JPS61139719A - 半導体回転センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体単結晶の片持梁を所定の周波数で振動さ
せ１片持梁の回転速度に応じて片持梁に生ずる変形を検
出することによって回転速度を検出する振動型半導体回
転センサに関するものである。

〔従来技術〕

半導体回転センサとしては、例えば第２図に示すごとき
ものがある。

第２図において、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ
−Ａ’断面図、（Ｃ）は動作説明図である。

第２図において、Ｓｉ基板２５にＳＬ単結晶の片持梁２
０が形成されている。

そして、片持梁２０に設けた電極２４とＳｉ基板２５と
の間に、発振器２３から片持梁２０の共振周波数の周波
数を持った信号を印加すると、片持梁２０の自由端２１
が共振周波数で振動する。

そして、この半導体回転センサを矢印に示す回転方向に
回転させると、片持梁２０には矢印２６で示すように回
転方向と逆向きのコリオリの力が印加され、片持梁２０
によじれの歪を生ずる。

この歪を片持梁２０の支持部付近に形成したピエゾ抵抗
素子２２の抵抗変化として検出することにより、回転速
度を検出することが出来る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のごとき従来の半導体回転センサにおいては、回転
速度に対応した力後片持梁上に回転軸と垂直方向に形成
したピエゾ抵抗素子によって検出するような構造（この
構造によれば片持梁の振動による変形は検出せず、片持
梁のよじれによる変形のみを検出することが出来る）と
なっていたため、ピエゾ抵抗素子を片持梁の中心線（回
転軸）を横切って形成させざるを得ないが、この中心線
付近は回転に対応する力による変形量が最小の部分であ
り、したがって感度が低くなるという問題があった。

本発明は上記のごとき従来技術の問題点を解決すること
を目的とするものである。

〔問題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明においては、片持梁
の支持部付近の梁の中央部分にスリットを設け、該スリ
ットの側方に片持梁の長手方向と平行にピエゾ抵抗素子
を形成することにより、片持梁に加わるねじれ変形応力
が上記スリットの両側に集中するのを利用して感度を向
上させるように構成している。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例図であり、（Ａ）は平面図、
（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’断面図、（Ｃ）は動作説明図
である。

第１図において、Ｓｉ基板８にはＳｉ単結晶からなる片
持梁１が形成されている。

又、片持梁１の支持部３付近の梁の中央部分には、スリ
ット６が設けられている。

そして、このスリット６の側方の両側に片持梁１の長手
方向と平行に２本のピエゾ抵抗素子５が形成されている
。

この半導体回転センサに電極４を介して、発振器７から
片持梁１の共振周波数の信号を印加すると、片持梁１の
自由端２が共振周波数で振動する。

その状態でこの半導体回転センサを回転軸９の回りに矢
印方向に回転させると、矢印１ｏで示すようなコリオリ
の力が印加される。

この力は矢印１１及び１２に示すように、スリット６の
一方の側方では圧縮応力として加わり、他方の側方では
引張応力として加わる。

この応力をピエゾ抵抗素子５で検出することによって１
回転速度を検出することが出来る。

上記の構成においては、片持梁１の中央部分にスリット
６を設けており、かつピエゾ抵抗素子５を片持梁１の長
手方向と平行に形成しているので、回転に対応して片持
梁に発生する変形応力をピエゾ抵抗素子に集中させるこ
とが出来、又、片持梁の変形が生じない中心線付近から
離れた変形の大きい部分の引張応力、圧縮応力を検出す
ることが出来るので、感度を向上させることが出来る。

なお上記の構成においては、ピエゾ抵抗素子は片持梁の
振動による応力も検出する。しかしその応力は、二つの
ピエゾ抵抗素子に同量だけ加えられるのに対し、回転に
応じた応力は、一方の素子には引張応力、他方の素子に
は圧縮応力となるから、二つのピエゾ抵抗素子の出力の
差を検出するように接続すれば、回転に応じた応力のみ
を検出することが出来る。

また振動による応力は、印加電圧に対応した一定の波形
となるから、ピエゾ抵抗素子の出力からその値を減算す
るように構成してもよい。

次に、第３図は上記のごとき本発明の半導体回転センサ
の製造工程図である。

第３図において、まず（Ａ）では、＜１００＞面を主面
とするｐ型のＳｉウェハ３０の上に片持梁の厚さに相当
するｎ型エピタキシャル層３１を成長させる。

例えば、３００Ｈｚ前後の共振周波数で片持梁を振動さ
せる場合には、ｎ型エピタキシャル層３１の厚さは片持
梁の長さを５００−程度とした場合に、　３０虜程度に
する。

次に、（Ｂ）においては、ｎ型エピタキシャル層３１上
に形成したＳｉＯ□膜３２をマスクとして、（Ｂ′）に
示すごときパターンでｐ型不純物（例えばホウ素）をＳ
ｉウェハ３０に達するまでｎ型エピタキシャル層３１に
拡散する。

なお（Ｂ）は（Ｂ′）のＡ−Ａ’断面を示すものである
。

次に、（Ｃ）において、上記と同様の方法にょリ（Ｃ′
）に示すごときパターンでｐ型のピエゾ抵抗３５を拡散
して形成する。

なお、（Ｃ）は（Ｃ′）のＢ−Ｂ’断面を示す。

次に、（Ｄ）において、エツチングによって電極４とな
る部分のＳｉＯ□膜３２に窓開けを行なう。

次に、（Ｅ）において、後記電解エツチングの際のマス
クとなるＣｒ−Ａｕ膜３６を蒸着あるいはスパッタ法で
付着させ、さらにその上にＡｕ層３７を蒸着し、必要な
部分を残してエツチングで除去する。

次に（Ｆ）において、反対側の主面に５１３Ｎ４膜３８
をＣＶＤ等によって付着させ、必要な部分を残してエツ
チングする。

次に、エチレンジアミン＋ピロカテコールあるいはＫＯ
Ｈ等の電解エツチング液に浸し、同じエツチング液中に
浸したｐｔ電極に対して、Ａｕ層３７が正の電位となる
ように接続して電圧を印加し、電解エツチングを行なう
。

それによってｐ型の部分がエツチングされ、（Ｇ）に示
すごとく、片持梁３９が形成される。

なお上記の電解エツチングの際に、前記（Ｂ）及び（Ｂ
′）のｐ＋層３３の部分もエツチングされるので、（Ｉ
）に示すごとく、スリット６も同時に形成されている。

次に、（Ｈ）において、Ａｕ層３７をマスクとしてＣｒ
−Ａｕ層３６をエツチングすることにより、電ｖｉ４が
形成される。

上記の工程によって前記第１図のごとき半導体回転セン
サを製造することが出来る。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく本発明においては、片持梁の支持部
付近の梁の中央部分にスリットを設け、該スリットの側
方に片持梁の長手方向と平行にピエゾ抵抗素子を形成し
ているので５回転に対応して片持梁に発生する変形応力
をピエゾ抵抗素子に集中させることが出来、かつ梁の変
形がない中心線付近から離れた変形の大きい部分の圧縮
応力と引張応力との両方を検知することが出来るので、
感度を向上させることが出来るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例図、第２図は従来装置の一例
図、第３図は本発明の製造工程図である。 符号の説明

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転軸に平行に支持される半導体単結晶の片持梁と、該
   片持梁の自由端を所定周波数で振動させる手段と、回転
   に応じて上記片持梁に生じる変形量を検出する手段とを
   備えた振動型半導体回転センサにおいて、上記片持梁の
   支持部付近の梁の中央部分にスリットを設け、該スリッ
   トの側方の片持梁の支持部近傍に片持梁の長手方向と平
   行にピエゾ抵抗素子を形成したことを特徴とする半導体
   回転センサ。