(57)【要約】【課題】  支持基板に支持された半導体層をエッチングすることにより支持基板からリリースされた可動部を形成してなり、可動部に複数個の貫通穴が形成されている角速度センサにおいて、駆動用振動部および検出用振動部のそれぞれの振動におけるダンピングを抑制し、振動の安定化を図ることを目的とする。【解決手段】  駆動用振動部２０および検出用振動部３０には、半導体層の厚さ方向に貫通する複数個の貫通穴２０ａが形成されており、駆動用振動部２０における個々の貫通穴２０ａは、その振動方向である第１の方向Ｘに沿って延びる細長の穴形状をなすものであり、検出用振動部３０における個々の貫通穴３０ａは、その振動方向である第２の方向Ｙに沿って延びる細長の穴形状をなすものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板（１ａ）に支持された半導体層（１ｂ）をエッチングすることにより、前記支持基板（１ａ）からリリースされた可動部（２０、３０）が形成されており、
前記可動部は、第１の方向（Ｘ）へ振動する駆動用振動部（２０）と、前記駆動用振動部（２０）が前記第１の方向（Ｘ）へ振動しているときに角速度の印加により前記第１の方向（Ｘ）と直交する第２の方向（Ｙ）へ振動する検出用振動部（３０）とからなる角速度センサにおいて、
前記駆動用振動部（２０）および前記検出用振動部（３０）には、前記半導体層（１ｂ）の厚さ方向に貫通する複数個の貫通穴（２０ａ）が形成されており、
前記駆動用振動部（２０）における個々の前記貫通穴（２０ａ）は、前記第１の方向（Ｘ）に沿って延びる細長の穴形状をなすものであり、
前記検出用振動部（３０）における個々の前記貫通穴（３０ａ）は、前記第２の方向（Ｙ）に沿って延びる細長の穴形状をなすものであることを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
前記検出用振動部（３０）は、前記第２の方向（Ｙ）に変位可能な検出用梁部（３１）を介して前記支持基板（１ａ）に連結されており、
前記駆動用振動部（２０）は、前記第１の方向（Ｘ）に変位可能な駆動用梁部（２１）を介して前記検出用振動部（３０）に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持基板に支持された半導体層をエッチングすることにより支持基板からリリースされた可動部を形成してなる角速度センサに関し、特に、可動部に複数個の貫通穴が形成されている角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の角速度センサとしては、半導体基板を用いて形成されたものが一般的である。そのような角速度センサとして、可動部が、第１の方向へ振動する駆動用振動部と、この駆動用振動部が第１の方向へ振動しているときに角速度の印加により生じるコリオリ力によって第１の方向と直交する第２の方向へ振動する検出用振動部とから構成されたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような角速度センサにおいては、可動部は、支持基板に支持された半導体層をエッチングすることにより支持基板からリリースされたものとして形成される。たとえば、両シリコン基板を酸化膜を介して貼り合わせてなるＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板を用いた角速度センサが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
この特許文献２に記載されている角速度センサは、ＳＯＩ基板における両シリコン基板のうち一方を支持基板とし、他方のシリコン基板および酸化膜に対して、他方のシリコン基板の表面側からトレンチエッチングや犠牲層エッチング等の周知のマイクロマシン加工技術を施すことにより、他方のシリコン基板に可動部を形成する表面加工型の角速度センサである。
【０００５】
また、このような表面加工型の角速度センサ（ヨーレートセンサ）においては、エッチングの効率化や可動部の軽量化などのために、可動部などのエッチング残し部として面積の大きい部分に、複数個の貫通穴を設けることが行われている（たとえば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−９１２６５号公報
【特許文献２】特開２００１−１３３２６８号公報
【特許文献３】特開２００１−９９８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このような可動部を有する角速度センサでは、支持基板上にリリースされた可動部は、たとえば可動部を構成する半導体層の層面に沿った水平面内にて変位するものとなっている。
【０００７】
特に、上述したように、角速度センサにおいては、可動部は、駆動用振動部と検出用振動部とからなり、駆動用振動部は、駆動手段などにより第１の方向へ振動するものであり、検出用振動部は、この駆動用振動部が第１の方向へ振動しているときに角速度の印加により第１の方向と直交する第２の方向へ振動するものである。
【０００８】
このような駆動用振動部および検出用振動部を可動部として有する角速度センサの場合、上記したエッチングの効率化や軽量化のための複数個の貫通穴は、半導体層の厚さ方向に貫通するように設けられる。
【０００９】
しかしながら、従来では、これら貫通穴のパターンは、エッチングの均一性のみを考慮されて設けられているため、駆動用振動部と検出用振動部とで、貫通穴のパターンは変えることなく同一のパターンであった。
【００１０】
従来の通常の貫通穴のパターンとしては、図４に示されるように、駆動用振動部２０および検出用振動部３０ともに、長方形状の貫通穴２０ａが、その長手方向を同一方向にそろえた形で配列されたパターンが採用される。
【００１１】
このように、駆動用振動部２０と検出用振動部３０とで、貫通穴２０ａの配列パターンが同一である場合、振動部の振動方向によっては、当該振動中において貫通穴２０ａの開口エッジ部に発生する空気の渦の影響などにより、振動の減衰すなわちダンピングが生じる。
【００１２】
たとえば、図４に示されるものでは、駆動用振動部２０は第１の方向としてＸ方向、検出用振動部３０は第２の方向としてＹ方向に、それぞれ振動するが、この貫通穴２０ａの配列パターンでは、検出用振動部３０がＹ方向へ振動するときに、ダンピングの影響が大きくなる。
【００１３】
このように、振動部にダンピングが生じると、このダンピングにより振動エネルギーの損失が生じ、ひいては、振動が不安定になる恐れがある。このことは、センサ特性に悪影響を与えることは明らかである。
【００１４】
そして、従来では、空気抵抗などによるダンピングを防止すべく、真空状態に維持するため、センサ全体を真空パッケージにより封止した構成を採用していた。このことは、コストアップにつながり、好ましくない。
【００１５】
本発明は上記問題に鑑み、支持基板に支持された半導体層をエッチングすることにより支持基板からリリースされた可動部を形成してなり、可動部に複数個の貫通穴が形成されている角速度センサにおいて、駆動用振動部および検出用振動部のそれぞれの振動におけるダンピングを抑制し、振動の安定化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、支持基板（１ａ）に支持された半導体層（１ｂ）をエッチングすることにより、支持基板（１ａ）からリリースされた可動部（２０、３０）が形成されており、可動部は、第１の方向（Ｘ）へ振動する駆動用振動部（２０）と、駆動用振動部（２０）が第１の方向（Ｘ）へ振動しているときに角速度の印加により第１の方向（Ｘ）と直交する第２の方向（Ｙ）へ振動する検出用振動部（３０）とからなる角速度センサにおいて、駆動用振動部（２０）および検出用振動部（３０）には、半導体層（１ｂ）の厚さ方向に貫通する複数個の貫通穴（２０ａ）が形成されており、駆動用振動部（２０）における個々の貫通穴（２０ａ）は、第１の方向（Ｘ）に沿って延びる細長の穴形状をなすものであり、検出用振動部（３０）における個々の貫通穴（３０ａ）は、第２の方向（Ｙ）に沿って延びる細長の穴形状をなすものであることを特徴としている。
【００１７】
それによれば、駆動用振動部（２０）および検出用振動部（３０）において、それぞれの振動部が振動すべき方向（Ｘ、Ｙ）に沿って、貫通穴（２０ａ、３０ａ）が細長の穴形状となっているため、その方向（Ｘ、Ｙ）への振動における空気抵抗を小さくすることができる。
【００１８】
したがって、本発明によれば、支持基板（１ａ）に支持された半導体層（１ｂ）をエッチングすることにより支持基板（１ａ）からリリースされた可動部（２０、３０）を形成してなり、可動部（２０、３０）に複数個の貫通穴（２０ａ、３０ａ）が形成されている角速度センサにおいて、駆動用振動部（２０）および検出用振動部（３０）のそれぞれの振動におけるダンピングを抑制し、振動の安定化を図ることができる。
【００１９】
ここで、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の角速度センサにおいて、検出用振動部（３０）は、第２の方向（Ｙ）に変位可能な検出用梁部（３１）を介して支持基板（１ａ）に連結されており、駆動用振動部（２０）は、第１の方向（Ｘ）に変位可能な駆動用梁部（２１）を介して検出用振動部（３０）に連結されていることを特徴としている。
【００２０】
それによれば、駆動用振動部（２０）が駆動振動するとき、すなわち第１の方向（Ｘ）へ振動するときは、検出用振動部（３０）を伴わずに実質的に駆動用振動部（２０）単独で駆動振動することができる。このことは、角速度センサにおける駆動振動の安定化のためには、好ましい。
【００２１】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る角速度センサ１００の概略平面構成を示す図であり、図２は、図１中のＡ−Ａ一点鎖線に沿った概略断面図である。
【００２３】
また、図３（ａ）は、図１中の駆動用振動部２０における貫通穴２０ａを示す拡大平面図、図３（ｂ）は、図１中の検出用振動部３０における貫通穴３０ａを示す拡大平面図である。
【００２４】
この角速度センサ１００は、シリコン基板等からなる半導体基板１を加工することにより形成されたものである。
【００２５】
具体的には、この半導体基板１に、エッチング等の周知の半導体製造技術を用いて溝を形成することにより、図１に示されるように、固定された部分としての枠状の基部１０、この基部１０における枠内周部に位置して可動となっている可動部２０、３０等からなる構造体が区画され形成されている。
【００２６】
より具体的に言うならば、図２に示されるように、本角速度センサ１００は、たとえば半導体基板１として両シリコン基板１ａ、１ｂを酸化膜１ｃを介して貼り合わせてなるＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板１を用いて形成されている。
【００２７】
そして、このＳＯＩ基板１における両シリコン基板１ａ、１ｂのうち一方のシリコン基板１ａ（図２中の下側）を支持基板として構成しており、他方のシリコン基板１ｂ（図２中の上側）および酸化膜１ｃに対して、他方のシリコン基板１ｂの表面側からトレンチエッチングや犠牲層エッチング等の周知のマイクロマシン加工技術を施す。
【００２８】
それによって、当該他方のシリコン基板１ｂに上記溝を形成するとともに、当該溝によって区画された上記各部１０、２０、３０等の構造体を、当該他方のシリコン基板１ｂに形成するものである。
【００２９】
ここで、図１では、上記構造体が形成されている他方のシリコン基板１ｂの表面側、すなわち支持基板１ａ上に支持された半導体層１ｂの表面側が示されている。また、図１、図２に示されるように、基部１０の内周部において、犠牲層エッチングなどによって酸化膜１ｃが除去されている。
【００３０】
それによって、この基部１０の内周部では、上記構造体が形成されている他方のシリコン基板１ｂは、一方のシリコン基板１ａすなわち支持基板１ａから離間している。
【００３１】
こうして、本例においては、当該他方のシリコン基板１ｂは、その基部１０において、酸化膜１ｃを介して一方のシリコン基板１ａ上に支持されて固定されており、可動部２０は一方のシリコン基板１ａからリリースされて可動となっている。
【００３２】
図１に示されるように、可動部２０、３０は、略矩形状の駆動用振動部２０と、駆動用振動子部２０を取り囲む矩形枠状の検出用振動部３０と、駆動用振動部２０および検出用振動部３０を連結する複数個（図示例では４個）の駆動用梁部２１と、検出用振動部３０およびその外周の基部１０を連結する複数個（図示例では２個）の検出用梁部３１と、を備えている。
【００３３】
駆動用振動部２０は、駆動用梁部２１を介して検出用振動部３０と一体化されており、さらに言うならば、駆動用振動部２０は検出用振動部３０および検出用梁部３１を介在させてはいるが、駆動用梁部２１を介して検出用振動部３０、基部１０、さらに支持基板としての一方のシリコン基板１ａに連結されている。
【００３４】
各々の駆動用梁部２１は、コの字型の折り返し形状をなしており、その一端部側が駆動用振動部２０に接続され、他端部側が検出用振動部３０における枠内周面に接続されている。
【００３５】
また、駆動用梁部２１においては、上記コの字形状における互いに平行な一対の平行棒部２２および２３が、その長手方向と直交する方向にたわむようになっている。そのため、駆動用振動部２０は図１中の矢印Ｘ方向に振動可能となっている。以下、この矢印Ｘ方向を、駆動用振動部２０が振動する第１の方向Ｘと言うことにする。
【００３６】
一方、各々の検出用梁部３１は、一対の梁３２、３３が平行に離間して配置されるとともにこれら両梁３２、３３の両端部が連結された長方形枠形状をなしている。
【００３７】
そして、一方の梁３２の中間部が、基部１０における枠内周面から突出した突出部に接続されて、基部１０に固定支持されており、他方の梁３３の中間部が、検出用振動部３０に接続されている。
【００３８】
つまり、検出用振動部３０は、検出用梁部３１を介して基部１０、さらには支持基板としての一方のシリコン基板１ａに連結されている。
【００３９】
また、検出用梁部３１においては、上記した互いに平行な一対の梁３２、３３が、その長手方向と直交する方向にたわむようになっている。そのため、検出用振動部３０は、上記基板１の平面内にて駆動用振動部２０の振動方向である第１の方向Ｘと直交する方向、すなわち図１中の矢印Ｙ方向に振動可能となっている。以下、この矢印Ｙ方向を、検出用振動部３０が振動する第２の方向Ｙと言うことにする。
【００４０】
また、検出用振動部３０の外周部には、この外周部と対向する基部１０の内周部に向かって突出する櫛歯状の突起部３５が形成されており、この突起部３５とかみ合うように当該基部１０の内周部からも櫛歯状の突起部１１が形成されており、両方の突起部１１、３５により、本センサ１００の検出電極部１１、３５が構成されている。
【００４１】
なお、これら検出電極部１１、３５と可動部２０、３０とは、ともに基部１０に連結されているが、基部１０には図示しない溝が形成されることにより、これら検出電極部１１、３５と可動部２０、３０とは、互いに電気的に独立している。
【００４２】
このように、本角速度センサ１００においては、支持基板としての一方のシリコン基板１ａに支持された半導体層としての他方のシリコン基板１ｂをエッチングすることにより、一方のシリコン基板１ａからリリースされた可動部２０、３０が形成されており、この可動部２０、３０は、駆動用振動部２０と検出用振動部３０とからなる。
【００４３】
そして、検出用振動部３０は、第２の方向Ｙに変位可能な検出用梁部３１を介して基部１０から一方のシリコン基板１ａに連結されており、駆動用振動部２０は、第１の方向Ｘに変位可能な駆動用梁部２１を介して検出用振動部３０に連結されている。
【００４４】
そして、この角速度センサ１００において、本実施形態では、図１〜図３に示されるように、可動部２０、３０すなわち駆動用振動部２０および検出用振動部３０には、半導体層１ｂの厚さ方向に貫通する複数個の貫通穴２０ａ、３０ａが形成されている。
【００４５】
なお、本角速度センサ１００においては、基部１０の内周部において、エッチング残し部としての比較的面積の小さい各梁２１、３１や各櫛歯部１１、３５には、貫通穴は設けられておらず、それ以外の部分であって面積が比較的大きい部分、すなわち駆動用振動部２０および検出用振動部３０に貫通穴２０ａ、３０ａが設けられている。
【００４６】
上述したように本角速度センサ１００は、ＳＯＩ基板１における一方のシリコン基板１ａを支持基板とし、他方のシリコン基板１ｂの表面側からトレンチエッチングや犠牲層エッチング等を施すことにより、他方のシリコン基板１ｂに可動部２０、３０等の構造体を形成するとともに、酸化膜１ｃを除去して可動部２０、３０のリリースを行うことにより製造することができる。
【００４７】
そこで、本実施形態においても、このような表面加工型の半導体デバイスとしての角速度センサ１００におけるエッチングの効率化や軽量化のために、可動部２０、３０などのエッチング残し部として面積の大きい部分に、複数個の貫通穴２０ａ、３０ａを設けている。
【００４８】
本実施形態では、駆動用振動部２０における個々の貫通穴２０ａは、第１の方向Ｘに沿って延びる細長の穴形状をなすものであり、検出用振動部３０における個々の貫通穴３０ａは、第２の方向Ｙに沿って延びる細長の穴形状をなすものである。
【００４９】
本例では、両振動部２０、３０ともに、個々の貫通穴２０ａ、３０ａは長方形状をなしている。つまり、本例では、両振動部２０、３０ともに、貫通穴２０ａ、３０ａの長手方向すなわち長方形の長辺が、各振動部２０、３０の振動可能な方向Ｘ、Ｙに沿った形となっている。
【００５０】
かかる構成を有する角速度センサ１００の作動について述べる。まず、図示しないが電磁駆動もしくは容量駆動等により、駆動用振動部２０を図１中の第１の方向Ｘに振動（駆動振動）させる。
【００５１】
この駆動振動のもと、図１に示されるように、紙面垂直方向の軸周りすなわち第１の方向Ｘおよび第２の方向Ｙと直交する軸周りに、角速度Ωが角速度センサ１００に印加されると、駆動用振動部２０に対して、第２の方向Ｙにコリオリ力が発生する。
【００５２】
このコリオリ力は、駆動用梁部２１から検出用振動部３０に伝わり、検出用振動部３０と駆動用振動部２０とが、図１中の第２の方向Ｙに一体に振動（検出振動）する。そして、この検出振動により、上記両突起部１１、３５間の距離が変化する。この距離変化を基部１０に形成された図示しない配線部等を介して、当該両突起部１１、３５間の容量変化として検出することにより、上記角速度Ωが検出されるのである。
【００５３】
ところで、本実施形態によれば、支持基板としての一方のシリコン基板１ａに支持された半導体層としての他方のシリコン基板１ｂをエッチングすることにより、一方のシリコン基板１ａからリリースされた可動部２０、３０が形成されており、可動部は、第１の方向Ｘへ振動する駆動用振動部２０と、駆動用振動部２０が第１の方向Ｘへ振動しているときに角速度の印加により第１の方向Ｘと直交する第２の方向Ｙへ振動する検出用振動部３０とからなる角速度センサ１００において、次のような特徴点を有する角速度センサ１００が提供される。
【００５４】
すなわち、本角速度センサ１００は、駆動用振動部２０および検出用振動部３０には、他方のシリコン基板１ｂの厚さ方向に貫通する複数個の貫通穴２０ａが形成されており、駆動用振動部２０における個々の貫通穴２０ａは、第１の方向Ｘに沿って延びる細長の穴形状をなすものであり、検出用振動部３０における個々の貫通穴３０ａは、第２の方向Ｙに沿って延びる細長の穴形状をなすものであることを特徴としている。
【００５５】
それによれば、駆動用振動部２０および検出用振動部３０において、それぞれの振動部２０、３０が振動すべき方向Ｘ、Ｙに沿って、貫通穴２０ａ、３０ａが細長の穴形状となっているため、その振動すべき方向Ｘ、Ｙへの振動における空気抵抗を小さくすることができる。
【００５６】
したがって、本実施形態によれば、支持基板１ａに支持された半導体層１ｂをエッチングすることにより支持基板１ａからリリースされた可動部２０、３０を形成してなり、可動部２０、３０に複数個の貫通穴２０ａ、３０ａが形成されている角速度センサ１００において、駆動用振動部２０および検出用振動部３０のそれぞれの振動におけるダンピングを抑制し、振動の安定化を図ることができる。
【００５７】
さらにいうならば、本角速度センサ１００においては、駆動振動、検出振動の各方向にてダンピングを低減しているため、高価な真空パッケージ技術を用いることなく、低コストな封止パッケージにおいても安定した駆動振動状態を得ることができる。また、コリオリ力のエネルギーをロスすることなく検出用振動部３０の変位に変換することができ、高感度なセンサを得ることができる。
【００５８】
ここで、本実施形態の角速度センサ１００においては、検出用振動部３０は、第２の方向Ｙに変位可能な検出用梁部３１を介して支持基板としての一方のシリコン基板１ａに連結されており、駆動用振動部２０は、第１の方向Ｘに変位可能な駆動用梁部２１を介して検出用振動部３０に連結されている。
【００５９】
それによれば、駆動用振動部２０が駆動振動するとき、すなわち第１の方向Ｘへ振動するときは、検出用振動部３０は検出用梁部３１によって実質的に振動しない。
【００６０】
そのため、当該駆動振動時には、検出用振動部３０を伴わずに実質的に駆動用振動部２０単独で駆動振動することができる。このことは、角速度センサ１００における駆動振動の安定化のためには、好ましい。
【００６１】
（他の実施形態）
なお、駆動用振動部２０および検出用振動部３０に形成される複数個の貫通穴の形状は、上記した長方形に限らず、細長の穴形状をなすものであればよい。たとえば、多少楕円形に近い穴形状であってもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、検出用振動部３０は、第２の方向Ｙに変位可能な検出用梁部３１を介して支持基板１ａに連結され、駆動用振動部２０は、第１の方向Ｘに変位可能な駆動用梁部２１を介して検出用振動部３０に連結されているが、これとは反対に、駆動用振動部は、第１の方向Ｘに変位可能な駆動用梁部を介して支持基板１ａに連結され、検出用振動部は、第２の方向Ｙに変位可能な検出用梁部を介して駆動用振動部に連結されるものであってもよい。
【００６３】
また、上記した角速度センサ１００は、たとえば半導体基板としてのＳＯＩ基板１の他方のシリコン基板１ｂの表面から加工することでセンサにおける上記構造体を形成する表面加工型のものであったが、本発明は、たとえば支持基板１ａ側に開口部を設けることで可動部のリリースを行う裏面加工型のセンサに対しても適用可能であることは明らかである。
【００６４】
要するに、本発明は、支持基板に支持された半導体層をエッチングすることにより支持基板からリリースされた可動部を形成してなり、特に、可動部に複数個の貫通穴が形成されている角速度センサにおいて、駆動用振動部および検出用振動部において、それぞれの振動部が振動すべき方向に沿って、貫通穴を細長の穴形状とすることによって、その方向への振動における空気抵抗を小さくするようにしたことを要部とするものであり、それ以外の部分については、適宜設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施形態に係る角速度センサの概略平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ概略断面図である。
【図３】（ａ）は、図１中の駆動用振動部における貫通穴を示す拡大平面図、（ｂ）は、図１中の検出用振動部における貫通穴を示す拡大平面図である。
【図４】従来の角速度センサにおける駆動用振動部および検出用振動部の貫通穴のパターンを示す平面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…半導体基板としてのＳＯＩ基板、１ａ…支持基板としての一方のシリコン基板、
１ｂ…半導体層としての他方のシリコン基板、２０…駆動用振動部、
２０ａ…駆動用振動部の貫通穴、２１…駆動用梁部、３０…検出用振動部、
３０ａ…検出用振動部の貫通穴、３１…検出用梁部、Ｘ…第１の方向、
Ｙ…第２の方向。
【図１】
2006058022.tif 000003
【図２】
2006058022.tif 000004
【図３】
2006058022.tif 000005
【図４】
2006058022.tif 000006