown in FIG.
After performing the wet etching, the etching solution is washed with pure water and dried. At this time,
Pure water may remain, and the vibrator 33 may adhere to the surface of the substrate 22 due to the surface tension of the remaining pure water.
【0077】このような場合には、基板22の裏面側か
ら各連通孔30を介して基板22と振動子33との間に
ガスを送り込むことで、振動子33を基板22の表面か
ら剥離させることができる。従って、当該角速度検出装
置21の歩留を向上させることができる。In such a case, the gas is sent between the substrate 22 and the vibrator 33 from the back surface side of the substrate 22 through each communication hole 30, so that the vibrator 33 is separated from the surface of the substrate 22. be able to. Therefore, the yield of the angular velocity detecting device 21 can be improved.
【0078】次に、本発明の第2の実施例による角速度
検出装置を図11に基づいて説明する。なお、本実施例
では、前述した第1の実施例の構成要素と同一の構成要
素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとす
る。Next, an angular velocity detecting device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the same components as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【0079】即ち、本実施例による角速度検出装置61
は、基板22の構成、該基板22に形成された凹陥部2
8、薄肉部29、連通孔30については、第1の実施例
による角速度検出装置21と同一である。また、基板2
2上に設けられた支持部、支持梁、振動子33、電極支
持部35の形状についても、第1の実施例による角速度
検出装置21と同一である。That is, the angular velocity detecting device 61 according to this embodiment
Is the configuration of the substrate 22, the recess 2 formed in the substrate 22.
8, the thin portion 29 and the communication hole 30 are the same as those of the angular velocity detecting device 21 according to the first embodiment. Also, the substrate 2
The shapes of the support, the support beam, the vibrator 33, and the electrode support 35 provided on the upper surface 2 are the same as those of the angular velocity detecting device 21 according to the first embodiment.
【0080】ところが、本実施例による角速度検出装置
61は、振動子33の下側に位置して基板22の表面に
形成された電極が励振電極62となり、振動子33と各
電極支持部35との間に形成された各電極が変位検出電
極63,63となっている。However, in the angular velocity detecting device 61 according to the present embodiment, the electrode located on the lower side of the vibrator 33 and formed on the surface of the substrate 22 becomes the excitation electrode 62, and the vibrator 33 and the electrode support portions 35 The electrodes formed between them are the displacement detection electrodes 63, 63.
【0081】本実施例による角速度検出装置61は上述
したような構成を有するもので、次に、当該角速度検出
装置61の基本的動作と、連通孔30の作用について説
明する。The angular velocity detecting device 61 according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, the basic operation of the angular velocity detecting device 61 and the operation of the communication hole 30 will be described.
【0082】即ち、励振電極62に励振信号を印加する
ことにより、振動子33は基板22に対して直交方向
(矢示Z方向)に振動する。また、該振動子33が矢示
Z方向に振動した状態で、図1に示す回転軸Yと同様の
回転軸周りの角速度が作用したときには、振動子33は
コリオリ力により基板22に対して平行方向(矢示X方
向)に振動する。これにより、振動子33に設けれられ
た電極板63Aと電極支持部35に設けられた電極板6
3Bとの間の静電容量が変化するため、この静電容量の
変化を検出することにより角速度を求める。That is, by applying an excitation signal to the excitation electrode 62, the vibrator 33 vibrates in a direction perpendicular to the substrate 22 (Z direction indicated by an arrow). When the vibrator 33 vibrates in the direction indicated by the arrow Z and an angular velocity around the rotation axis similar to the rotation axis Y shown in FIG. 1 acts, the vibrator 33 is parallel to the substrate 22 by Coriolis force. Vibrates in the direction (X direction indicated by arrow). As a result, the electrode plate 63A provided on the vibrator 33 and the electrode plate 6 provided on the electrode support 35 are provided.
Since the capacitance between the capacitor 3B and the capacitor 3B changes, the angular velocity is determined by detecting the change in the capacitance.
【0083】ここで、基板22のうち、振動子33の下
側位置には、多数の連通孔30が形成されている。これ
により、振動子33が励振電極62により矢示Z方向に
振動したとき、該振動子33と基板22との間の隙間に
存在する空気が、各連通孔30を通って、基板22の裏
面側に位置する凹陥部28内に流出する。Here, a large number of communication holes 30 are formed in the substrate 22 at positions below the vibrator 33. Thereby, when the vibrator 33 vibrates in the Z direction indicated by the arrow by the excitation electrode 62, air existing in the gap between the vibrator 33 and the substrate 22 passes through each communication hole 30 and passes through the back surface of the substrate 22. It flows out into the recess 28 located on the side.
【0084】このように、各連通孔30が振動子33と
基板22との間の空気の逃げ道となるため、振動子33
が矢示Z方向に振動するときに発生するエアダンピング
を大幅に小さくすることができる。これにより、空気抵
抗を低減させて振動子33を矢示Z方向に大きく振動さ
せることができる。そして、振動子33の矢示Z方向の
振動が大きくなると、角速度が作用したときに、振動子
33が矢示X方向に大きく振動するようになる。これに
より、振動子33に設けられた電極板63Aと電極支持
部35に設けられた電極板63Bとの間における離間距
離の変位量が大きくなり、各電極板63A,63B間の
静電容量の変化量が大きくなる。従って、角速度の検出
感度を向上させることができる。As described above, since each communication hole 30 serves as an escape route for air between the vibrator 33 and the substrate 22, the vibrator 33
The air damping that occurs when vibrates in the Z direction indicated by the arrow can be significantly reduced. Thereby, the vibrator 33 can be largely vibrated in the arrow Z direction by reducing the air resistance. When the vibration of the vibrator 33 in the arrow Z direction increases, the vibrator 33 vibrates largely in the arrow X direction when an angular velocity acts. Accordingly, the displacement of the separation distance between the electrode plate 63A provided on the vibrator 33 and the electrode plate 63B provided on the electrode support portion 35 increases, and the capacitance of the electrode plates 63A and 63B decreases. The change amount becomes large. Therefore, the angular velocity detection sensitivity can be improved.
【0085】次に、本実施例による角速度検出装置61
に設けられた凹陥部28、薄肉部29により励振信号の
漏洩を防止する点について説明する。Next, the angular velocity detecting device 61 according to this embodiment
The point that the leakage of the excitation signal is prevented by the recessed portion 28 and the thin portion 29 provided in the first embodiment will be described.
【0086】励振電極62には、振動子33を振動させ
るために、高周波の交流信号である励振信号が印加され
る。ここで、励振電極62の下側に位置には凹陥部28
が形成され、励振電極62の下側位置に位置する基板2
2は絶縁膜24のみからなる薄肉部29となっている。
これにより、励振信号が励振電極62に印加されても、
この励振信号は薄肉部29によって遮断され、励振電極
62の外部に漏洩することはない。従って、励振信号が
支持部や電極支持部35に向けて漏洩するのを確実に防
止でき、変位検出電極63から出力される検出信号(静
電容量)に励振信号によるノイズがのるのを確実に防止
することができる。An excitation signal, which is a high-frequency AC signal, is applied to the excitation electrode 62 in order to cause the vibrator 33 to vibrate. Here, the recessed portion 28 is located below the excitation electrode 62.
Is formed, and the substrate 2 located at a lower position of the excitation electrode 62 is formed.
Reference numeral 2 denotes a thin portion 29 composed of only the insulating film 24.
Thereby, even if the excitation signal is applied to the excitation electrode 62,
This excitation signal is cut off by the thin portion 29 and does not leak outside the excitation electrode 62. Therefore, it is possible to reliably prevent the excitation signal from leaking toward the support portion and the electrode support portion 35, and to ensure that the detection signal (capacitance) output from the displacement detection electrode 63 includes noise due to the excitation signal. Can be prevented.
【0087】かくして、本実施例による角速度検出装置
61によっても、前述した第1の実施例による角速度検
出装置21とほぼ同様の効果を得ることができる。Thus, with the angular velocity detecting device 61 according to the present embodiment, substantially the same effects as those of the angular velocity detecting device 21 according to the first embodiment can be obtained.
【0088】次に、本発明の第3の実施例による角速度
検出装置を図12に基づいて説明する。本実施例の特徴
は、第1の実施例のように基板の裏面側に凹陥部を設け
ず、製造工程を簡略化すると共に、基板の強度を向上さ
せたことにある。なお、本実施例では、前述した第1の
実施例の構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付
し、その説明を省略するものとする。Next, an angular velocity detecting device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The feature of this embodiment is that the recess is not provided on the back surface side of the substrate as in the first embodiment, thereby simplifying the manufacturing process and improving the strength of the substrate. In this embodiment, the same components as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【0089】図12において、71は本実施例による角
速度検出装置を示す。72は基板を示し、該基板72
は、前記第1の実施例による角速度検出装置21と同様
に、高抵抗な単結晶のシリコン材料からなる基板本体7
3と、酸化シリコンからなる絶縁膜74と、高抵抗な単
結晶のシリコン材料からなるシリコン膜75とから構成
されている。また、該シリコン膜75上には窒化シリコ
ン膜76が形成されている。さらに、前記シリコン膜7
5には、第1の実施例による角速度検出装置21と同様
に溝77,77が形成されている。In FIG. 12, reference numeral 71 denotes an angular velocity detecting device according to the present embodiment. Reference numeral 72 denotes a substrate.
The substrate body 7 made of a high-resistance single-crystal silicon material, like the angular velocity detecting device 21 according to the first embodiment.
3, an insulating film 74 made of silicon oxide, and a silicon film 75 made of a high-resistance single crystal silicon material. A silicon nitride film 76 is formed on the silicon film 75. Further, the silicon film 7
5, grooves 77, 77 are formed similarly to the angular velocity detecting device 21 according to the first embodiment.
【0090】78,78,…は振動子33と対向するよ
うに該振動子33の下側に位置して基板72に多数設け
られた連通孔を示し、該各連通孔78は、基板72の表
面側と裏面側との間を連通するように形成されている。
さらに詳しく説明すると、該各連通孔78は、基板72
の窒化シリコン膜76、シリコン膜75、絶縁膜74お
よび基板本体73を貫通することにより、基板72の表
面側と裏面側との間を連通するように形成されている。.., 78 represent a large number of communication holes provided in the substrate 72 under the vibrator 33 so as to be opposed to the vibrator 33. It is formed so as to communicate between the front side and the back side.
More specifically, each communication hole 78 is provided with the substrate 72.
By penetrating through the silicon nitride film 76, the silicon film 75, the insulating film 74, and the substrate main body 73, the substrate 72 is formed so as to communicate between the front side and the back side.
【0091】そして、該各連通孔78は、基板72の表
面側と裏面側との間で、図11中の矢示D方向に空気を
流通させるための穴であり、該各連通孔78の穴径は、
空気の流通を可能とすると共に、基板72の強度を保持
する程度の大きさに設定されている。さらに、本実施例
による角速度検出装置71は、前述した第1の実施例に
よる角速度検出装置21と異なり、基板72の裏面側に
凹陥部が設けられていない。従って、本実施例による角
速度検出装置71は第1の実施例による角速度検出装置
21と比較して、基板72の強度が高い。これにより、
基板72に形成された各連通孔78の穴径は、第1の実
施例による角速度検出装置21の各連通孔30の穴径よ
り大きい。Each communication hole 78 is a hole for allowing air to flow in the direction of arrow D in FIG. 11 between the front side and the back side of the substrate 72. The hole diameter is
The size is set to allow air to flow and to maintain the strength of the substrate 72. Further, the angular velocity detecting device 71 according to the present embodiment differs from the angular velocity detecting device 21 according to the first embodiment described above in that no concave portion is provided on the back surface side of the substrate 72. Accordingly, the strength of the substrate 72 of the angular velocity detecting device 71 according to the present embodiment is higher than that of the angular velocity detecting device 21 according to the first embodiment. This allows
The hole diameter of each communication hole 78 formed in the substrate 72 is larger than the hole diameter of each communication hole 30 of the angular velocity detecting device 21 according to the first embodiment.
【0092】次に、本実施例による角速度検出装置71
の製造方法について図13ないし図18を参照しつつ説
明する。Next, the angular velocity detecting device 71 according to the present embodiment is described.
Will be described with reference to FIGS.
【0093】まず、図13に示す基板加工工程では、単
結晶のシリコン材料からなる基板本体73の表面を酸化
させることにより絶縁膜74を形成する。そして、該絶
縁膜74の上に、シリコン材料からなるシリコン膜75
を形成し、当該角速度検出装置71の基板72を形成す
る。First, in the substrate processing step shown in FIG. 13, an insulating film 74 is formed by oxidizing the surface of a substrate body 73 made of a single crystal silicon material. A silicon film 75 made of a silicon material is formed on the insulating film 74.
Is formed, and the substrate 72 of the angular velocity detecting device 71 is formed.
【0094】次に、図14に示す変位検出電極形成工程
では、シリコン膜75の所定位置に例えばP,B,Sb
等の不純物を拡散させ、変位検出電極37を形成する。
その後、シリコン膜75上に窒化シリコン膜76を形成
する。Next, in the displacement detection electrode forming step shown in FIG. 14, for example, P, B, Sb
And the like are diffused to form the displacement detection electrode 37.
Thereafter, a silicon nitride film 76 is formed on the silicon film 75.
【0095】次に、図15に示す連通孔形成工程では、
窒化シリコン膜76上をレジストによりマスクし、RI
E(reactive ion etching)によ
り基板72の所定位置に連通孔78,78,…を形成す
る。このとき、該各連通孔78は基板22の表面側から
窒化シリコン膜76、シリコン膜75、絶縁膜74およ
び基板本体73を貫通するように穿設する。さらに、シ
リコン膜75および窒化シリコン膜76の一部を、RI
Eにより除去し、溝77,77を形成する。その後、各
連通孔78、各溝77の内部側面に酸化シリコン膜81
を形成する。Next, in the communication hole forming step shown in FIG.
By masking the silicon nitride film 76 with a resist, RI
Communication holes 78, 78,... Are formed at predetermined positions on the substrate 72 by E (reactive ion etching). At this time, the communication holes 78 are formed so as to penetrate the silicon nitride film 76, the silicon film 75, the insulating film 74, and the substrate body 73 from the surface side of the substrate 22. Further, a part of the silicon film 75 and the silicon nitride film 76 is
E is removed to form grooves 77, 77. Then, a silicon oxide film 81 is formed on the inner side surface of each communication hole 78 and each groove 77.
To form
【0096】次に、図16に示す犠牲層形成工程では、
当該角速度検出装置71の完成時に振動子33を基板7
2の表面から離間した状態で形成するために、基板72
上のうち、振動子33、各支持梁32等が位置する部分
に犠牲層82を形成する。Next, in the sacrifice layer forming step shown in FIG.
When the angular velocity detecting device 71 is completed, the vibrator 33 is
The substrate 72 is formed to be spaced from the surface of the substrate 2.
A sacrifice layer 82 is formed on a portion where the vibrator 33, each support beam 32, and the like are located.
【0097】次に、図17に示すポリシリコン膜形成工
程では、基板72、犠牲層82上に例えばP,B,Sb
等がドーピングされたポリシリコン膜83を形成する。Next, in the polysilicon film forming step shown in FIG. 17, for example, P, B, Sb is formed on the substrate 72 and the sacrificial layer 82.
Then, a polysilicon film 83 doped with, for example, is formed.
【0098】次に、図18に示す振動子形成工程では、
ドライエッチングまたはウエットエッチングにより該ポ
リシリコン膜83の一部を除去し、振動子33、電極支
持部35等を成形する。そして、該ポリシリコン膜83
上に電極パッド38,38等を形成する。さらに、犠牲
層82、酸化シリコン膜81をフッ酸化合物により除去
することにより、図12に示すような角速度検出装置7
1が完成する。Next, in the vibrator forming step shown in FIG.
A portion of the polysilicon film 83 is removed by dry etching or wet etching to form the vibrator 33, the electrode support 35, and the like. Then, the polysilicon film 83
The electrode pads 38, 38 and the like are formed thereon. Further, by removing the sacrificial layer 82 and the silicon oxide film 81 with a hydrofluoric acid compound, the angular velocity detecting device 7 shown in FIG.
1 is completed.
【0099】本実施例による角速度検出装置71は上述
したような構成を有するものであり、角速度の検出動作
は第1の実施例による角速度検出装置21と同様であ
る。The angular velocity detecting device 71 according to the present embodiment has the above-described configuration, and the operation of detecting the angular velocity is the same as that of the angular velocity detecting device 21 according to the first embodiment.
【0100】然るに、基板72に各連通孔78を設けた
ことにより、振動子33が矢示Z方向に振動するとき
に、振動子33と基板72との間に発生するエアダンピ
ングを小さくすることができ、振動子33を矢示Z方向
に大きく振動させることができる。従って、振動子33
と変位検出電極37との間の静電容量の変化を大きくで
き、角速度の検出感度を向上させることができる。However, by providing the communication holes 78 in the substrate 72, it is possible to reduce the air damping generated between the oscillator 33 and the substrate 72 when the oscillator 33 vibrates in the arrow Z direction. Accordingly, the vibrator 33 can be largely vibrated in the direction indicated by the arrow Z. Therefore, the vibrator 33
It is possible to increase the change in the capacitance between the electrode and the displacement detection electrode 37, thereby improving the angular velocity detection sensitivity.
【0101】また、本実施例では、第1の実施例の角速
度検出装置21のように、基板72の裏面側に凹陥部を
設けず、各連通孔78を基板72の表面側から裏面側ま
で貫通させる構成としたから、製造工程を簡略化できる
と共に、基板72の強度を向上させることができる。In this embodiment, unlike the angular velocity detector 21 of the first embodiment, no recess is provided on the back surface of the substrate 72, and each communication hole 78 is formed from the front surface of the substrate 72 to the back surface. Since the through holes are formed, the manufacturing process can be simplified and the strength of the substrate 72 can be improved.
【0102】なお、前記各実施例では、励振電極36
(変位検出電極63)を振動子33の両側に設けられた
くし状の電極板36A(63A)と、電極支持部35に
設けられたくし状の電極板36B(63B)とにより構
成するものとして述べたが、本発明はこれに限るもので
なく、該各電極板36A(63A),36B(63B)
を設けず、振動子33の側面、電極支持部35の側面を
それぞれ平面状に形成してもよい。In each of the above embodiments, the excitation electrode 36
It has been described that the (displacement detection electrode 63) is constituted by the comb-shaped electrode plates 36A (63A) provided on both sides of the vibrator 33 and the comb-shaped electrode plates 36B (63B) provided on the electrode support 35. However, the present invention is not limited to this, and the electrode plates 36A (63A), 36B (63B)
, The side surface of the vibrator 33 and the side surface of the electrode support portion 35 may be formed in a planar shape.
【0103】また、前記各実施例では、基板22(7
2)上に一対の支持部31を設け、合計4本の支持梁3
2により振動子33を支持する構成としたが、本発明は
これに限るものでなく、例えば、基板上に単一の支持部
を設け、該支持部に1本または2本の支持梁を介して振
動子を支持する、いわゆる片持構造の角速度検出装置に
も適用できる。In each of the above embodiments, the substrate 22 (7
2) A pair of support portions 31 are provided on the upper surface, and a total of four support beams 3 are provided.
Although the configuration is such that the vibrator 33 is supported by 2, the present invention is not limited to this. For example, a single support is provided on the substrate, and one or two support beams are provided on the support. The present invention can also be applied to a so-called cantilevered angular velocity detecting device that supports a vibrator by using it.
【0104】[0104]
【発明の効果】以上詳述したとおり、請求項1に係る発
明によれば、基板のうち、振動子と対向する位置に、該
基板の表面側と裏面側との間を連通する連通孔を設け、
該連通孔により前記基板の表面側と裏面側との間で気体
を流通させる構成としたから、振動子が基板に対して直
交方向に振動したときに、振動子と基板との間に存在す
る気体を基板の裏面側に逃すことができる。これによ
り、振動子と基板との間における気体のダンピング(流
動抵抗)を小さくすることができ、振動子を基板に対し
て直交方向に抵抗なく大きく振動させることができる。
従って、角速度の検出感度を向上させることができる。As described above in detail, according to the first aspect of the present invention, a communication hole communicating between the front side and the back side of the substrate is formed at the position of the substrate facing the vibrator. Provided,
Since the communication hole allows the gas to flow between the front surface side and the back surface side of the substrate, when the vibrator vibrates in a direction perpendicular to the substrate, the gas exists between the vibrator and the substrate. Gas can escape to the back side of the substrate. Thereby, damping (flow resistance) of gas between the vibrator and the substrate can be reduced, and the vibrator can be vibrated largely in the direction perpendicular to the substrate without resistance.
Therefore, the angular velocity detection sensitivity can be improved.
【0105】請求項2に係る発明によれば、基板のうち
振動子と対向する部位が薄肉部となるように該基板の裏
面側に凹陥部を設け、前記薄肉部には基板の表面側と裏
面側との間を連通する連通孔を設け、該連通孔により前
記基板の表面側と裏面側との間で気体を流通させる構成
としたから、連通孔の流入口から流出口までの距離を短
くでき、基板の表面側から裏面側(凹陥部内)に向かう
空気の通路を短縮できる。これにより、連通孔に空気が
流通し易くなるため、振動子が基板に対して直交方向に
振動したときに発生する気体のダンピングをより一層小
さくすることができる。従って、振動子を基板に対して
直交方向に抵抗なく、より一層大きく振動させることが
でき、角速度の検出感度をより一層向上させることがで
きる。According to the second aspect of the present invention, a concave portion is provided on the back surface side of the substrate so that a portion of the substrate facing the vibrator is a thin portion, and the thin portion is provided on the front surface side of the substrate. A communication hole communicating with the back surface side is provided, and since the communication hole allows the gas to flow between the front surface side and the back surface side of the substrate, the distance from the inlet to the outlet of the communication hole is reduced. It is possible to shorten the length of the air passage, and it is possible to shorten the air passage from the front surface side of the substrate to the back surface side (inside the concave portion). This facilitates the flow of air through the communication hole, so that the damping of gas generated when the vibrator vibrates in the direction perpendicular to the substrate can be further reduced. Therefore, the vibrator can be vibrated much more without any resistance in the direction perpendicular to the substrate, and the detection sensitivity of the angular velocity can be further improved.
【0106】請求項3に係る発明によれば、基板のう
ち、振動子と対向する部位が該基板の表面に形成された
絶縁膜のみからなる薄肉部となるように、該基板の裏面
側に凹陥部を設け、前記薄肉部には、基板の表面側と裏
面側との間を連通し該基板の表面側と裏面側との間で気
体を流通させる連通孔を設ける構成としたから、振動子
を励振方向に振動させるために励振手段に印加する励振
信号等が漏洩して、変位検出手段にノイズとなって作用
するのを防止することができる。従って、振動子と変位
検出手段との間の静電容量の変化等を検出するときのノ
イズを大幅に低減でき、角速度の検出感度を向上させる
ことができる。According to the third aspect of the present invention, on the rear surface of the substrate, the portion of the substrate facing the vibrator is a thin portion made of only an insulating film formed on the surface of the substrate. The concave portion is provided, and the thin portion is provided with a communication hole that communicates between the front side and the back side of the substrate and allows a gas to flow between the front side and the back side of the substrate. It is possible to prevent an excitation signal or the like applied to the excitation means for causing the element to vibrate in the excitation direction from leaking and acting as noise on the displacement detection means. Therefore, noise when detecting a change in capacitance between the vibrator and the displacement detecting means can be significantly reduced, and the detection sensitivity of the angular velocity can be improved.
【図1】本発明の第1の実施例による角速度検出装置を
示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an angular velocity detecting device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1中の角速度検出装置を矢示II−II方向から
みた断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the angular velocity detecting device in FIG. 1 as viewed from the direction of arrows II-II.
【図3】図2中の角速度検出装置の要部を拡大して示す
断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a main part of the angular velocity detecting device in FIG. 2;
【図4】第1の実施例に適用する角速度検出装置の製造
方法における基板加工工程を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a substrate processing step in the method of manufacturing the angular velocity detecting device applied to the first embodiment.
【図5】変位検出電極形成工程で基板に変位検出電極を
形成した状態を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where a displacement detection electrode is formed on a substrate in a displacement detection electrode formation step.
【図6】連通孔形成工程で基板に連通孔等を形成した状
態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state where communication holes and the like are formed in the substrate in the communication hole forming step.
【図7】犠牲層形成工程で基板上に犠牲層を形成した状
態を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which a sacrifice layer is formed on a substrate in a sacrifice layer formation step.
【図8】ポリシリコン膜形成工程でポリシリコン膜を形
成した状態を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a state in which a polysilicon film is formed in a polysilicon film forming step.
【図9】第1の実施例の振動子形成工程において基板上
に振動子、電極支持部等を形成した状態を示す断面図で
ある。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which a vibrator, an electrode support, and the like are formed on a substrate in a vibrator forming step of the first embodiment.
【図10】第1の実施例の凹陥部形成工程において基板
に凹陥部を形成した状態を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state where a recess is formed in the substrate in the recess forming step of the first embodiment.
【図11】本発明の第2の実施例による角速度検出装置
を示す図2と同様位置の断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing an angular velocity detecting device according to a second embodiment of the present invention at the same position as in FIG. 2;
【図12】本発明の第3の実施例による角速度検出装置
を示す図2と同様位置の断面図である。FIG. 12 is a sectional view showing an angular velocity detecting device according to a third embodiment of the present invention at the same position as in FIG. 2;
【図13】第3の実施例に適用する角速度検出装置の製
造方法における基板加工工程を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a substrate processing step in a method of manufacturing an angular velocity detection device applied to the third embodiment.
【図14】変位検出電極形成工程で基板に変位検出電極
を形成した状態を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a state where a displacement detection electrode is formed on a substrate in a displacement detection electrode formation step.
【図15】連通孔形成工程で基板に連通孔等を形成した
状態を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a state where communication holes and the like are formed in the substrate in the communication hole forming step.
【図16】犠牲層形成工程で基板上に犠牲層を形成した
状態を示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a state in which a sacrifice layer is formed on a substrate in a sacrifice layer formation step.
【図17】ポリシリコン膜形成工程でポリシリコン膜を
形成した状態を示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view showing a state where a polysilicon film is formed in a polysilicon film forming step.
【図18】振動子形成工程で基板上に振動子、電極支持
部等を形成した状態を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a state in which a vibrator, an electrode support, and the like are formed on a substrate in a vibrator forming step.
【図19】従来技術による角速度検出装置を示す断面図
である。FIG. 19 is a cross-sectional view showing an angular velocity detecting device according to a conventional technique.
【図20】図19中の角速度検出装置を矢示XX−XX方向
からみた断面図である。20 is a cross-sectional view of the angular velocity detection device in FIG. 19 as viewed from the direction of arrows XX-XX.
21,61,71 角速度検出装置 22,72 基板 23,73 基板本体 24,74 絶縁膜 28 凹陥部 29 薄肉部 30,78 連通孔 31 支持部 32 支持梁 33 振動子 36 励振電極(励振手段) 37 変位検出電極(変位検出手段) 21, 61, 71 Angular velocity detecting device 22, 72 Substrate 23, 73 Substrate main body 24, 74 Insulating film 28 Depressed portion 29 Thin portion 30, 78 Communication hole 31 Support portion 32 Support beam 33 Vibrator 36 Excitation electrode (excitation means) 37 Displacement detection electrode (displacement detection means)
Claims (3)
れた支持部と、基端側が該支持部に設けられた支持梁
と、該基板の表面から離間した状態で前記支持梁の先端
側に支持され前記基板に対して変位可能な振動子と、該
振動子を一定の励振方向に振動させる励振手段と、該励
振手段により前記振動子を励振方向に振動させた状態で
角速度が作用したときに、該角速度に対応して前記振動
子が励振方向と直交する方向に変位するのを検出する変
位検出手段とからなる角速度検出装置において、 前記基板には前記振動子と対向する位置に該基板の表面
側と裏面側との間を連通する連通孔を設け、該連通孔に
より前記基板の表面側と裏面側との間で気体を流通させ
る構成としたことを特徴とする角速度検出装置。A supporting member fixedly provided on a surface of the substrate; a supporting beam having a base end provided on the supporting portion; and a supporting beam separated from the surface of the substrate. A vibrator supported on the tip side and displaceable with respect to the substrate, excitation means for vibrating the vibrator in a constant excitation direction, and an angular velocity in a state where the vibrator is vibrated in the excitation direction by the excitation means. A displacement detecting means for detecting when the vibrator is displaced in a direction orthogonal to the excitation direction in response to the angular velocity, wherein the substrate has a position facing the vibrator. Characterized in that a communication hole communicating between the front side and the back side of the substrate is provided on the substrate, and a gas is circulated between the front side and the back side of the substrate by the communication hole. apparatus.
れた支持部と、基端側が該支持部に設けられた支持梁
と、該基板の表面から離間した状態で前記支持梁の先端
側に支持され前記基板に対して変位可能な振動子と、該
振動子を一定の励振方向に振動させる励振手段と、該励
振手段により前記振動子を励振方向に振動させた状態で
角速度が作用したときに、該角速度に対応して前記振動
子が励振方向と直交する方向に変位するのを検出する変
位検出手段とからなる角速度検出装置において、 前記基板には前記振動子と対向する部位が薄肉部となる
ように前記基板の裏面側に凹陥部を設け、前記薄肉部に
は該基板の表面側と裏面側とを連通する連通孔を設け、
該連通孔により前記基板の表面側と裏面側との間で気体
を流通させる構成としたことを特徴とする角速度検出装
置。2. A substrate, a support portion fixedly provided on a surface of the substrate, a support beam having a base end side provided on the support portion, and a support beam separated from the surface of the substrate. A vibrator supported on the tip side and displaceable with respect to the substrate, excitation means for vibrating the vibrator in a constant excitation direction, and an angular velocity in a state where the vibrator is vibrated in the excitation direction by the excitation means. A displacement detecting means for detecting when the vibrator is displaced in a direction orthogonal to an excitation direction in response to the angular velocity, wherein the substrate has a portion opposed to the vibrator. A concave portion is provided on the back surface side of the substrate so as to be a thin portion, and a communication hole communicating the front surface side and the back surface side of the substrate is provided in the thin portion,
An angular velocity detecting device, wherein a gas is circulated between the front surface side and the back surface side of the substrate by the communication hole.
表面に固着して設けられた支持部と、基端側が該支持部
に設けられた支持梁と、該基板の表面から離間した状態
で前記支持梁の先端側に支持され前記基板に対して変位
可能な振動子と、該振動子を一定の励振方向に振動させ
る励振手段と、前記振動子と対向するように前記基板の
表面に設けられ、該励振手段により前記振動子を励振方
向に振動させた状態で角速度が作用したときに、該角速
度に対応して前記振動子が励振方向と直交する方向に変
位するのを検出する変位検出手段とからなる角速度検出
装置において、 前記基板には前記振動子と対向する部位が絶縁膜のみか
らなる薄肉部となるように前記基板の裏面側に凹陥部を
設け、前記薄肉部には該基板の表面側と裏面側とを連通
する連通孔を設け、該連通孔により前記基板の表面側と
裏面側との間で気体を流通させる構成としたことを特徴
とする角速度検出装置。3. A substrate having an insulating film on a surface thereof, a supporting portion fixedly provided on the surface of the substrate, a supporting beam provided on the supporting portion on a base end side, and separated from the surface of the substrate. A vibrator supported on the distal end side of the support beam in a state and displaceable with respect to the substrate; excitation means for vibrating the vibrator in a constant excitation direction; and a surface of the substrate facing the vibrator. When an angular velocity is applied in a state where the vibrator is vibrated in the excitation direction by the excitation means, it is detected that the vibrator is displaced in a direction orthogonal to the excitation direction in accordance with the angular velocity. In the angular velocity detecting device comprising a displacement detecting means, the substrate is provided with a concave portion on the back surface side of the substrate so that a portion facing the vibrator is a thin portion made of only an insulating film, and the thin portion has Communicates the front and back sides of the substrate The communication hole is provided, an angular velocity detecting device is characterized in that a structure for circulating the gas between the front and rear sides of the substrate by the communicating hole.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8271678A JPH1096633A (en) | 1996-09-21 | 1996-09-21 | Angular speed detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8271678A JPH1096633A (en) | 1996-09-21 | 1996-09-21 | Angular speed detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1096633A true JPH1096633A (en) | 1998-04-14 |
Family
ID=17503358
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8271678A Pending JPH1096633A (en) | 1996-09-21 | 1996-09-21 | Angular speed detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1096633A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6796180B2 (en) | 2001-04-11 | 2004-09-28 | Denso Corporation | Angular velocity sensor |
JP2008039669A (en) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Canon Inc | Angular velocity sensor |
JP2009028807A (en) * | 2007-07-24 | 2009-02-12 | Rohm Co Ltd | Mems sensor |
JP2010032555A (en) * | 2009-11-16 | 2010-02-12 | Sony Corp | Angular velocity sensor |
JP2012061528A (en) * | 2010-09-14 | 2012-03-29 | Yamaha Corp | Nanosheet transducer |
-
1996
- 1996-09-21 JP JP8271678A patent/JPH1096633A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6796180B2 (en) | 2001-04-11 | 2004-09-28 | Denso Corporation | Angular velocity sensor |
JP2008039669A (en) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Canon Inc | Angular velocity sensor |
US8336380B2 (en) | 2006-08-09 | 2012-12-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Angular velocity sensor |
JP2009028807A (en) * | 2007-07-24 | 2009-02-12 | Rohm Co Ltd | Mems sensor |
JP2010032555A (en) * | 2009-11-16 | 2010-02-12 | Sony Corp | Angular velocity sensor |
JP2012061528A (en) * | 2010-09-14 | 2012-03-29 | Yamaha Corp | Nanosheet transducer |
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