(57)【要約】【課題】  ノイズ信号に対し、力学量センサによって検出された検出信号を大きなものとして、力学量センサによる検出信号の正確性を好ましく向上させる。【解決手段】  ジャイロセンサ２ａは、一対のガラス基板２０（２０ａ，２０ｂ）と、一対のガラス基板２０（２０ａ，２０ｂ）の間に挟まれた状態で接合された、半導体材料とされるシリコン基板２１と、シリコン基板２１と一対のガラス基板２０とで囲まれ密閉された検出室２２と、検出室２２内に収容され外部から作用した角速度（力学量）を検出する検出部２３とを備え、支持部１５をプルーフマス３２及び柱状部３４とから電気的に独立させる絶縁層を、支持部１５とプルーフマス３２との間に及び支持部１５と柱状部３４との間に設けると共に、第１のガラス基板２０ａのうち入力電極４７と出力電極４８との間を電気的に絶縁している。【選択図】  図２
2006234720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔を空けた状態で互いに平行配置された第１の基板及び第２の基板と、
前記第１の基板及び前記第２の基板の間に挟まれながら、これら前記第１の基板と前記第２の基板との互いを支持して前記第１の基板と前記第２の基板との間に検出室を形成する半導体材料からなる中空部を有する柱状部と、
前記第１の基板及び前記第２の基板と所定間隔を空けて前記第１の基板及び前記第２の基板と平行に前記検出室内に設けられた半導体材料からなる錘部と、
前記錘部の前記第１の基板側の対向面と面一とされた面を有し且つ前記錘部から放射状に対称的に延びて前記柱状部と接続して前記錘部を支持する少なくとも一対の半導体材料からなる支持部と、
前記支持部に設けられた少なくとも一対の圧電素子と、
前記第１の基板に設けられ且つ前記圧電素子に電流を入力する入力電極と、
前記第１の基板に設けられ且つ前記圧電素子から入力された電流を出力する出力電極とを備え、
前記支持部を前記錘部及び柱状部とから電気的に独立させる絶縁層を、前記支持部と前記錘部との間に及び前記支持部と前記柱状部との間に設けると共に、前記第１の基板のうち前記入力電極と前記出力電極との間を電気的に絶縁していることを特徴とする力学量センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の力学量センサにおいて、
前記圧電素子のそれぞれに共通する共通電極を前記錘部の前記第１の基板側の対向面の中心に設け、
前記入力電極から共通電極に電流を導通すると共に前記圧電素子と電気的に分離された第１の導通部を前記支持部に設けたことを特徴とする力学量センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の力学量センサにおいて、
前記第１の導通部が設けられた前記支持部以外の前記支持部のそれぞれに、前記第１の導通部を模した第２の導通部を設けたことを特徴とする力学量センサ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうち何れか一項に記載の力学量センサにおいて、
前記検出室内に前記錘部を静電的に振動させる振動機構と、前記錘部まで前記絶縁層を貫通する貫通孔と、前記貫通孔内に一端が前記錘部と電気的に接続されると共に他端が接地された半導体材料と電気的に接続される第１の導電体とを設けたことを特徴とする力学量センサ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうち何れか一項に記載の力学量センサにおいて、
前記第１の基板及び前記第２の基板が、ガラス基板からなることを特徴とする力学量センサ。
【請求項６】
請求項１から請求項４のうち何れか一項に記載の力学量センサにおいて、
前記柱状部の前記入力電極と前記出力電極とが接する個所に、不純物層を設けたことを特徴とする力学量センサ。
【請求項７】
請求項６に記載の力学量センサにおいて、
前記不純物層と前記第１の導通部の前記入力電極側端部との間及び前記不純物層と前記圧電素子の前記出力電極側端部との間に、これらを互いに直接的に電気的に接続する金属膜を設けたことを特徴とする力学量センサ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のうち何れか一項に記載の力学量センサを備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項９】
シリコン酸化膜を第１のシリコン層及び第２のシリコン層で挟んでなるＳＯＩ基板を、両面から第１の基板と第２の基板とを挟み込んで互いに接合してなる力学量センサの製造方法であって、
前記第１の基板に入出力用凹部を設ける基板加工工程と、
前記第１のシリコン層にギャップ用凹部を形成し、前記ギャップ用凹部内に不純物を注入するとともに前記ギャップ用凹部の周囲所定間隔に不純物層を形成し、次いで前記ギャップ凹部の底面のシリコンを除去しながら前記第２のシリコン層に設ける錘部を支持し表面に不純物層からなる圧電素子を有する支持部を形成するＳＯＩ活性層加工工程と、
前記第２のシリコン層にギャップ用凹部を形成し、次いで前記第２のシリコン層に前記錘部を設けるように錘用凹部を形成し、次いで前記第２のシリコン層及び前記シリコン酸化膜を除去しながら前記錘部を形成するＳＯＩ支持層加工工程と、
前記ＳＯＩ活性層加工工程ののちに、前記第１の基板を前記第１のシリコン層側の柱状部に接合し、次いで前記入出力用凹部に第２の導電体を設けて入力電極及び出力電極を形成する第１の基板接合工程と、
前記ＳＯＩ支持層加工工程ののちに、前記第２の基板を前記第２のシリコン層側の柱状部に接合する第２の基盤接合工程とを備え、
前記支持部を前記錘部及び柱状部とから電気的に独立させる絶縁層を、前記支持部と前記錘部との間に及び前記支持部と前記柱状部との間に設けるとともに、前記第１の基板のうち前記入力電極と前記出力電極との間を電気的に絶縁していることを特徴とする力学量センサの製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の力学量センサの製造方法において、
前記ＳＯＩ活性層加工工程の際に、前記圧電素子のそれぞれに共通する共通電極を前記錘部の前記第１の基板側の対向面の中心に設け、
前記入力電極から共通電極に電流を導通すると共に前記圧電素子と電気的に分離された第１の導通部を前記支持部に設けることを特徴とする力学量センサの製造方法。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の力学量センサの製造方法において、
前記ＳＯＩ活性層加工工程の際に、前記第１の導通部が設けられた前記支持部以外の前記支持部のそれぞれに、前記第１の導通部を模した第２の導通部を設けることを特徴とする力学量センサの製造方法。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１のうち何れか一項に記載の力学量センサの製造方法において、
前記ＳＯＩ活性層加工工程の際に、前記検出室内に前記錘部を静電的に振動させる振動機構と、前記錘部まで前記絶縁層を貫通する貫通孔と、前記貫通孔内に一端が前記錘部と電気的に接続されると共に他端が接地された半導体材料と電気的に接続される第１の導電体とを設けることを特徴とする力学量センサの製造方法。
【請求項１３】
請求項９から請求項１２のうち何れか一項に記載の力学量センサの製造方法において、
前記第１の基板及び前記第２の基板が、ガラス基板からなることを特徴とする力学量センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度や角速度に応じて変位する錘部の変位を圧電素子（ピエゾ抵抗体素子）により検出し、該検出結果から加速度や角速度を測定する力学量センサ及び該力学量センサを有する電子機器並びに力学量センサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体ＭＥＭＳ（半導体プロセス技術を用いて１つの基板上に電子と機械機構とを融合させた微小デバイス；Micro Electro Mechanical Systems）の１つとして、錘部を可撓性の有する支持部で支持（吊り）してなる力学量センサが知られている。この種の力学量センサにあっては、この錘部に外部から何らかの力学量が加えられた場合に、この加えられた力学量によっての錘部の変位を検出して、その検出結果によって加えられた力学量（例えば、加速度や角速度等）を測定するものとなっていた。この錘部の振動方向や大きさ等の各種変位の検出にあたっては、支持部にピエゾ抵抗素子を設け、このピエゾ抵抗素子の抵抗変化（錘部に作用する力学量に応じて変化する）によって、加えられた力学量を検出するようにされていた。
【０００３】
例えば、図２０に示すように、錘部８１を支持する複数の支持部８２のそれぞれに、ピエゾ抵抗素子８３が設けられてなる力学量センサ８０が提供されている（特許文献１参照）。この力学量センサ８０にあっては、ピエゾ抵抗素子８３は互いに素子分離されていない状態となっており、各ピエゾ抵抗素子８３の間で、リーク電流（漏れ電流）が発生してしまう。これによって各ピエゾ抵抗素子８３間においてクロストークが発生していた。つまり、力学量を測定するにあたって、正確性に欠けてしまう問題が生じていた。
【０００４】
そこで、このようなリーク電流の発生を防止することを目的として、ｎ型シリコン基板に、ｐ型の不純物を高濃度に注入し、これによってピエゾ抵抗素子を形成してなる力学量センサが提供されている（特許文献２及び３参照）。この種の力学量センサにあっては、ピエゾ抵抗素子とシリコン基板とがｐｎ接合された状態となっているので、ダイオードのように素子分離されて構成されることとなり、ピエゾ抵抗素子からシリコン基板への漏れ電流は防止されていた。
【０００５】
また、これとは異なるものとして、各ピエゾ抵抗素子の間を機械的に絶縁して、素子分離の構成を図った力学量センサも知られている（例えば、特許文献４及び５参照）。すなわち、図２１及び図２２に示すように、この力学量センサ９０は、錘部９１を支持する複数の支持部９２それぞれの上面に、絶縁体薄膜９３を形成すると共に、該絶縁体薄膜９３上にさらに半導体薄膜を成膜してピエゾ抵抗素子９４を形成している。この絶縁体薄膜９３によって、各ピエゾ抵抗素子９４は電気的に絶縁された状態となり、発生したリーク電流から影響を受け難いものとされていた。
【特許文献１】特開２００４−２２６０８５号公報
【特許文献２】特開平８−１６２６４５号公報
【特許文献３】特開平９−２０３７４７号公報
【特許文献４】特開平６−２９６０３２号公報
【特許文献５】特開２００３−９８０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したリーク電流からの影響を回避する素子分離にあっては、次のような問題が残されていた。すなわち、上述した特許文献２及び３記載に記載される手法にあっては、力学量センサが高温（例えば、１００℃以上）状態にさらされた場合や、光や電磁波が入射した場合等に、シリコン基板上に電荷が励起されて漏れ電流が生じてしまい、不完全な素子分離となってしまっていた。さらに、この手法によっては、常にｎ型基板を選択することが必要とされ、設計段階での制限を受けてしまう。また、ピエゾ抵抗素子の形成にあたっては、ｐ型不純物の注入を行う必要があり、また、電極取り出し部の形成にはｎ型不純物の注入を行う必要がある。つまり、２段階の不純物注入工程が必要とされ、製造が煩雑なものとなっていた。
【０００７】
また、特許文献４及び５等に記載された力学量センサ９０では、各ピエゾ抵抗素子９４を素子分離させることができるものの、絶縁体薄膜９３は、支持部９２上の一面に成膜される。これによって、絶縁体薄膜９３の内部応力によって支持部９２が変形してしまう不具合が残されていた。例えば、図２３に示すように、支持部９２自身が長手方向に変形した場合には、この支持部９２に支持されている錘部９１が力学量センサの外壁９５に接触してしまって振動特性が変化してしまう不具合を生じたり、また図２４に示すように、支持部９２自身が短手方向に変形した場合には、支持部９２のバネ定数が変化してしまって振動特性が変化してしまう不具合を生じたりする虞が残されていた。このように振動特性が変化してしまうと、力学量センサによって所望の検出を行えない。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みなされたものであって、その目的は、錘部を支持する支持部に影響を与えずに、各圧電素子（ピエゾ抵抗素子）を機械的に完全に素子分離してリーク電流からの悪影響を防止して各圧電素子（ピエゾ抵抗素子）間のクロストークを減少させ、これによって、ノイズ信号に対する力学量センサによって検出された検出信号の比を大きなものとして、力学量センサによる検出信号の正確性を好適に向上させ、さらには温度変化等の環境変化によって支持部の有するバネ特性が変化してしまうことを好適に防止した力学量センサ及び該力学量センサを有する電子機器並びに力学量センサの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明の力学量センサは、所定間隔を空けた状態で互いに平行配置された第１の基板及び第２の基板と、前記第１の基板及び前記第２の基板の間に挟まれながら、これら前記第１の基板と前記第２の基板との互いを支持して前記第１の基板と前記第２の基板との間に検出室を形成する半導体材料からなる中空部を有する柱状部と、前記第１の基板及び前記第２の基板と所定間隔を空けて前記第１の基板及び前記第２の基板と平行に前記検出室内に設けられた半導体材料からなる錘部と、前記錘部の前記第１の基板側の対向面と面一とされた面を有し且つ前記錘部から放射状に対称的に延びて前記柱状部と接続して前記錘部を支持する少なくとも一対の半導体材料からなる支持部と、前記支持部に設けられた少なくとも一対の圧電素子と、前記第１の基板に設けられ且つ前記圧電素子に電流を入力する入力電極と、前記第１の基板に設けられ且つ前記圧電素子から入力された電流を出力する出力電極とを備え、前記支持部を前記錘部及び柱状部とから電気的に独立させる絶縁層を、前記支持部と前記錘部との間に及び前記支持部と前記柱状部との間に設けると共に、前記第１の基板のうち前記入力電極と前記出力電極との間を電気的に絶縁していることを特徴とする。
【００１０】
本発明の力学量センサにあっては、まず、入力電極を介して柱状部に所定の電圧を印加する。この電圧印加によって、中空部を有する柱状部に供給された電流は、圧電素子（ピエゾ抵抗素子）が形成された対の支持部を介して各出力電極に達する。この電流値を、出力電極を介して検出することによって、各圧電素子の抵抗値をモニタすることができる。なお、柱状部、対の支持部は、それぞれ半導体材料（例えば、シリコン）から形成されるものとなっているので、入力電極から出力電極へと電流は確実に流れる。なお、この柱状部は中空部を有し、この中空部が電気的絶縁性を有する絶縁層を構成することもある。
【００１１】
ここで、錘部は、第１の基板（第１のガラス基板）及び第２の基板（第２のガラス基板）から所定の間隔を空けた状態で、対の支持部によって吊り下げられて支持されている。これによって、錘部に力学量（例えば加速度や角速度）が作用したときに、第１の基板及び第２の基板に接触することなく、前記力学量の大きさ及び方向に応じて変位する。そして、対の支持部は、錘部の変位に伴って、撓んだり、捩れたり（対の支持部の軸回りの捩れ）して変形する。この際、対の支持部の変形に伴って、圧電素子も同様に変形する。そして、圧電素子が変形すると、各出力電極でモニタしていた抵抗値が変化するので、錘部に作用した加速度や角速度等の力学量を測定することができる。
【００１２】
特に、支持部と錘部との間には、絶縁層が形成されているので、各圧電素子に流れる電流が錘部を介して他の圧電素子に流れることはない。また、支持部と錘部との間には、絶縁層が形成されているので、各圧電素子に流れる電流が錘部を介して他の圧電素子に流れることはない。第１の基板のうち前記入力電極と前記出力電極との間にあっても電気的に絶縁された状態となっているので、各圧電素子に流れる電流が柱状部から第１の基板及び第２の基板を通って他の圧電素子に流れることはない。つまり、各圧電素子は、それぞれ入力電極及び出力電極以外の場所で電気的に絶縁された状態になっている。従って、各圧電素子を機械的に完全に素子分離でき、他の圧電素子へのリーク電流（漏れ電流）を防止することができる。よって、検出された電流値の精度を高め、加速度や角速度等の力学量を高精度に測定することができる。
【００１３】
本発明の力学量センサは、前記圧電素子のそれぞれに共通する共通電極を前記錘部の前記第１の基板側の対向面の中心に設け、前記入力電極から共通電極に電流を導通すると共に前記圧電素子と電気的に分離された第１の導通部を前記支持部に設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の力学量センサにあっては、圧電素子のそれぞれの共通電極が、錘部の第１の基板側の対向面の中心に設けられ、この共通電極は、入力電極から支持部に設けられた第１の導通部を導通して、電流が入力される個所とされる。さらに入力された電流は、この一極から圧電素子のそれぞれに流される。つまり、簡単な構成でありながら、圧電素子のそれぞれに好適に電流が流される。従って、この力学量センサにあっては、電極が減らされてコンパクトに構成されながら、複数設けられた圧電素子に好適に電流を流すことができる。
【００１５】
本発明の力学量センサは、前記第１の導通部が設けられた前記支持部以外の前記支持部のそれぞれに、前記第１の導通部を模した第２の導通部を設けたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の力学量センサにあっては、第１の導通部が設けられた支持部以外の支持部のそれぞれに、この第１の導通部を模した第２の導通部を設けているので、錘部から放射状に対称的に延びた支持部の全てに第１の導通部若しくは第２の導通部が設けられる。従って、支持部のバランスが好ましいものとなる。よって、加速度や角速度等の力学量を高精度に測定することができる。
【００１７】
本発明の力学量センサは、前記検出室内に前記錘部を静電的に振動させる振動機構と、前記錘部まで前記絶縁層を貫通する貫通孔と、前記貫通孔内に一端が前記錘部と電気的に接続されると共に他端が接地された半導体材料と電気的に接続される第１の導電体とを設けたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の力学量センサにあっては、錘部を、第１の導電体を介して接地させることができる。つまり、錘部を電気的にグランドに落とすことができる。これによって、この力学量センサを角速度センサとして用いる場合に、グランドに落とされた錘部を、振動機構によって、好適に振動させることができる。従って、錘部を好ましく振動させることができるので、この力学量センサによって力学量を検出する際に、角速度を好ましく検出できる。
【００１９】
本発明の力学量センサは、前記第１の基板及び前記第２の基板が、ガラス基板からなることを特徴とする。
【００２０】
本発明の力学量センサにあっては、第１の基板及び第２の基板が、電気的絶縁性を有するガラス基板からなるので、この第１の基板と第２の基板とによって挟み込まれる半導体材料（例えば、シリコン）からなる場合でも、この半導体材料に外部から電気的に絶縁される。また、この第１の基板及び第２の基板に、適宜間隔で複数の電極を設けた場合にあっても、これらの複数の電極は、互いに電気的に絶縁される。従って、電気的悪影響を受けないこととなり、よって、加速度や角速度等の力学量を高精度に測定することができる。また、このようにガラス基板を用いた場合、陽極接合が可能となり、低温においての接合が可能となる。
【００２１】
本発明の力学量センサは、前記柱状部の前記入力電極と前記出力電極とが接する個所に、不純物層を設けたことを特徴とする。
【００２２】
本発明の力学量センサにあっては、入力電極と柱状部との間、及び出力電極と柱状部との間に不純物層を設けたので、電極と半導体材料との間の接触抵抗が軽減され、接触抵抗による電流の損失を好適に防止して、ノイズ電流に対する検出電流の比が向上して検出された電流値の精度を高め、加速度や角速度等の力学量を高精度に測定することが出来る。さらに、本発明の力学量センサにあっては、入力電極と柱状部との間、及び出力電極と柱状部との間に不純物層を設けたので、電流電圧特性が線形を示すオーミックコンタクトが得られ、検出される電流値から力学量への算出が容易になる。
【００２３】
本発明の力学量センサは、前記不純物層と前記第１の導通部の前記入力電極側端部との間及び前記不純物層と前記圧電素子の前記出力電極側端部との間に、これらを互いに直接的に電気的に接続する金属膜を設けたことを特徴とする。
【００２４】
本発明の力学量センサにあっては、不純物層と第１の導通部との間、及び不純物層と圧電素子との間に、これらを互いに直接的に電気的に接続する金属膜を設けているので、この不純物層と、第１の導通部及び圧電素子とは、半導体材料を介さずに電流が通電される。従って、半導体材料を介することによって生じていた電流の損失を好適に防止して、ノイズ電流に対する検出電流の比が向上して、よって、検出された電流値の精度を高め、加速度や角速度等の力学量を高精度に測定することができる。
【００２５】
本発明の力学量センサの製造方法は、シリコン酸化膜を第１のシリコン層及び第２のシリコン層で挟んでなるＳＯＩ基板を、両面から第１の基板と第２の基板とを挟み込んで互いに接合してなる力学量センサの製造方法であって、前記第１の基板に入出力用凹部を設ける基板加工工程と、前記第１のシリコン層にギャップ用凹部を形成し、前記ギャップ用凹部内に不純物を注入するとともに前記ギャップ用凹部の周囲所定間隔に不純物層を形成し、次いで前記ギャップ凹部の底面のシリコンを除去しながら前記第２のシリコン層に設ける錘部を支持し表面に不純物層からなる圧電素子を有する支持部を形成するＳＯＩ活性層加工工程と、前記第２のシリコン層にギャップ用凹部を形成し、次いで前記第２のシリコン層に前記錘部を設けるように錘用凹部を形成し、次いで前記第２のシリコン層及び前記シリコン酸化膜を除去しながら前記錘部を形成するＳＯＩ支持層加工工程と、前記ＳＯＩ活性層加工工程ののちに、前記第１の基板を前記第１のシリコン層側の柱状部に接合し、次いで前記入出力用凹部に第２の導電体を設けて入力電極及び出力電極を形成する第１の基板接合工程と、前記ＳＯＩ支持層加工工程ののちに、前記第２の基板を前記第２のシリコン層側の柱状部に接合する第２の基盤接合工程とを備え、前記支持部を前記錘部及び柱状部とから電気的に独立させる絶縁層を、前記支持部と前記錘部との間に及び前記支持部と前記柱状部との間に設けるとともに、前記第１の基板のうち前記入力電極と前記出力電極との間を電気的に絶縁していることを特徴とする。
【００２６】
本発明の力学量センサの製造方法にあっては、まず、基板加工工程において、第１の基板に入出力用凹部が設けられる。この後、ＳＯＩ活性層加工工程において、１のシリコン層にギャップ用凹部が形成される。このギャップ用凹部内には後に加工されて圧電素子（ピエゾ抵抗素子）となる不純物が注入される。また、このギャップ用凹部の周囲所定間隔に不純物層が形成される。この後、ＳＯＩ支持層加工工程において、第２のシリコン層にギャップ用凹部が形成され、第２のシリコン層に錘部を設けるように錘用凹部が形成され、第２のシリコン層及びシリコン酸化膜を除去しながら錘部を支持する支持部が設けられるように支持部用凹部が形成される。
【００２７】
この後、第１の基板接合工程において、第１の基板が前記第１シリコン層側の柱状部に接合され、入出力用凹部に第２の導電体を設けて入力電極及び出力電極が形成される。なお、この第１の基板接合工程は、前記ＳＯＩ活性層加工工程の後になされるものであればよい。この後、第２の基板接合工程において、第２の基板が第２シリコン層側の柱状部に接合される。なお、この第２の基板接合工程は、ＳＯＩ支持層加工工程の後になされるものであれば、何ら問題はない。さらに、この力学量センサの製造方法にあっては、支持部を錘部及び柱状部とから電気的に独立させる絶縁層が、支持部と錘部との間に及び支持部と柱状部との間に設けられる。また、第１の基板のうち入力電極と出力電極との間が電気的に絶縁されている。
【００２８】
従って、上述した力学量センサが製造されることとなる。つまり、入力電極を介して柱状部に所定の電圧を印加した場合、この電圧印加によって、柱状部に供給された電流は、圧電素子（ピエゾ抵抗素子）が形成された対の支持部を介して各出力電極に達する。この電流値を、出力電極を介して検出することによって、各圧電素子の抵抗値をモニタすることができる。また、錘部は、第１の基板及び第２の基板から所定の間隔を空けた状態で、対の支持部によって吊り下げられて支持されている。これによって、錘部は、力学量（例えば加速度や角速度）が作用したときに、第１の基板及び第２の基板に接触することなく、前記力学量の大きさ及び方向に応じて変位する。
【００２９】
また、支持部と錘部との間には、絶縁層が形成されているので、各圧電素子に流れる電流が錘部を介して他の圧電素子に流れることはない。また、支持部と錘部との間には、絶縁層が形成されているので、各圧電素子に流れる電流が錘部を介して他の圧電素子に流れることはない。第１の基板のうち前記入力電極と前記出力電極との間にあっても電気的に絶縁された状態となっているので、各圧電素子に流れる電流が柱状部から第１の基板及び第２の基板を通って他の圧電素子に流れることはない。つまり、各圧電素子は、それぞれ入力電極及び出力電極以外の場所で電気的に絶縁された状態になっている。従って、各圧電素子を機械的に完全に素子分離でき、他の圧電素子へのリーク電流（漏れ電流）を防止された力学量センサを得ることができる。よって、検出された電流値の精度を高め、加速度や角速度等の力学量を高精度に測定することができる力学量センサを得られる。
【００３０】
本発明の力学量センサの製造方法は、前記ＳＯＩ活性層加工工程の際に、前記圧電素子のそれぞれに共通する共通電極を前記錘部の前記第１の基板側の対向面の中心に設け、前記入力電極から共通電極に電流を導通すると共に前記圧電素子と電気的に分離された第１の導通部を前記支持部に設けることを特徴とする。
【００３１】
本発明の力学量センサの製造方法にあっては、前記ＳＯＩ活性層加工工程において、圧電素子のそれぞれの共通電極が、錘部の第１の基板側の対向面の中心に設けられる。この共通電極は、柱状部に配置された入力電極から支持部に設けられた第１の導通部を導通して、電流が入力される個所である。さらに入力された電流は、この一極から圧電素子のそれぞれに流される。従って、電極が減らされてコンパクトに構成されながら、複数設けられた圧電素子に好適に電流を流すことができる力学量センサを得られる。
【００３２】
本発明の力学量センサの製造方法は、前記ＳＯＩ活性層加工工程の際に、前記第１の導通部が設けられた前記支持部以外の前記支持部のそれぞれに、前記第１の導通部を模した第２の導通部を設けることを特徴とする。
【００３３】
本発明の力学量センサの製造方法にあっては、前記ＳＯＩ活性層加工工程において、第１の導通部が設けられた支持部以外の支持部のそれぞれに、この第１の導通部を模した第２の導通部が設けられているので、錘部から放射状に対称的に延びた支持部の全てに第１の導通部若しくは第２の導通部が設けられる。従って、支持部のバランスが好ましいものとなる。よって、加速度や角速度等の力学量を高精度に測定することができる力学量センサを得られる。
【００３４】
本発明の力学量センサの製造方法は、前記ＳＯＩ活性層加工工程の際に、前記検出室内に前記錘部を静電的に振動させる振動機構と、前記錘部まで前記絶縁層を貫通する貫通孔と、前記貫通孔内に一端が前記錘部と電気的に接続されると共に他端が接地された半導体材料と電気的に接続される第１の導電体とを設けることを特徴とする。
【００３５】
本発明の力学量センサの製造方法にあっては、前記ＳＯＩ活性層加工工程において、錘部を、第１の導電体を介して接地させることができる。つまり、錘部を電気的にグランドに落とすことができる。これによって、この力学量センサを角速度センサとして用いたい場合に、グランドに落とされた錘部を、振動機構によって、好適に振動させることができる。従って、錘部を好ましく振動させることができるので、力学量を検出する際に、角速度を好ましく検出できる力学量センサを得られる。
【００３６】
本発明の力学量センサの製造方法は、前記第１の基板及び前記第２の基板が、ガラス基板からなることを特徴とする。
【００３７】
本発明の力学量センサの製造方法にあっては、第１の基板及び第２の基板が、電気的絶縁性を有するガラス基板からなるので、この第１の基板と第２の基板とによって挟み込まれる半導体材料（例えば、シリコン）からなる場合でも、この半導体材料に外部から電気的に絶縁される。また、この第１の基板及び第２の基板に、適宜間隔で複数の電極を設けた場合にあっても、これらの複数の電極は、互いに電気的に絶縁される。従って、電気的悪影響を受けないこととなり、よって、加速度や角速度等の力学量を高精度に測定することができる力学量センサを得られる。また、このようにガラス基板を用いた場合、陽極接合が可能となり、低温においての接合が可能となる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明に係る力学量センサ及び力学量センサの製造方法によれば、錘部を支持する支持部に影響を与えずに、各圧電素子（ピエゾ抵抗素子）を機械的に完全に素子分離してリーク電流からの悪影響を防止して各圧電素子（ピエゾ抵抗素子）間のクロストークを減少させ、これによって、ノイズ信号に対する力学量センサによって検出された検出信号の比を大きなものとして、力学量センサによる検出信号の正確性を好適に向上させ、さらには温度変化等の環境変化によって支持部の有するバネ特性が変化してしまうことを好適に防止できる。また、本発明に係る電子機器によれば、小型化及び性能の向上化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明に係る力学量センサが組み込まれた電子機器、その力学量センサ、そして、その力学量センサの製造方法に関する実施の形態について、図を参照しながら説明する。なお、この実施の形態にあっては、電子機器を、デジタルカメラや携帯電話機等のカメラ機構を有する電子機器１として、また、力学量センサを、角速度を検出するジャイロセンサ２として以下に説明する。
【００４０】
図１のブロック図に示す符号１は、デジタルカメラや携帯電話機等のカメラ機構を有する電子機器であって、カメラモジュール３と前記ジャイロセンサ２とを有するセンサユニット４とを備えている。カメラモジュール３は、センサユニット４から送られてきた角速度に基づいて、図示しないカメラレンズの補正量の算出を行うレンズ補正量算出回路５と、該レンズ補正量算出回路５で算出された補正量に基づいてＸ軸用レンズアクチュエータ６及びＹ軸用レンズアクチュエータ７を駆動するレンズ駆動回路８とを備えている。そして、両レンズアクチュエータ６，７は、それぞれカメラレンズをＸ方向及びＹ方向に適時変位させることで、手振れ補正等ができるようになっている。
【００４１】
前記センサユニット４は、前記ジャイロセンサ２と、該ジャイロセンサ２で検出された角速度に応じた静電容量を電圧に変換するＣ−Ｖ変換回路９と、変換された電圧から角速度を算出する角速度算出回路１０とを備えている。また、角速度算出回路１０は、算出した角速度を前記レンズ補正量算出回路５に出力するようになっている。なお、ジャイロセンサ２によって、力学量とされる角速度が測定され、その測定された角速度は、Ｃ−Ｖ変換回路９及び角速度算出回路１０を介してレンズ補正量算出回路５に送られる。そして、レンズ駆動回路８を経てレンズアクチュエータ６，７を駆動する。このようにして、この電子機器１に加わった角速度を算出してレンズを駆動させ、好ましく撮像できる。以下において、この内蔵されるジャイロセンサ２についての各種の実施の形態を説明する。なお、この角度速度を測定するジャイロセンサ２は、本発明における力学量センサに相当するものである。
【００４２】
〔第１の実施の形態〕
ジャイロセンサ２ａ（２）は、図２に示す断面（図３のＡ−Ａ断面）図、及び図３に示す斜視図（ガラス基板２０を省略）のように、一対のガラス基板２０（２０ａ，２０ｂ）と、該一対のガラス基板２０（２０ａ，２０ｂ）の間に挟まれた状態で接合された、半導体材料とされるＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板（以下、単にシリコン基板）２１と、該シリコン基板２１と一対のガラス基板２０とで囲まれ密閉された検出室２２と、該検出室２２内に収容され外部から作用した角速度（力学量）を検出する検出部２３とを備えてなる。なお、前記一対とされた第１のガラス基板及び第２のガラス基板２０ａ，２０ｂのうち、図２に図示される上側のガラス基板が本発明における第１の基板に相当する。また、前記一対のガラス基板２０ａ，２０ｂのうち、図２に図示される下側のガラス基板が本発明における第２の基板に相当する。また、第１のガラス基板２０ａには、孔４７ａ，４８ａが設けられ、この孔４７ａ，４８ａに入力用電極４７及び出力用電極４８が設けられている。
【００４３】
前記シリコン基板２１は、大略構成として、シリコン（Ｓｉ）支持層２５（例えば、厚さ３００〜８００μｍ）と、このシリコン支持層２５上に形成された二酸化珪素（ＳｉＯ２）からなるＢＯＸ層（Buried Oxide）２６と、このＢＯＸ層２６上に形成されたシリコン（Ｓｉ）活性層２７（例えば、厚さ５〜１００μｍ）とを有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板（以下、単にシリコン基板）の所定個所が切り欠かれた各種の凹部が設けられてなるものである。また、前記二酸化珪素からなるＢＯＸ層２６にあっては、電気的に絶縁する性質を有している。つまり、前記シリコン支持層２５とシリコン活性層２７とは、このＢＯＸ層２６によって互いに電気的に絶縁されたものとなっている。
【００４４】
前記検出室２２は、シリコン基板２１に形成された凹部３０と一対のガラス基板２０とで囲まれた空間より形成されている。つまり、この凹部３０の外方には、第１のガラス基板２０ａと第２のガラス基板２０ｂとを互いに支持する柱を担う柱状部３４が形成されている。この柱状部３４は中空部を有しており、この中空部が、電気的絶縁性を有する絶縁層を構成する場合もある。また、シリコン基板２１には、図２に示すように、この第１のガラス基板２０ａ及び第２のガラス基板２０ｂから所定間隔を空けるギャップ用凹部３０ａ、ギャップ用凹部３０ｂが設けられている。また、ギャップ用凹部３０ａ，３０ｂのそれぞれには、第１振動電極３５としての役割を担う振動電極が前記第１のガラス基板の内面に設けられ、第２振動電極３７としての役割を担う振動電極が前記第２のガラス基板の内面に設けられている。これらの第１振動電極３５及び第２振動電極３７によって、プルーフマス３２を静電振動させる。
【００４５】
前記第１振動電極３５及び第２振動電極３７は、本発明における振動機構に相当する個所であり、図６、及び、この図６のＢ−Ｂ断面とされる図７に示すように、前記第１振動電極３５にあっては第１振動用電極部５１ａと接続され、記第２振動電極３７にあっては第２振動用電極部５１ｂと接続されている。具体的には、前記柱状部３４におけるシリコン活性層２７によって、この振動用電極部５１ａ，５１ｂは構成されるものであって、第１振動電極３５にあっては、そのまま直接的に前記柱状部３４におけるシリコン活性層２７に接続されている。また、第２振動電極３７にあっては、まず前記柱状部３４におけるシリコン支持層２５に直接的に接続され、そのシリコン支持層２５とシリコン活性層２７とを電気的に接続する接続部５３を介して、シリコン活性層２７に間接的に接続されている。このようにして、前記第１振動電極３５及び第２振動電極３７は、第１のガラス基板２０ａに設けられた外部電極５２と接続される。これにより、前記第１振動電極３５及び第２振動電極３７は、プルーフマス３２を静電振動させる。
【００４６】
また、前記検出室２２の中心位置には、本発明における錘部に相当するプルーフマス３２が形成されている。このプルーフマス３２は、図４（ａ）の上面斜視図及び図４（ｂ）の裏面斜視図に示すように、中心に設けられた立方体形状の第１プルーフマス３２ａと、この第１プルーフマス３２ａの面と面との境とされた角隅に、第１プルーフマス３２ａを中心として対称的に設けられた４つの第２プルーフマス３２ｂとからなる。第１プルーフマス３２ａ及び第２プルーフマス３２ｂは、ＢＯＸ層２６及びシリコン支持層２５から構成されている。なお、第２プルーフマス３２ｂにあっては、その上面に、半導体材料とされるシリコン活性層２７が形成されている。
【００４７】
また、この４つの第２プルーフマス３２ｂのシリコン活性層２７の中央部においては、図５の拡大斜視図に示すように、第２プルーフマス３２ｂに接触するまで切り欠かれたようになる貫通孔３８が形成されている。貫通孔３８内には、一端が前記第２プルーフマス３２ｂと電気的に接触し、他端が前記シリコン活性層２７と電気的に接触する第１の導電体３９が設けられている。この第１の導電体３９によって、前記第１プルーフマス３２ａと第２プルーフマス３２ｂとを含めたプルーフマス３２と、前記シリコン活性層２７とが電気的に接続されたものとなっている。
【００４８】
また、プルーフマス３２は、図示するように、Ｘ軸両方向及びＹ軸両方向の４方向放射状に延びた支持部１５，１６，１７，１８によって中空状態とされた吊り下げ状態で支持されている。つまり、一端がプルーフマス３２に連結されていると共に、他端が前記柱状部３４に連結された支持部１５，１６を介して柱状部３４によって、このプルーフマス３２を支持している。この支持部１５，１６，１７，１８は、このプルーフマス３２の第１のガラス基板２０ａの対向面と面一とされた面を有し、前記他端がプルーフマス３２から放射状に対照的に延びて前記柱状部３４と一体となっている。このようにして、このプルーフマス３２が、何らかの力学量を受けることによって揺動した場合、この支持部１５，１７がＸ軸方向に延びたものとなっており、支持部１６，１８がＹ軸方向に延びたものとなっている。このようにして、このプルーフマス３２が、何らかの力学量を受けることによって揺動した場合、この、支持部１５，１６，１７，１８が、撓んだり、捩れたりするものとなっている。
【００４９】
前記支持部１５，１６，１７，１８は、後の製造方法において詳述するが、上述した各種の凹部が形成されることによって同時に形成される。この支持部１５，１６，１７，１８にあっては、それぞれに導通可能な導通部１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａが形成されている。具体的には、この支持部１５，１６，１７，１８におけるシリコン活性層２７が導通部を担っている。ここで、第１支持部１５に限って、他の第２支持部１６、第３支持部１７、第４支持部１８と異なった、前記入力電極４７から入力（通電）された電流を導通する第１の導通部１５ａとなっている。前記第１の導通部１５ａは、前記入力用電極部４１ａから、この支持部１５，１６，１７，１８が交差する個所に設けられる共通電極４９までを接続している。
【００５０】
これに対し、第２支持部１６、第３支持部１７、第４支持部１８にあっては、単に導通可能とされた第２の導通部１６ａ，１７ａ，１８ａとなっている。この第２の導通部１６ａ，１７ａ，１８ａは、前記第１の導通部１５ａを模して設けられるものである。また、第２の導通部１６ａ，１７ａ，１８ａは、前記共通電極４９とは電気的に接続されておらず、その共通電極４９の近くにおいて、それぞれに隣接する前記第２プルーフマス３２ｂ上のシリコン活性層２７と接続されている。なお、これらの導通部１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａは、互いに電気的に絶縁されて形成されている。また、前記共通電極４９からは、次に説明するピエゾ抵抗素子１９のそれぞれに電流が通電される。
【００５１】
前記支持部１５，１６，１７，１８にあっては、図５にも示すように、前記導通部１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａと隣接した位置に、絶縁空間（絶縁層）を設けて、ピエゾ抵抗素子１９がシリコン活性層２７と固着するように設けられている。また、このピエゾ抵抗素子１９は、一端が前記共通電極４９と接続されると共に、他端が出力用電極部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂに接続されている。また、これらのピエゾ抵抗素子１９は、前記導通部１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａと電気的に絶縁されている。これによって、共通電極４９から、前記支持部１５，１６，１７，１８のそれぞれに設けられたピエゾ抵抗素子１９へと、好ましく電流を流す。
【００５２】
また、このピエゾ抵抗素子１９は、高濃度不純物層から形成されたものであって、本発明における圧電素子に相当する。このピエゾ抵抗素子１９は、支持部１５，１６，１７，１８に作用する応力に応じて変形する。この変形によって、このピエゾ抵抗素子１９自体の電気抵抗は変化し、この支持部１５，１６，１７，１８の一端と連結するプルーフマス３２に作用する角速度等の力学量を測定するものとなっている。なお、このピエゾ抵抗素子１９の表面抵抗率としては、例えば、シリコンより低い５Ω／ｃｍ以下であることが好ましい。
【００５３】
また、この支持部１５，１６，１７，１８の他端は、図６にも示すように、前記柱状部３４と連結されてなるものである。この支持部１５，１６，１７，１８の他端には、入力電極４７と出力電極４８と電気的に接する入力用電極部４１ａ、アース用電極部４２ａ，４３ａ，４４ａ，出力用電極部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂが形成されている。この電極部４１，４２，４３，４４は、断面が正方形状となるように、この柱状部３４が切り欠かれて形成されるものであって、具体的には、電極部４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａ，４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂの周囲のうち、前記柱状部３４の第１のガラス基板２０ａと接する個所から前記ＢＯＸ層２６と接する個所にかけて、導電性を有するシリコン（Ｓｉ）が切り欠かれている。なお、この除去された個所は、本発明における絶縁層に相当するものであって、前記電極部４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａ，４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂを、互いに電気的に独立させることによって、電気的に互いに干渉しないと共にリーク電流を防止する。つまり、入力電極４７から通電された電流は、絶縁層であるＢＯＸ層２６によりシリコン支持層２５側に流れることなく、確実に出力電極４８に向けて流れる。
【００５４】
また、この電極部４１，４２，４３，４４は、それぞれ対で構成されている。つまり、入力用電極部４１ａと、アース用電極部４２ａ，４３ａ，４４ａと、出力用電極部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂとから構成されている。なお、これら対で構成される電極部４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａ，４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂ同士にあっても互いに電気的に絶縁されている。また、前記アース用電極部４２ａ，４３ａ，４４ａにあっては、前記第１のガラス基板２０ａに設けられたアース用外部電極（不図示）と接続されている。
【００５５】
また、この電極部４１，４２，４３，４４には、図２に示すように、シリコン活性層２７の上部に不純物層４５が形成されている。また、この不純物層４５と第１の導通部１５ａとの間には、さらに不純物層４５とピエゾ抵抗素子１９との間には、これらを互いに直接的に電気的に接続する金属膜５０が設けられている。
【００５６】
このように構成されたジャイロセンサ２ａにあっては、次のような作用を奏する。
このジャイロセンサ２ａにあっては、まず、入力電極４７を介して柱状部３４の一部とされる入力用電極部４１ａに所定の電圧を印加する。この電圧印加によって、柱状部３４の一部とされる入力用電極部４１ａに供給された電流は、第１の導通部１５ａを介してピエゾ抵抗素子１９に通電される。そして、ピエゾ抵抗素子１９から各出力用電極部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂを介して出力電極４８に達する。この電流値を、出力電極４８を介して検出することによって、各ピエゾ抵抗素子１９の抵抗値をモニタすることができる。なお、入力用電極部４１ａ、第１の導通部１５ａは、それぞれ半導体材料とされるシリコンから形成されるものとなっているので、入力電極４７から出力電極４８へと電流は確実に流れる。
【００５７】
ここで、プルーフマス３２は、第１のガラス基板２０ａ及び第２のガラス基板２０ｂから所定の間隔を空けた状態で、支持部１５，１６，１７，１８によって吊り下げられて支持されている。これによって、プルーフマス３２に力学量（例えば加速度や角速度）が作用したときに、第１のガラス基板２０ａ及び第２のガラス基板２０ｂに接触することなく、前記力学量の大きさ及び方向に応じて変位する。そして、支持部１５，１６，１７，１８は、プルーフマス３２の変位に伴って、撓んだり、捩れたり（支持部の軸回りの捩れ）して変形する。この際、対の支持部１５，１６，１７，１８の変形に伴って、ピエゾ抵抗素子１９も同様に変形する。そして、ピエゾ抵抗素子１９が変形すると、各出力電極４８でモニタしていた抵抗値が変化するので、プルーフマス３２に作用した角速度等の力学量を測定することができる。
【００５８】
特に、支持部１５，１６，１７，１８とプルーフマス３２との間には、絶縁層とされるＢＯＸ層２６が形成されているので、各ピエゾ抵抗素子１９に流れる電流がプルーフマス３２を介して他のピエゾ抵抗素子１９に流れることはない。また、支持部１５，１６，１７，１８とプルーフマス３２との間には、絶縁層とされるＢＯＸ層２６が形成されているので、各ピエゾ抵抗素子１９に流れる電流がプルーフマス３２を介して他のピエゾ抵抗素子１９に流れることはない。第１のガラス基板２０ａのうち前記入力電極４７と前記出力電極４８との間にあっても電気的に絶縁された状態となっているので、各ピエゾ抵抗素子１９に流れる電流が柱状部３４から第１のガラス基板２０ａ及び第１のガラス基板２０ｂを通って他のピエゾ抵抗素子１９に流れることはない。つまり、各ピエゾ抵抗素子１９は、それぞれ入力電極４７及び出力電極４８以外の場所で電気的に絶縁された状態になっている。従って、各ピエゾ抵抗素子１９を機械的に完全に素子分離でき、他のピエゾ抵抗素子１９へのリーク電流（漏れ電流）を防止することができる。よって、検出された電流値の精度を高め、加速度や角速度等の力学量を高精度に測定することができる。
【００５９】
また、このジャイロセンサ２ａにあっては、この共通電極４９は、入力電極４７から支持部１５に形成された第１の導通部１５ａを導通して電流が入力される個所とされる。さらに入力された電流は、この一極から圧電素子のそれぞれに流される。つまり、簡単な構成でありながら、ピエゾ抵抗素子１９のそれぞれに好適に電流が流される。従って、このジャイロセンサ２ａにあっては、電極が減らされてコンパクトに構成されながら、複数設けられたピエゾ抵抗素子１９に好適に電流を流すことができる。
【００６０】
また、このジャイロセンサ２ａにあっては、第１の導通部１５ａが設けられた支持部１５以外の支持部１６，１７，１８のそれぞれに、この第１の導通部１５ａを模した第２の導通部１６ａ，１７ａ，１８ａが形成されているので、プルーフマス３２から放射状に対称的に延びた支持部１５，１６，１７，１８の全てに第１の導通部１５ａ若しくは、これと模した第２の導通部１６ａ，１７ａ，１８ａが設けられる。従って、支持部１５，１６，１７，１８のバランスが好ましいものとなる。よって、角速度等の力学量を高精度に測定することができる。
【００６１】
また、このジャイロセンサ２ａにあっては、前記アース用電極部４２ａ，４３ａ，４４ａを接地させた場合、このアース用電極部４２ａ，４３ａ，４４ａと電気的に接続する第２の導通部１６ａ，１７ａ，１８ａを導通し、この第２の導通部１６ａ，１７ａ，１８ａと電気的に接続する第１の導電体３９を導通し、プルーフマス３２を接地させることができる。つまり、プルーフマス３２を電気的にグランドに落とすことができる。これによって、このジャイロセンサ２ａを角速度センサとして用いる場合に、グランドに落とされたプルーフマス３２を、振動機構とされる第１振動電極３５及び第２振動電極３７によって、好適に振動させることができる。従って、プルーフマス３２を好ましく振動させることができるので、この力学量センサによって力学量を検出する際に、角速度を好ましく検出できる。
【００６２】
また、このジャイロセンサ２ａにあっては、入力電極部４１ａ及び出力電極部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂの表面に不純物層４５が形成されているので、入力電極４７と入力電極部４１ａとの間及び出力電極４８と出力電極部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂとの間のコンタクト抵抗が軽減されて電流の損失が防止され、高精度に力学量を測定することができる。さらに、入力電極４７と入力電極部４１ａとの間及び出力電極４８と出力電極部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂとの間でオーミックコンタクトが得られ、線形な電流電圧特性を示すので力学量の算出が容易になる。
【００６３】
また、このジャイロセンサ２ａにあっては、入力電極部４７及び出力電極部４８に、不純物層４５が形成されているので、入力電極４７や出力電力４８に高電圧を印加した場合にあっても、印加された高電圧は不純物層４５によって軽減されて、内部の半導体材料とされるシリコン基板２１等の破損が防止される。従って、破損し難いジャイロセンサ２ａとなる。
【００６４】
また、このジャイロセンサ２ａにあっては、不純物層４５と第１の導通部１５ａとの間、及び不純物層４５とピエゾ抵抗素子１９との間に、これらを互いに直接的に電気的に接続する金属膜５０を設けているので、この不純物層４５と、第１の導通部１５ａ及びピエゾ抵抗素子１９とは、半導体材料とされるシリコン活性層２７を介さずに電流が通電される。つまり、シリコン活性層２７を介することによって生じていた電流の損失を好適に防止して、ノイズ電流に対する検出電流の比（Ｓ／Ｎ比）が向上して、よって、検出された電流値の精度を高め、角速度等の力学量を高精度に測定することができる。
【００６５】
以上をもって、プルーフマス３２を支持する支持部１５，１６，１７，１８に影響を与えずに、各ピエゾ抵抗素子１９を機械的に完全に素子分離してリーク電流からの悪影響を防止して各ピエゾ抵抗素子１９間のクロストークを減少させ、これによって、ノイズ信号に対するジャイロセンサ２ａによって検出された検出信号の比を大きなものとして、ジャイロセンサ２ａによる検出信号の正確性を好適に向上させ、さらには温度変化等の環境変化によって支持部１５，１６，１７，１８の有するバネ特性が変化してしまうことを好適に防止する。
【００６６】
〔第２の実施の形態〕
このジャイロセンサ２にあっては、上述の第１の実施の形態とは異なり、次のように構成されるものであってもよい。なお、以下の各種の実施の形態においては、上述の第１の実施の形態と同様に構成される個所については、同一の符号を付して説明を省略する。
すなわち、図８に示す第２の実施の形態とされるジャイロセンサ２ｂ（２）は、上述した第１の実施の形態においての電極部４１（４１ａ，４１ｂ），４２（４２ａ，４２ｂ），４３（４３ａ，４３ｂ），４４（４４ａ，４４ｂ）を、前記柱状部３４と電気的に絶縁する構成が異なる。つまり、図８のＣ−Ｃ断面とされる図９（ａ）、及び図８のＤ−Ｄ断面とされる図９（ｂ）に示すように、前記電極部４１，４２，４３，４４は、断面が正方形状となるように、この柱状部３４が切り欠かれて形成されるものであって、具体的には、電極部４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａ，４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂの周囲を、前記柱状部３４の第１のガラス基板２０ａと接する個所から前記第２のガラス基板２０ｂと接する個所まで切り欠いて絶縁されたものとなっている。なお、この切り欠いた個所が、本発明における絶縁層を構成する。
【００６７】
このように、前記電極部４１（４１ａ，４１ｂ），４２（４２ａ，４２ｂ），４３（４３ａ，４３ｂ），４４（４４ａ，４４ｂが前記柱状部と絶縁された場合には、検出信号がＡＣ電流であったために存在する弊害、すなわち、埋め込み酸化膜とされた前記ＢＯＸ層２６の部分を介して容量結合してしまう弊害を起こさないものとなる。つまり、ＢＯＸ層２６によって容量結合が防止され、これによって、リークされ難くされて、正確な抵抗変動を検出することができる。
【００６８】
この第２の実施の形態とされるジャイロセンサ２ｂにあっては、第２の導通部１６ａ，１７ａ，１８ａ、貫通孔３８、及び第２の導電体３９が省略されている。このようにジャイロセンサ２ｂを構成した場合にあっては、簡単な構成でありながら、上述したように素子分離がなされた作用を奏する。
【００６９】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態のジャイロセンサ２ｃ（２）について説明する。すなわち、図１０に示す第３の実施の形態とされるジャイロセンサ２ｃは、上述した第１の実施の形態において設けられていた支持部１５，１６，１７，１８に設けられる第２の導通部１６ａ，１７ａ，１８ａ及びアース用電極４２ａ，４３ａ，４４ａ等が省略されている。このようにジャイロセンサ２ｃを構成した場合にあっては、簡単な構成でありながら、上述したように素子分離がなされた作用を奏する。
【００７０】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態のジャイロセンサ２ｄ（２）について説明する。すなわち、図１１に示す第４の実施の形態とされるジャイロセンサ２ｄは、上述した第１の実施の形態において設けられていたピエゾ抵抗素子１９の経路が短く構成されたものである。具体的には、対で構成された４組の電極部４１，４２，４３，４４のうち一方を入力用電極部で構成すると共に他方を出力用電極で構成する。そして、前記支持部１５，１６，１７，１８上であって、この入力用電極部４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａから前記プルーフマス３２の中央に僅か延び、このプルーフマス３２に重なる寸前までで、前記出力用電極部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂに折り返すように構成されている。
【００７１】
このようにピエゾ抵抗素子１９の経路が短く構成された場合には、このピエゾ抵抗素子１９の抵抗値を小さくすることができる。これによって、このピエゾ抵抗素子１９によって検出される検出感度が向上して、好ましく角速度を測定することができる。なお、上述の第１の実施の形態と同様に構成される個所については、同一の符号を付して説明を省略する。また、このプルーフマス３２の変位を測定可能の範囲であれば、ピエゾ抵抗素子１９の経路の長さは、適宜に調節することができる。
【００７２】
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態のジャイロセンサ２ｅ（２）について説明する。すなわち、図１２に示す第５の実施の形態とされるジャイロセンサ２ｅは、上述した第４の実施の形態に加えて、前記支持部１５，１６，１７，１８が外方に延びて、前記柱状部３４と電気的に接続されたものである。このように支持部１５，１６，１７，１８が外方に延びて前記柱状部３４と電気的に接続された場合には、本発明における錘部とされたプルーフマス３２と前記第１の導電体３９を介して接続されたシリコン活性層２７を接地することができる。つまり、このシリコン活性層２７をグランドに落とすことによって、プルーフマス３２をグランドに落とすことができる。これによって、上述した振動機構によって、このプルーフマス３２を好適に振動させることができる。従って、このプルーフマス３２に加わる角速度を好ましく検出することができ、これによって、検出された電流値の精度を高め、角速度等の力学量を高精度に測定することができる。
【００７３】
〔第６の実施の形態〕
次に、第６の実施の形態のジャイロセンサ２ｆ（２）について説明する。すなわち、図１３及び図１３のＥ―Ｅ断面とされる図１４に示す第６の実施の形態とされるジャイロセンサ２ｆは、前記入力電極４７と前記共通電極４９とが良導体膜５５によって接続されている。この良導体膜５５は、応力による変形が大きくない程度の厚さ及び幅からなる良導体が成膜されてなるものである。このようにして、前記入力電極４７から電流が通電された場合、前記入力電極４７と前記共通電極４９を接続する支持部１５に生じるピエゾ抵抗効果が防止されることとなって、設けられたピエゾ抵抗素子１９による検出値がより好ましいものとなる。つまり、Ｓ／Ｎ比が向上したジャイロセンサとなる。なお、このジャイロセンサ２ｆは、前記プルーフマス３２がグランドに落とされるように第１の導電体３９が設けられると共に、その第１の導電体３９と接続されるシリコン活性層２７は、第２の導通部１６ａ，１７ａ，１８ａを介して柱状部３４に接続されている。
【００７４】
〔第７の実施の形態〕
次に、第７の実施の形態のジャイロセンサ２ｇ（２）について説明する。すなわち、図１５に示す第７の実施の形態とされるジャイロセンサ２ｇは、上述した各種の実施の形態においては、Ｘ軸両方向及びＹ軸両方向に延びた２軸で構成されるものを、Ｘ軸若しくはＹ軸の何れか一方の軸両方向に延びた１軸で構成したものである。このようにして、１軸のみのジャイロセンサ２ｇで構成した場合には、例えば、Ｘ軸両方向とされた一方向のみの力学量を測定したい場合に、簡易に構成できると共に、所望の測定を行うことができる。
【００７５】
次に、このように構成されたジャイロセンサ２ａ（２）にあっては、次のように製造される。すなわち、上述したジャイロセンサ２ａの製造方法としては、大略工程として、基板加工工程と、ＳＯＩ活性層加工工程と、ＳＯＩ支持層加工工程と、第１のガラス基板接合工程とを備えてなるものであって、この際に、上述した支持部１５，１６，１７，１８をプルーフマス３２及び柱状部３４との間に、この支持部１５，１６，１７，１８を電気的に独立させる絶縁層を設けると共に、前記第１のガラス基板２０ａのうち前記入力電極４７と前記出力電極４８との間を電気的に絶縁する。以下において各工程を具体的に説明する。
【００７６】
基板加工工程は、第１のガラス基板２０ａに入出力用凹部４７ａ，４８ａを設ける工程である。基板加工工程においては、まず、図１６（ａ）に示すような所定の厚み及び大きさから構成されるガラス基板が用意される。次いで、図１６（ｂ）に示すように、入出力用凹部４７ａ，４８ａが設けられる。この入出力用凹部４７ａ，４８ａを設けるに際しては、サンドブラスト等による機械的加工処理によってなされるものであってもよいし、またエッチング処理（ドライエッチング処理、ウエットエッチング処理等）等による化学的加工処理によってなされるものであってもよい。この第１のガラス基板２０ａにあっては、サンドブラスト加工によって入出力用凹部４７ａ，４８ａが設けられており、サンドブラスト加工特有の内部に向かって漸次縮径される形状となっている。このようにして、第１のガラス基板２０ａは形成される。
【００７７】
ＳＯＩ活性層加工工程は、シリコン活性層２７を形成する工程である。ＳＯＩ活性層加工工程においては、まず、図１７（ａ）に示すような所定の厚み及び大きさから構成されるシリコン基板２１Ａが用意される。次いで、図１７（ｂ）に示すように、このシリコン基板２１Ａのうち、第１のシリコン層とされるシリコン活性層２７に、ギャップ用凹部３０ａを形成する。具体的には、シリコン活性層３２上にエッチングマスクとなるフォトレジスト膜を成膜して、この後にエッチング処理を行って、ギャップ用凹部３０ａを形成する。このギャップ凹部３０ａは、後のプルーフマス３２が力学量を受けて変位を生じた際に、この第１ガラス基板２０ａに接触しないようにされることを目的に設けられるものである。その後、図１７（ｃ）に示すように、前記ギャップ用凹部３０ａの底面に不純物層Ｍを形成するとともに前記ギャップ用凹部の周囲所定間隔に不純物層４５を形成する。具体的には、シリコン活性層２７の表面全体にイオンインプランテーション又は不純物拡散等により不純物を注入する。この不純物層Ｍは、後に圧電素子とされるピエゾ抵抗素子１９を構成するものである。その後、図１７（ｄ）に示すように、このギャップ凹部３０ａの底面のシリコンを除去しながら前記第２のシリコン層に設ける錘部を支持する支持部１５、１６、１７、１８を形成する。具体的には、９０度回転した位置関係を有するよう支持部１５、１６、１７、１８をそれぞれ形成する。このときシリコン除去前にはギャップ凹部３０ａの底面であった前記支持部１５、１６、１７、１８の表面には、前記不純物層Ｍからなる圧電素子であるピエゾ抵抗素子１９が形成されている。なお、前記支持部１５を形成する際にあっては、図１７（ｄ）に示すように、同時に、前記支持部１５、１６、１７、１８の一部とされる電極部４１、４２、４３、４４が、前記柱状部３４と電気的に独立するように、切り欠かれてなる絶縁層が設けられる。
【００７８】
ＳＯＩ支持層加工工程は、シリコン支持層２５を形成する工程である。ＳＯＩ活性層加工工程においては、まず、図１８（ａ）に示すように、上述した基板加工工程において形成された第１ガラス基板２０（ａ）が用意される。ついで、図１８（ｂ）に示すように、前記第２のシリコン層とされるシリコン支持層２５にギャップ用凹部３０ｂを形成する。その後、シリコン支持層２５にプルーフマス３２を設けるようにプルーフマス用凹部３０ｃを形成する。この際、シリコン支持層２５及びＢＯX層（シリコン酸化膜）２６を除去しながらプルーフマス３２を形成する。
【００７９】
第１のガラス基板接合工程は、上述したシリコン基板２１に第１のガラス基板２０ａを接合する工程である。また、第２のガラス基板接合工程は、上述したシリコン基板２１に第２のガラス基板２０ｂを接合する工程である。まず、第１のガラス基板接合工程においては、図１９（ａ）に示すように、前記第１のガラス基板２０ａをシリコン活性層側の柱状部３４に合わせて陽極接合により接合する。そして、図１９（ｂ）に示すように、前記第２のガラス基板２０ｂをシリコン支持層側の柱状部３４に合わせて陽極接合により接合する。この後、図１９（ｃ）に示すように、前記入出力用凹部４７ａ，４８ｂに第２の導電体を設けて入力電極４７及び出力電極４８を形成する。
【００８０】
以上をもって、ジャイロセンサ２は構成される。なお、上述した製造方法にあっては、便宜上の一例として、上述した工程を組み合わせて行うものとした。しかしながら、この工程順に限定されることなく、適宜に順序を入れ換えて製造するものであっても、本発明の趣旨を逸脱しないものとされる。
【００８１】
例えば、上述した製造方法においては、その製造方法において、ＳＯＩ活性層加工工程後にＳＯＩ支持層加工工程を行うものとしたが、順序を入れ換えて、ＳＯＩ支持層加工工程後にＳＯＩ活性層加工工程を行うものとしてもよい。また、上述した製造方法においては、第１のガラス基板接合工程と第２のガラス基板接合工程とは組み合わせて行うものとしたが、これを別々に行ってもよい。しかしながら、第１のガラス基板接合工程にあっては、ＳＯＩ活性層加工工程後に行わなければならない。また、第２のガラス基板接合工程にあっては、ＳＯＩ支持層加工工程後に行わなければならない。
【００８２】
なお、上述のＳＯＩ活性層加工工程においては、次のような工程が設けられるものであってもよい。すなわち、共通電極４９を前記プルーフマス３２の前記第１のガラス基板２０ａ側の対向面の中心に設けてもよい。また、前記入力電極４７から共通電極４９に電流を導通すると共に前記圧電素子と電気的に分離された第１の導通部１５ａを前記支持部１５に設けてもよい。また、前記第１の導通部１５ａが設けられた前記支持部１５以外の前記支持部１６，１７，１８のそれぞれに、前記第１の導通部１５ａを模した第２の導通部１６ａ，１７ａ，１８ａを設けてもよい。また、前記検出室２２内に前記プルーフマス３２を静電的に振動させる振動機構と、前記プルーフマス３２まで前記絶縁層を貫通する貫通孔３８と、前記貫通孔３８内に一端が前記プルーフマス３２と電気的に接続されると共に他端が接地された半導体材料と電気的に接続される第１の導電体３９とを設けてもよい。
【００８３】
また、その方法も適宜の手法を用いることができる。例えば、上述した各種凹部３０ｃ等の深さが所定の深さ（例えば、数μｍ程度）となるように反応速度等を設定してもよい。また、上述したドライエッチングに限らず、水酸化カリウムやテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等のアルカリ性エッチャントによる異方性エッチング（ウエットエッチング）によりシリコン活性層２７やシリコン支持層２５を除去しても構わない。なお、エッチング処理をした際は、説明を割愛しているが、マスクとしていたフォトレジスト膜の除去を行う除去洗浄処理を行う。
【００８４】
また、上述した適宜の成膜にあっては、適宜の成膜方法を採用することができ、例えば、アルミニウム等の導電性を有する金属を蒸着によって成膜されたり、スパッタリング法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によって成膜されるものであってもよい。
【００８５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述の実施の形態においては、角速度を測定可能なジャイロセンサとして構成されたものについて説明したが、これに限定されることなく、例えば加速度を測定可能な加速度センサとして構成するものであってもよい。この場合においては、上述した振動機構とされる第１振動電極３５及び第２振動電極３７を特に設ける必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明に係る角速度センサを有する電子機器の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図３に示す断面矢視Ａ−Ａ図である。
【図３】図２に示す角速度センサの斜視図である。
【図４】図３に示す検出部の上面斜視図及び下面斜視図である。
【図５】図４の拡大図である。
【図６】図２に示す角速度センサの上面図である。
【図７】図６に示す断面矢視Ｂ−Ｂ図である。
【図８】第２の実施の形態の角速度センサの上面図である。
【図９】図８に示す断面矢視Ｃ−Ｃ図及び断面矢視Ｄ−Ｄ図である
【図１０】第３の実施の形態の角速度センサの上面図である。
【図１１】第４の実施の形態の角速度センサの上面図である。
【図１２】第５の実施の形態の角速度センサの上面図である。
【図１３】第６の実施の形態の角速度センサの上面図である。
【図１４】図１３に示す断面矢視Ｅ−Ｅ図である。
【図１５】第７の実施の形態の角速度センサの上面図である。
【図１６】基板加工工程を示す断面図である。
【図１７】ＳＯＩ活性層加工工程を示す断面図である。
【図１８】ＳＯＩ支持層加工工程を示す断面図である。
【図１９】第１のガラス基板接合工程及び第２のガラス基板接合工程を示す断面図である。
【図２０】従来の角速度センサの一例を示す錘部及び支持部周辺の上面図である。
【図２１】従来の角速度センサの他の一例を示す錘部及び支持部周辺の上面図である。
【図２２】図２１に示す断面矢視Ｚ−Ｚ図である。
【図２３】図２１に示す角速度センサの支持部が長手方向に変形した状態を示す断面図である。
【図２４】図２１に示す角速度センサの支持部が短手方向に変形した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１    電子機器
２ａ    ジャイロセンサ
１５，１６，１７，１８    支持部
１９    ピエゾ抵抗素子
２０ａ    第１のガラス基板（第１の基板）
２０ｂ    第２のガラス基板（第２の基板）
２２    検出室
２３    検出部
３２    プルーフマス
３４    柱状部
４７    入力電極
４８    出力電極
【図１】
2006234720.tif 000003
【図２】
2006234720.tif 000004
【図３】
2006234720.tif 000005
【図４】
2006234720.tif 000006
【図５】
2006234720.tif 000007
【図６】
2006234720.tif 000008
【図７】
2006234720.tif 000009
【図８】
2006234720.tif 000010
【図９】
2006234720.tif 000011
【図１０】
2006234720.tif 000012
【図１１】
2006234720.tif 000013
【図１２】
2006234720.tif 000014
【図１３】
2006234720.tif 000015
【図１４】
2006234720.tif 000016
【図１５】
2006234720.tif 000017
【図１６】
2006234720.tif 000018
【図１７】
2006234720.tif 000019
【図１８】
2006234720.tif 000020
【図１９】
2006234720.tif 000021
【図２０】
2006234720.tif 000022
【図２１】
2006234720.tif 000023
【図２２】
2006234720.tif 000024
【図２３】
2006234720.tif 000025
【図２４】
2006234720.tif 000026