(57)【要約】【課題】半導体基板を用いて角速度センサを構成する場合において、圧電膜に発生する電荷を中和して、高感度化を図ることができる角速度センサを提供する。【解決手段】摂動錘６と対向する位置において、圧電膜５の下に下部電極４が配置された構成とする。このような構成とすれば、定在波によって圧電膜５および摂動錘６が上下に振動するときに、圧電膜５の上下に発生した電荷により、摂動錘６の上下振動の変位量が制限されてしまうことを抑制することが可能となる。これにより、摂動錘６の上下振動を大きくすることが可能となり、角速度センサ１の高感度化を図ることが可能となる。【選択図】図１
2008026274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（２）と、
前記半導体基板（２）の上に形成された下部電極（４）と、
前記下部電極（４）を覆うように形成された圧電膜（５）と、
前記圧電膜（５）の上において、駆動電圧が印加されることで前記圧電膜（５）に対して弾性表面波を発生させる駆動電極（７〜１０）と、
前記圧電膜（５）の上において、前記駆動電極（７〜１０）の両側を挟み込むように配置され、前記駆動電極（７〜１０）に対して前記駆動電圧を印加したときに発生させられる前記弾性表面波を定在波とする反射器（１１、１２）と、
前記圧電膜（５）の上において、前記下部電極（４）と対向する位置に形成され、前記定在波により前記半導体基板（２）の垂直方向に振動させられる複数の摂動錘（６）と、
前記圧電膜（５）の上に形成され、前記摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）とを備えていることを特徴とする弾性表面波角速度センサ。
【請求項２】
前記圧電膜（５）と前記複数の摂動錘（６）の間において、前記複数の摂動錘（６）の形成領域を覆うように配置された上部電極（３０）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項３】
前記圧電膜（５）にはコンタクトホール（５ａ）が形成されており、前記下部電極（４）と前記上部電極（３０）とが前記コンタクトホール（５ａ）を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項４】
前記圧電膜（５）に形成された前記コンタクトホール（５ａ）は、前記複数の摂動錘（６）が形成された位置と対応した位置に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項５】
半導体基板（２）と、
前記半導体基板（２）の上に形成された圧電膜（５）と、
前記圧電膜（５）の上において、駆動電圧が印加されることで前記圧電膜（５）に対して弾性表面波を発生させる駆動電極（７〜１０）と、
前記圧電膜（５）の上において、前記駆動電極（７〜１０）の両側を挟み込むように配置され、前記駆動電極（７〜１０）に対して前記駆動電圧を印加したときに発生させられる前記弾性表面波を定在波とする反射器（１１、１２）と、
前記圧電膜（５）の上において、前記定在波が形成される領域に配置され、該定在波により前記半導体基板（２）の垂直方向に振動させられる複数の摂動錘（６）と、
前記圧電膜（５）と前記複数の摂動錘（６）の間において、前記複数の摂動錘（６）の形成領域を覆うように配置された上部電極（３０）と、
前記圧電膜（５）の上に形成され、前記摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）と、を備えていることを特徴とする弾性表面波角速度センサ。
【請求項６】
半導体基板（２）と、
前記半導体基板（２）の上に形成され、部分的に開口部が形成された圧電膜（５）と、
前記圧電膜（５）の上において、駆動電圧が印加されることで前記圧電膜（５）に対して弾性表面波を発生させる駆動電極（７〜１０）と、
前記圧電膜（５）の上において、前記駆動電極（７〜１０）の両側を挟み込むように配置され、前記駆動電極（７〜１０）に対して前記駆動電圧を印加したときに発生させられる前記弾性表面波を定在波とする反射器（１１、１２）と、
前記半導体基板（２）の上において、前記圧電膜（５）の開口部内に配置され、前記定在波により前記半導体基板（２）の垂直方向に振動させられる複数の摂動錘（６）と、
前記圧電膜（５）の上に形成され、前記摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）と、を備えていることを特徴とする弾性表面波角速度センサ。
【請求項７】
前記半導体基板（２）と前記圧電膜（５）の間には、前記半導体基板（２）の表面に形成された絶縁膜（３）および該絶縁膜の表面に形成された下部電極（４）が備えられていることを特徴とする請求項６に記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項８】
前記摂動錘（６）の材料は、密度が１３．５ｇ／ｃｍ3以上の金属または合金であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項９】
前記摂動錘（６）は、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗのいずれかにより構成されていることを特徴とする請求項８に記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項１０】
半導体基板（２）と、
前記半導体基板（２）の上に形成された下部電極（４）と、
前記下部電極（４）を覆うように形成された圧電膜（５）と、
前記圧電膜（５）の上において、駆動電圧が印加されることで前記圧電膜（５）に対して弾性表面波を発生させる駆動電極（７〜１０）と、
前記圧電膜（５）の上において、前記駆動電極（７〜１０）の両側を挟み込むように配置され、前記駆動電極（７〜１０）に対して前記駆動電圧を印加したときに発生させられる前記弾性表面波を定在波とする反射器（１１、１２）と、
前記圧電膜（５）の上において、前記下部電極（４）と対向する位置に形成され、前記定在波により前記半導体基板（２）の垂直方向に振動させられる複数の摂動錘（６）と、
前記圧電膜（５）の上に形成され、前記摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）とを備えた弾性表面波角速度センサの製造方法であって、
前記半導体基板（２）を用意する工程と、
前記半導体基板（２）の上において、前記摂動錘（６）の形成予定位置と対応する位置に下部電極（４）を形成する工程と、
前記下部電極（４）を覆うように圧電膜（５）を形成する工程と、
前記圧電膜（５）の上に、前記摂動錘（６）、前記駆動電極（７〜１０）、前記反射器（１１、１２）および前記検出器（１３〜１６）を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする弾性表面波角速度センサの製造方法。
【請求項１１】
前記圧電膜（５）と前記複数の摂動錘（６）の間において、前記複数の摂動錘（６）の形成領域を覆うように上部電極（３０）を配置する工程を含んでいることを特徴とする請求項１０に記載の弾性表面波角速度センサの製造方法。
【請求項１２】
前記圧電膜（５）にコンタクトホール（５ａ）を形成する工程を含み、
前記上部電極（３０）を形成する工程では、前記コンタクトホール（５ａ）を通じて前記上部電極（３０）を前記下部電極（４）に電気的に接続させることを特徴とする請求項１１に記載の弾性表面波角速度センサの製造方法。
【請求項１３】
前記コンタクトホール（５ａ）を形成する工程では、前記コンタクトホール（５ａ）を前記複数の摂動錘（６）が形成された位置と対応した位置に形成することを特徴とする請求項１２に記載の弾性表面波角速度センサの製造方法。
【請求項１４】
半導体基板（２）と、
前記半導体基板（２）の上に形成された圧電膜（５）と、
前記圧電膜（５）の上において、駆動電圧が印加されることで前記圧電膜（５）に対して弾性表面波を発生させる駆動電極（７〜１０）と、
前記圧電膜（５）の上において、前記駆動電極（７〜１０）の両側を挟み込むように配置され、前記駆動電極（７〜１０）に対して前記駆動電圧を印加したときに発生させられる前記弾性表面波を定在波とする反射器（１１、１２）と、
前記圧電膜（５）の上において、前記定在波が形成される領域に配置され、該定在波により前記半導体基板（２）の垂直方向に振動させられる複数の摂動錘（６）と、
前記圧電膜（５）と前記複数の摂動錘（６）の間において、前記複数の摂動錘（６）の形成領域を覆うように配置された上部電極（３０）と、
前記圧電膜（５）の上に形成され、前記摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）と、を備えている弾性表面波角速度センサの製造方法であって、
前記半導体基板（２）を用意する工程と、
前記半導体基板（２）の上に圧電膜（５）を形成する工程と、
前記圧電膜（５）の上において、前記摂動錘（６）の形成予定領域に上部電極（３０）を配置する工程と、
前記圧電膜（５）の上に前記駆動電極（７〜１０）、前記反射器（１１、１２）および前記検出器（１３〜１６）を形成すると共に、前記上部電極（３０）の上に前記摂動錘（６）を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする弾性表面波角速度センサの製造方法。
【請求項１５】
前記圧電膜（５）の表面に絶縁膜（２０）を形成する工程を含んでいることを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれか１つに記載の弾性表面波角速度センサの製造方法。
【請求項１６】
半導体基板（２）と、
前記半導体基板（２）の上に形成され、部分的に開口部が形成された圧電膜（５）と、
前記圧電膜（５）の上において、駆動電圧が印加されることで前記圧電膜（５）に対して弾性表面波を発生させる駆動電極（７〜１０）と、
前記圧電膜（５）の上において、前記駆動電極（７〜１０）の両側を挟み込むように配置され、前記駆動電極（７〜１０）に対して前記駆動電圧を印加したときに発生させられる前記弾性表面波を定在波とする反射器（１１、１２）と、
前記半導体基板（２）の上において、前記圧電膜（５）の開口部内に配置され、前記定在波により前記半導体基板（２）の垂直方向に振動させられる複数の摂動錘（６）と、
前記圧電膜（５）の上に形成され、前記摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）と、を備えている弾性表面波角速度センサの製造方法であって、
前記半導体基板（２）を用意する工程と、
前記半導体基板（２）の上に圧電膜（５）を形成する工程と、
前記圧電膜（５）のうち、前記摂動錘（６）の形成予定位置を開口させる工程と、
前記圧電膜（５）の上に前記駆動電極（７〜１０）、前記反射器（１１、１２）および前記検出器（１３〜１６）を形成すると共に、前記圧電膜（５）の開口部内に前記摂動錘（６）を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする弾性表面波角速度センサの製造方法。
【請求項１７】
前記半導体基板（２）の表面に絶縁膜（３）を形成する工程と、
前記絶縁膜の表面に下部電極（４）を形成する工程とを含み、
前記圧電膜（５）を形成する工程では、前記下部電極（４）の上に前記圧電膜（５）を形成し、
さらに、前記圧電膜（５）の表面および該圧電膜（５）の開口部から露出した前記下部電極（４）の表面に絶縁膜（２０）を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の弾性表面波角速度センサの製造方法。
【請求項１８】
前記摂動錘（６）を形成する工程では、前記摂動錘（６）の材料として、密度が１３．５ｇ／ｃｍ3以上の金属または合金を用いるて前記摂動錘（６）を形成することを特徴とする請求項１０ないし１７のいずれか１つに記載の弾性表面波角速度センサの製造方法。
【請求項１９】
前記摂動錘（６）を形成する工程では、前記摂動錘（６）をＰｔ、Ａｕ、Ｗのいずれかにより前記摂動錘（６）を形成することを特徴とする請求項１８に記載の弾性表面波角速度センサの製造方法。
【請求項２０】
前記圧電膜（５）の形成工程では、前記圧電膜（５）をＺｎＯ、ＡｌＮ、ＰＺＴおよびＰＴのいずれか１つにより形成することを特徴とする請求項１０ないし１９のいずれか１つに記載の弾性表面波角速度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波を用いて摂動錘を駆動振動させ、この摂動錘に対して加えられる加速度の検出を行う弾性表面波角速度センサ（以下、単に角速度センサという）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１、２において、弾性表面波を用いて角速度の検出を行う角速度センサが提案されている。特許文献１、２に記載されている角速度センサは、共に、同一原理に基づいて角速度を検出するものであり、センサを構成するデバイスの構造としては、圧電単結晶基板上に金属配線で形成された駆動用の櫛歯電極、検出用の櫛歯電極、反射器および複数の摂動錘を備えたものを採用している。
【０００３】
図１６は、特許文献１に記載された角速度センサのレイアウト図である。この図に示すように、略正方形に整列配置された複数の摂動錘Ｊ１を中心として、複数の摂動錘Ｊ１により形成される正方形の一辺と対向するように駆動用の櫛歯電極Ｊ２が配置され、さらに、その駆動用の櫛歯電極Ｊ２および複数の摂動錘Ｊ１を挟むように両側に反射器Ｊ３、Ｊ４が配置されている。つまり、複数の摂動錘Ｊ１により形成される正方形の相対する二辺と対向するように駆動用の櫛歯電極Ｊ２および反射器Ｊ３、Ｊ４が配置されることで、駆動用の櫛歯電極Ｊ２および反射器Ｊ３、Ｊ４からなる１つの弾性表面波デバイスが図１６中のｘ軸方向に並べられ、そのデバイスの伝播路上に複数の摂動錘Ｊ１が配置された構成となっている。
【０００４】
また、複数の摂動錘Ｊ１により形成される正方形の相対する他の二辺と対向するように検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６が設けられると共に、その検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６および複数の摂動錘Ｊ１を挟むように両側に反射器Ｊ７、Ｊ８が配置されることで、検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６および反射器Ｊ７、Ｊ８からなるもう１つの弾性表面波デバイスが図１６中のｙ軸方向に並べられ、そのデバイスの伝播路上に摂動錘Ｊ１が配置された構成となっている。
【０００５】
このように構成される角速度センサは、以下のように作動する。図１７に、角速度センサの駆動用の櫛歯電極Ｊ２による定在波の振動分布と摂動錘Ｊ１との関係とその角速度センサに発生するコリオリ力の説明図を示し、この図を参照して説明する。
【０００６】
駆動用の櫛歯電極Ｊ２に交流電圧を印加し、その駆動用の櫛歯電極Ｊ２のピッチで決まる共振周波数、たとえば１０ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの信号で駆動すると、弾性表面波が励起される。このとき、弾性表面波が反射器Ｊ３、Ｊ４で閉じ込められるため、弾性表面波の励振効率が向上していく。また、反射器Ｊ３、Ｊ４により、駆動用の櫛歯電極Ｊ２と反射器Ｊ４の間にある伝播路に定在波が生成される。
【０００７】
そして、複数の摂動錘Ｊ１のピッチが定在波の波長に合わせられており、各摂動錘Ｊ１それぞれが定在波の腹の部分に位置するようにパターニングされているため、摂動錘Ｊ１が定在波の最大振幅位置で振動する。なお、「定在波の腹」とは、基板面に垂直方向の振動成分が最大となる場所のことを意味している。
【０００８】
このとき、対角線上において隣接している各摂動錘Ｊ１が定在波の振幅の上下逆位相となる位置に配置されているため、図１７に示すように、摂動錘Ｊ１１〜Ｊ１４と摂動錘Ｊ１５は逆位相振動する。
【０００９】
このような状態において、図中で、ｘ方向の回りに回転（角速度）Ωｘが加わった場合、摂動錘Ｊ１に振動速度に比例したコリオリ力による加速度ａ＝２ｖ×Ωがｙ方向に加わる。ｖとΩｘはベクトル量であるから、摂動錘Ｊ１１〜Ｊ１４と摂動錘Ｊ１５に作用する力は逆位相となる。
【００１０】
また、コリオリ力によるそれぞれの摂動錘Ｊ１１〜Ｊ１５で生じる加振力は、駆動定在波（ｘ方向）とは直行する向き（ｙ方向）に弾性波を励振することとなる。これらの摂動錘Ｊ１１〜Ｊ１５において駆動される弾性波は、摂動錘Ｊ１（たとえば、摂動錘Ｊ１１とＪ１２）がｙ方向に対し波長の整数倍で配置されるため、検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６の空間に弾性波動が励振される。そして、検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６と対向するように反射器Ｊ７、Ｊ８が設置されているため、コリオリ力によって励振された波によって定在波が励振される。この定在波の強さがコリオリ力に比例しているため、検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６で電圧または電荷を計測することにより、回転角速度を計測することが可能となる。
【特許文献１】特開平８−３３４３３０号公報
【特許文献２】米国特許第６５１６６６５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
これら特許文献１、２に記載された技術では、高周波のメカニカルフィルタ（セラミックスフィルタ、ＳＡＷフィルタ）に基づき成り立っているため、角速度センサを形成するための圧電単結晶基板として、主にＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3を用いると想定される。
【００１２】
しかしながら、このような圧電単結晶基板は、メカニカルフィルタの分野では良く用いられているが、この上に摂動錘Ｊ１を設けて角速度センサを構成する場合には、小型化、回路との集積化には適していない。例えば、上述したように、駆動用の櫛歯電極Ｊ２による振動によって定在波を発生させ、複数の摂動錘Ｊ１を定在波の腹の位置に配置することによってコリオリ力を検出するようにしているため、数多くの摂動錘Ｊ１を広範囲に配置しなければならず、上述したように小型化、回路との集積化に適さない。
【００１３】
また、これら構造では、複数の摂動錘Ｊ１それぞれを定在波の腹の位置に配置できるようにしなければならないため、個々の摂動錘Ｊ１の質量が小さく、コリオリ力は摂動錘Ｊ１の質量、速度に比例するため、感度が小さくなるという問題もある。
【００１４】
このため、本発明者らは、角速度センサの小型化・回路との集積化および高感度化を目的として、図１８に示す角速度センサの部分拡大断面図のように、半導体基板Ｊ２０を用いて角速度センサを構成するものについて検討した。具体的には、半導体基板Ｊ２０の表面に絶縁膜Ｊ２１を介して圧電膜Ｊ２２を形成し、この圧電膜Ｊ２２の上に摂動錘Ｊ２３を形成した構造とした。
【００１５】
しかし、このような構造の場合、定在波によって圧電膜Ｊ２２および摂動錘Ｊ２３が上下に振動するときに、圧電膜Ｊ２２の上下に、圧電膜Ｊ２２に加わる応力に応じた電荷が発生してしまう。具体的には、圧電定数の符号によっても異なるが、圧電膜Ｊ２２のうち圧縮応力が加えられた部分には−電荷が発生し、引っ張り応力が加えられた部分には＋電荷が発生する。このように圧電膜Ｊ２２の上下に発生した電荷が摂動錘Ｊ２３の上下振動の変位量を制限してしまうため、単に半導体基板Ｊ２０の上に圧電膜Ｊ２２および摂動錘Ｊ２３のみを備えた構造では、高感度な角速度センサとすることが難しいという問題がある。
【００１６】
本発明は上記点に鑑みて、半導体基板を用いて角速度センサを構成する場合において、圧電膜に発生する電荷を中和して、高感度化を図ることができる角速度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明では、半導体基板（２）と、半導体基板（２）の上に形成された下部電極（４）と、下部電極（４）を覆うように形成された圧電膜（５）と、圧電膜（５）の上において、駆動電圧が印加されることで圧電膜（５）に対して弾性表面波を発生させる駆動電極（７〜１０）と、圧電膜（５）の上において、駆動電極（７〜１０）の両側を挟み込むように配置され、駆動電極（７〜１０）に対して駆動電圧を印加したときに発生させられる弾性表面波を定在波とする反射器（１１、１２）と、圧電膜（５）の上において、下部電極（４）と対向する位置に形成され、定在波により半導体基板（２）の垂直方向に振動させられる複数の摂動錘（６）と、圧電膜（５）の上に形成され、摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）とを備えていることを第１の特徴としている。
【００１８】
このように、半導体基板（２）を用い、この半導体基板（２）の上に下部電極（４）を形成すると共に、下部電極（４）を覆うように圧電膜（５）を形成し、さらに圧電膜（５）の上の下部電極（４）と対向する位置に摂動錘（６）を配置している。このような構成の角速度センサによれば、定在波によって圧電膜（５）に応力が加えられたときに、その応力に応じて圧電膜（５）の上下に電荷が発生しようとしても、圧電膜（５）の下方においては、下部電極（４）を通じて電荷が中和される。このため、定在波によって圧電膜（５）および摂動錘（６）が上下に振動するときに、圧電膜（５）の上下に発生した電荷により、摂動錘（６）の上下振動の変位量が制限されてしまうことを抑制することが可能となる。したがって、高感度な角速度センサとすることが可能となる。
【００１９】
なお、このような本発明の角速度センサの駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）の基本構造に関しては従来の角速度センサと同様であるため、角速度センサの高感度化が図れるのであれば、同じ感度を得るために必要とされるセンサ部の面積を小さくすることが可能となる。このため、角速度センサの小型化・回路との集積化を図ることもできる。
【００２０】
また、本発明では、圧電膜（５）と複数の摂動錘（６）の間において、複数の摂動錘（６）の形成領域を覆うように配置された上部電極（３０）を備えていることを第２の特徴としている。
【００２１】
このように、上部電極（３０）を形成することにより、定在波によって圧電膜（５）に応力が加えられたときに、その応力に応じて圧電膜（５）の上下に電荷が発生しようとしても、圧電膜（５）の上方においては、上部電極（３０）を通じて電荷が中和される。このため、定在波によって圧電膜（５）および摂動錘（６）が上下に振動するときに、圧電膜（５）の上下に発生した電荷により、摂動錘（６）の上下振動の変位量が制限されてしまうことを抑制することが可能となる。したがって、高感度な角速度センサとすることが可能となる。
【００２２】
さらに、本発明では、圧電膜（５）にコンタクトホール（５ａ）が形成されており、下部電極（４）と上部電極（３０）とがコンタクトホール（５ａ）を介して電気的に接続されていることを第３の特徴としている。
【００２３】
このように、コンタクトホール（５ａ）を通じて上部電極（３０）と下部電極（４）とを電気的に接続することで同電位とすることができ、これらの間に電位差が生じることを防止することができる。このため、上部電極（３０）と下部電極（４）との間に発生した電位差の影響によって圧電膜（５）の上下振動の変位量の低下を防止することができ、より角速度センサの高感度化を図ることができる。
【００２４】
この場合、コンタクトホール（５ａ）を圧電膜（５）のうち複数の摂動錘（６）が形成された位置と対応した位置に形成されるようにすると好ましい。
【００２５】
このように、コンタクトホール（５ａ）を圧電膜（５）のうち複数の摂動錘（６）それぞれと対応する位置に形成すれば、コンタクトホール（５ａ）内の上部電極（３０）の質量分も摂動錘（６）と同様に錘として寄与させることが可能となる。このため、より摂動錘（６）の上下振動の振幅を大きくでき、角速度センサの高感度化を図ることが可能となる。
【００２６】
また、本発明では、半導体基板（２）の上に、部分的に開口部が形成された圧電膜（５）を形成し、この開口部内に複数の摂動錘（６）が配置されるようにすることを第４の特徴としている。
【００２７】
このような構成の角速度センサでは、摂動錘（６）が形成された領域において圧電膜（５）を除去しているため、定在波により圧電膜（５）が上下振動させられたときに電荷が発生したとしても、摂動錘（６）の上下振動に影響を与えるものではない。このため、圧電膜（５）の上下に発生した電荷により、摂動錘（６）の上下振動の変位量が制限されてしまうことを抑制することが可能となる。
【００２８】
この場合においても、半導体基板（２）と圧電膜（５）の間には、半導体基板（２）の表面に形成された絶縁膜（３）および該絶縁膜の表面に形成された下部電極（４）を備えることができる。
【００２９】
上記のような本発明の各特徴において、摂動錘（６）の材料を密度が１３．５ｇ／ｃｍ3以上の金属または合金とすると、摂動錘（６）の重さを重くすることができ、摂動錘（６）の上下振動の振幅を大きくできるため、より角速度センサの高感度化を図ることが可能となる。例えば、摂動錘（６）をＰｔ、Ａｕ、Ｗのいずれかにより構成すると良い。
【００３０】
なお、本発明の第１の特徴を有した角速度センサは、半導体基板（２）を用意する工程と、半導体基板（２）の上において、摂動錘（６）の形成予定位置と対応する位置に下部電極（４）を形成する工程と、下部電極（４）を覆うように圧電膜（５）を形成する工程と、圧電膜（５）の上に、摂動錘（６）、駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）を形成する工程と、を含んだ製造方法にて製造することができる。
【００３１】
この場合、圧電膜（５）と複数の摂動錘（６）の間において、複数の摂動錘（６）の形成領域を覆うように上部電極（３０）を配置する工程を行っても良い。
【００３２】
さらに、圧電膜（５）にコンタクトホール（５ａ）を形成する工程を行い、上部電極（３０）を形成する工程において、コンタクトホール（５ａ）を通じて上部電極（３０）を下部電極（４）に電気的に接続させることもできる。この場合、コンタクトホール（５ａ）を複数の摂動錘（６）が形成された位置と対応した位置に形成すれば、コンタクトホール（５ａ）内の上部電極（３０）の質量分も錘として寄与させることが可能となる。
【００３３】
また、本発明の第２の特徴を有した角速度センサは、半導体基板（２）を用意する工程と、半導体基板（２）の上に圧電膜（５）を形成する工程と、圧電膜（５）の上において、摂動錘（６）の形成予定領域に上部電極（３０）を配置する工程と、圧電膜（５）の上に駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）を形成すると共に、上部電極（３０）の上に摂動錘（６）を形成する工程と、を含んだ製造方法にて製造することができる。
【００３４】
これら、本発明の第１、第２の特徴の角速度センサの製造方法において、圧電膜（５）の表面に絶縁膜（２０）を形成する工程を行っても良い。
【００３５】
また、本発明の第３の特徴を有した角速度センサは、半導体基板（２）を用意する工程と、半導体基板（２）の上に圧電膜（５）を形成する工程と、圧電膜（５）のうち、摂動錘（６）の形成予定位置を開口させる工程と、圧電膜（５）の上に駆動電極（７〜１０）、反射器（１１、１２）および検出器（１３〜１６）を形成すると共に、圧電膜（５）の開口部内に摂動錘（６）を形成する工程と、を含んだ製造方法により製造することができる。
【００３６】
この場合においても、半導体基板（２）の表面に絶縁膜（３）を形成する工程と、絶縁膜の表面に下部電極（４）を形成する工程とを行い、圧電膜（５）を形成する工程では、下部電極（４）の上に圧電膜（５）を形成し、さらに、圧電膜（５）の表面および該圧電膜（５）の開口部から露出した下部電極（４）の表面に絶縁膜（２０）を形成する工程と、を行うようにしても良い、
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ものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００３８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態の角速度センサ１を示したものであり、図１（ａ）は、角速度センサ１の斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【００３９】
図１（ｂ）に示すように、角速度センサ１は、半導体基板であるシリコン基板２を用いて形成されている。例えば、シリコン基板２の板厚は４００μｍ以上とされ、このシリコン基板２上にセンサ部が形成されることにより角速度センサ１が構成されている。
【００４０】
シリコン基板２の表面全面に、絶縁膜として例えば１μｍ以下の膜厚のシリコン酸化膜３が形成され、このシリコン酸化膜３の表面に、例えば数百ｎｍ程度の膜厚の下部電極４が形成されている。この下部電極４は、不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ系材料、Ｔｉ系材料、Ｗ系材料、Ｍｏ系材料のいずれかの金属もしくはそれを含む合金によって構成されている。下部電極４を不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等で形成すれば、角速度センサ１の製造を半導体プロセスにて行う場合に、下部電極４の形成時の金属汚染を防止することができる。
【００４１】
下部電極４の表面全面に、例えば数μｍ程度の膜厚の圧電膜５が形成されている。圧電膜５を例えば圧電体であるＡｌＮ、ＺｎＯ等により構成することができ、圧電体の中でも強誘電体に属するＰＺＴ：Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ3、ＰＴ：ＰｂＴｉＯ3等により構成することもできるが、圧電膜５をＡｌＮにより構成した場合には、角速度センサ１と同チップ中にＣＭＯＳなどの他の素子を形成したとしても、金属汚染の要因とならないようにできる。
【００４２】
そして、圧電膜５の表面に、摂動錘６定在波を発生させるための励振用の櫛歯電極（以下、励振用ＩＤＴという）７〜１０、反射器１１、１２および検出器としての役割を果たす検出用ＩＤＴ１３〜１６が備えられた構成とされている。
【００４３】
これら摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６も、不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｒｕ等の金属またはそれを含む合金、たとえばＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、ＴｉＷ等の合金によって構成されている。これらを不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等で形成すれば、角速度センサ１の製造を半導体プロセスにて行う場合に、摂動錘６の形成時の金属汚染を防止することができ、摂動錘６をＡｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｒｕ等で形成すれば、質量を重くすることが可能となる。
【００４４】
摂動錘６は、図１（ａ）に示すように、例えば四角形（例えば正方形）で構成され、複数個備えられている。そして、複数個の摂動錘６が千鳥状に配置されることで、その外縁形状が略正方形とされている。具体的には、複数の摂動錘６は、これら複数の摂動錘６が構成する略正方形の相対する二辺（具体的には図中Ｙ軸方向）と平行な複数列に並べられ、例えば各列が励振用ＩＤＴ７により生成される定在波の腹の位置となるように、例えば各列の間隔が定在波の波長λと同じもしくはその半分となるように設定されている。
【００４５】
励振用ＩＤＴ７〜１０は、複数の摂動錘６が構成する略正方形の相対する二辺（具体的には紙面左右の二辺）と対向するように配置され、複数の摂動錘６の両側に１組ずつ配置されている。具体的には、励振用ＩＤＴ７と励振用ＩＤＴ８を組として、この組が摂動錘６に対して紙面左側に配置されている。また、励振用ＩＤＴ９と励振用ＩＤＴ１０を組として、この組が摂動錘６に対して紙面右側に配置されている。これら励振用ＩＤＴ７〜１０には、例えばボンディングワイヤなどにより構成される駆動電圧印加ラインを通じて、駆動電源から駆動電圧が印加されるようになっており、下部電極４との間に電位差を発生させることで、励振用ＩＤＴ７〜１０を図１（ａ）、（ｂ）のｚ軸方向（つまり基板垂直方向）に振動させられるようになっている。
【００４６】
励振用ＩＤＴ７、８は、これらが一対となって一組の駆動電極を構成するものである。これら励振用ＩＤＴ７、８は、共に、摂動錘６のうちｙ軸と平行な一辺と対向する複数の櫛歯部７ａ、８ａと、これら複数の櫛歯部７ａ、８ａを連結する連結部７ｂ、８ｂを有して構成されている。この励振用ＩＤＴ７、８は、互いの櫛歯部７ａ、８ａが等間隔に一本ずつ交互に、つまり互いの櫛歯部７ａ、８ａが噛み合うように配置されることで、各櫛歯部７ａ、８ａが１本ずつ対向配置されている。そして、各連結部７ｂ、８ｂが櫛歯部７ａ、８ａを挟んで反対側に配置され、連結部７ｂが各櫛歯部７ａの紙面上方側の端部と接続され、連結部８ｂが各櫛歯部８ａの紙面下方側の端部と接続されている。
【００４７】
一方、励振用ＩＤＴ９、１０も同様であり、これらが一対となって一組の駆動電極を構成している。これら励振用ＩＤＴ９、１０は、共に、摂動錘６のうちｙ軸と平行な他の一辺（つまり励振用ＩＤＴ７、８が配置される側とは反対側の一辺）と対向する複数の櫛歯部９ａ、１０ａと、これら複数の櫛歯部９ａ、１０ａを連結する連結部９ｂ、１０ｂを有して構成されている。この励振用ＩＤＴ９、１０は、互いの櫛歯部９ａ、１０ａが等間隔に一本ずつ交互に、つまり互いの櫛歯部９ａ、１０ａが噛み合うように配置されることで、各櫛歯部９ａ、１０ａが１本ずつ対向配置されている。そして、各連結部９ｂ、１０ｂが櫛歯部９ａ、１０ａを挟んで反対側に配置され、連結部９ｂが各櫛歯部９ａの紙面上方側の端部と接続され、連結部１０ｂが各櫛歯部１０ａの紙面下方側の端部と接続されている。
【００４８】
反射器１１、１２は、それぞれ、複数の摂動錘６および励振用ＩＤＴ７〜１０を挟んだ両側に配置されいる。これら反射器１１、１２は、励振用ＩＤＴ７〜１０における櫛歯部７ａ〜１０ａと対向するように図１中のｙ軸方向に沿って延設されている。
【００４９】
検出用ＩＤＴ１３、１４は、これらが一対となって一組の検出器（第１検出器）を構成するものである。これら検出用ＩＤＴ１３、１４は、共に、摂動錘６のうちｘ軸と平行な一辺と対向する複数の櫛歯部１３ａ、１４ａと、これら複数の櫛歯部１３ａ、１４ａを連結する連結部１３ｂ、１４ｂを有して構成されている。この検出用ＩＤＴ１３、１４は、互いの櫛歯部１３ａ、１４ａが等間隔に一本ずつ交互に、つまり互いの櫛歯部１３ａ、１４ａが噛み合うように配置されることで、各櫛歯部１３ａ、１４ａが１本ずつ対向配置されている。そして、各連結部１３ｂ、１４ｂが櫛歯部１３ａ、１４ａを挟んで反対側に配置され、連結部１３ｂが各櫛歯部１３ａの紙面左側の端部と接続され、連結部１４ｂが各櫛歯部１４ａの紙面右側の端部と接続されている。
【００５０】
一方、検出用ＩＤＴ１５、１６も同様であり、これらが一対となって一組の検出器（第２検出器）を構成する。これら検出用ＩＤＴ１５、１６は、共に、摂動錘６のうちｘ軸と平行な他の一辺（つまり検出用ＩＤＴ１３、１４が配置される側とは反対側の一辺）と対向する複数の櫛歯部１５ａ、１６と、これら複数の櫛歯部１５ａ、１６ａを連結する連結部１５ｂ、１６ｂを有して構成されている。この検出用ＩＤＴ１５、１６は、互いの櫛歯部１５ａ、１６ａが等間隔に一本ずつ交互に、つまり互いの櫛歯部１５ａ、１６ａが噛み合うように配置されることで、各櫛歯部１５ａ、１６ａが１本ずつ対向配置されている。そして、各連結部１５ｂ、１６ｂが櫛歯部１５ａ、１６ａを挟んで反対側に配置され、連結部１５ｂが各櫛歯部１５ａの紙面右側の端部と接続され、連結部１６ｂが各櫛歯部１６ａの紙面左側の端部と接続されている。
【００５１】
このようなセンサ部を有した構造により、本実施形態の角速度センサ１が構成されている。
【００５２】
続いて、本実施形態の角速度センサ１の作動について説明する。図２は、本実施形態の角速度センサ１に対して角速度が印加された場合の摂動錘６などの様子を示した拡大模式図である。
【００５３】
本実施形態の角速度センサ１におけるセンサ部の駆動は、励振用ＩＤＴ７〜１０に対して駆動電圧を印加することにより行う。例えば、励振用ＩＤＴ７、９に対して＋Ｂ［Ｖ］、励振用ＩＤＴ８、１０に対して−Ｂというように、励振用ＩＤＴ７、９と励振用ＩＤＴ８、１０に対してＢ［Ｖ］の振幅の交流電圧の位相を半周期ずらして印加する。このとき、必要に応じて下部電極４をＧＮＤに接続する。これにより、励振用ＩＤＴ７〜１０と下部電極４との間に電位差が発生させられ、これら励振用ＩＤＴ７〜１０と下部電極４の間に電界が発生して、励振用ＩＤＴ７〜１０がｚ軸方向に振動し、ｘ軸方向に弾性表面波が生成される。
【００５４】
弾性表面波を効率よく生成できる交流電圧の周期（共振周波数）は、主に励振用ＩＤＴ７〜１０の間隔や圧電膜５の物性、半導体基板（ここではシリコン基板２）の物性により決まる。このため、これらに基づいて交流電圧の周期を例えば数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚに調整することで、弾性表面波を励起することができる。
【００５５】
このとき、通常、伝搬路には進行波が励起されるが、励振用ＩＤＴ９、１０または反射器１１、１２により表面弾性波が伝搬路中に閉じ込められ、伝搬路に定在波が生成される。この定在波の腹の位置に複数の摂動錘６の各列が配置されているため、定在波の振幅を大きくすることができる。
【００５６】
ここで、ｘ軸を回転軸とする角速度センサ速度Ωが加わった場合、１つの摂動錘６の質量をｍ、摂動錘６の振動速度をｖ、摂動錘６の振幅をｒ、共振周波数をω（＝２πｆ）とすると、摂動錘６に対してｙ軸方向にコリオリ力Ｆ＝２ｍｖΩが働く。なお、ｖ＝ｒω、ω＝２πｆである。
【００５７】
また、定在波の振動は駆動電圧の周波数と同じ周期の振動となる。このため、コリオリ力Ｆは、ｙ軸の＋方向と−方向に周期的に振動する。このコリオリ力Ｆにより、複数の摂動錘６を挟んでｙ軸方向両側に配置された検出用ＩＤＴ１３〜１６の方向に弾性波が励起される。その弾性波の振動振幅を検出用ＩＤＴ１３〜１７の電気信号（電圧または電荷）に変換することで角速度を測定することが可能となる。
【００５８】
そして、このような角速度の測定を行うに際し、本実施形態では、摂動錘６と対向する位置において、圧電膜５の下に下部電極４が配置された構成としている。このため、図３に示す角速度センサ１の部分拡大断面図に示されるように、定在波によって圧電膜５に応力が加えられたときに、その応力に応じて圧電膜５の上下に電荷が発生することになる。
【００５９】
しかしながら、圧電膜５の下方においては、下部電極４を通じて電荷が中和される。このため、定在波によって圧電膜５および摂動錘６が上下振動するときに、圧電膜５の上下に発生した電荷により、摂動錘６の上下振動の変位量が制限されてしまうことを抑制することが可能となる。
【００６０】
角速度センサ１では、角速度が加えられた場合、摂動錘６の振動速度に比例したコリオリ力による加速度が発生するため、摂動錘６の上下振動の振幅や振動速度が大きくできることにより、角速度センサ１の高感度化を図ることが可能となる。したがって、このように摂動錘６の上下振動の振幅を大きくできることにより、角速度センサ１の高感度化を図ることが可能となる。
【００６１】
次に、本実施形態の角速度センサ１の製造方法について説明する。図４に、本実施形態の角速度センサ１の製造工程の断面図を示し、この図を参照して説明する。
【００６２】
まず、図４（ａ）に示す工程では、例えば４００μｍ以上の膜厚のシリコン基板２を用意する。このようにシリコン基板２のような半導体基板を用いることで、他の回路などと共に角速度センサ１を形成する事が可能となり、回路との集積化を図ることも可能になる。そして、このシリコン基板２の表面に、絶縁膜として例えば１μｍ以下の膜厚のシリコン酸化膜３を形成する。
【００６３】
続く、図４（ｂ）に示す工程では、シリコン酸化膜３の表面に、例えば数百ｎｍ程度の厚みの下部電極４を成膜する。例えば、不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉを堆積させたり、Ａｌ系材料、Ｔｉ系材料、Ｗ系材料、の金属もしくはそれを含む合金をスパッタすることによって下部電極４を成膜する。
【００６４】
続いて、下部電極４の表面全面に、例えばＡｌＮ、ＺｎＯ、ＰＺＴ、ＰＴ等によって数μｍの厚みの圧電膜５を形成する。
【００６５】
そして、図４（ｃ）に示す工程では、圧電膜５の表面に、不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｒｕ等の金属、またはそれを含む合金、たとえば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｃｕ、ＴｉＷ等を成膜したのち、それをパターニングすることで、摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成する。この後は、ワイヤボンディングなどを行うことで、駆動電圧印加ラインやＧＮＤラインを形成したり、励振用ＩＤＴ７〜１０や検出用ＩＤＴ１３〜１６と接続される配線等を形成することで、本実施形態の角速度センサ１が完成する。
【００６６】
以上説明した本実施形態の角速度センサ１によれば、摂動錘６と対向する位置において、圧電膜５の下に下部電極４が配置された構成としている。このため、定在波によって圧電膜５および摂動錘６が上下振動するときに、圧電膜５の上下に発生した電荷により、摂動錘６の上下振動の変位量が制限されてしまうことを抑制することが可能となる。これにより、摂動錘６の上下振動の振幅を大きくすることが可能となり、角速度センサ１の高感度化を図ることが可能となる。
【００６７】
また、本実施形態の角速度センサ１では、さらに、励振用ＩＤＴ７〜１０の下にも圧電膜５を介して下部電極４を形成した構造としている。このため、励振用ＩＤＴ７〜１０と下部電極４との間に発生させられる電界によって励振用ＩＤＴ７〜１０を大きく振動させることが可能となる。したがって、さらなる角速度センサ１の高感度化を図ることが可能となる。
【００６８】
そして、本実施形態の角速度センサ１の励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６の基本構造に関しては従来の角速度センサと同様であるため、角速度センサ１の高感度化が図れるのであれば、同じ感度を得るために必要とされるセンサ部の面積を小さくすることが可能となる。このため、角速度センサ１の小型化・回路との集積化を図ることができる。
【００６９】
特に、本実施形態では、角速度センサ１を半導体基板であるシリコン基板２に形成できる構造としているため、好適に他の回路との集積化も図ることが可能となる。
【００７０】
なお、摂動錘６の材料には、通常、配線材料と同材料であるＡｌ（２．６９ｇ／ｃｍ3）系が用いられる。しかしながら、Ａｌ系の材料では密度が小さいため、コリオリ力が小さい。これに対して、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ等のように、例えばＡｌの５倍（１３．５／ｃｍ3）以上の密度の材料を用いれば、摂動錘６の質量を重くでき、摂動錘６の上下振動の振幅を大きくできるため、より角速度センサの高感度化を図ることが可能となる。
【００７１】
（第１実施形態の変形例）
上記実施形態において、圧電膜５の表面に直接、摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成する構造としているが、必要に応じて、図５の断面図に示すように、圧電膜５の表面に層間絶縁膜２０を成膜し、この層間絶縁膜２０の表面に摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成するようにしても良い。特に、ＡｌＮによって圧電膜５を形成する場合には、層間絶縁膜２０を形成すると好ましい。これは、励振用ＩＤＴ７〜１０に対して電圧を印加し、励振用ＩＤＴ７〜１０と下部電極４の間に電界が掛けられたときに励振用ＩＤＴ７〜１０から下部電極４に向けてリーク電流が流れる可能性があるためである。
【００７２】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の角速度センサ１は、第１実施形態に対してさらに電荷の中和効果を高められる構造としたものであり、角速度センサ１の基本構造に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００７３】
図６は、本実施形態の角速度センサ１を示したものであり、図６（ａ）は、角速度センサ１の斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００７４】
本実施形態では、第１実施形態に対して圧電膜５の上に上部電極３０を配置することで、圧電膜５の上に発生する電荷も中和できるようにしている。具体的には、上部電極３０は、圧電膜５の表面に形成され、複数の摂動錘６が形成された領域をすべて含むような正方形とされており、この上部電極３０の表面に摂動錘６が配置された構造とされている。
【００７５】
図７は、本実施形態の角速度センサ１に対して角速度が印加された場合の摂動錘６などの様子を示した拡大模式図である。
【００７６】
本実施形態のように、圧電膜５の上にも上部電極３０を配置すれば、定在波により圧電膜５に応力が加えられたときに、図７に示すように圧電膜５の上方に発生する電荷が上部電極３０を通じて中和される。このため、下部電極４のみを備えた第１実施形態と比べて、さらに摂動錘６の上下振動の振幅を大きくすることが可能となり、より角速度センサ１の高感度化を図ることが可能となる。
【００７７】
次に、本実施形態の角速度センサ１の製造方法について説明する。図８に、本実施形態の角速度センサ１の製造工程の断面図を示し、この図を参照して説明する。
【００７８】
まず、図８（ａ）、（ｂ）に示す工程では、図４（ａ）、（ｂ）と同様の工程を行う。続いて、図８（ｃ）に示す工程では、圧電膜５の表面に、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ等の金属やＡｌ−Ｓｉ、ＴｉＷ等の合金、不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ等の導電性材料を配置した後、それをパターニングすることで摂動錘６の形成予定領域に残す。これにより、上部電極３０が形成される。
【００７９】
この後は、図８（ｃ）に示す工程において図４（ｃ）と同様の工程を行うことで、摂動錘６や励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６をパターニングする。このとき、上部電極３０の材料と摂動錘６や励振用ＩＤＴ７〜１０等の材料とのエッチング選択比が得られるエッチング材料を選択すると好ましいが、エッチング時間の制御により、摂動錘６や励振用ＩＤＴ７〜１０等をパターニングする際に上部電極３０があまりエッチングされないようにしても良い。
【００８０】
この後は、ワイヤボンディングなどを行うことで、駆動電圧印加ラインやＧＮＤラインを形成したり、励振用ＩＤＴ７〜１０や検出用ＩＤＴ１３〜１６接続される配線等を形成することで、本実施形態の角速度センサ１が完成する。
【００８１】
（第２実施形態の変形例）
上記第２実施形態において、圧電膜５の表面に直接、上部電極３０や摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成する構造としているが、第１実施形態の変形例で示したように、必要に応じて、図９の角速度センサ１の断面図に示すように、圧電膜５の表面に層間絶縁膜２０を成膜し、この層間絶縁膜２０の表面に上部電極３０や摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成するようにしても良い。このようにすれば、上部電極３０の材料摂動錘６や励振用ＩＤＴ７〜１０等の材料との組み合わせにより圧電膜５が侵食され得るが、そのような侵食を防止することも可能となる。
【００８２】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の角速度センサ１も、第２実施形態と同様に上部電極３０を配置し、かつ、下部電極４と上部電極３０との電位差を無くすようにしたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００８３】
図１０は、本実施形態の角速度センサ１の断面構成を示した図である。この図に示すように、本実施形態の角速度センサ１では、圧電膜５のうち複数の摂動錘６それぞれと対応する位置にコンタクトホール５ａが形成されており、このコンタクトホール５ａを通じて上部電極３０と下部電極４とが電気的に接続されている。
【００８４】
上記第２実施形態のように上部電極３０を形成することにより、圧電膜５の上方に発生した電荷を中和することが可能となるが、上部電極３０と下部電極４との間が電気的に分離されているため、これらの間に電位差が発生する可能性がある。このため、角速度を測定するに際し、図１１に示す角速度センサ１の部分拡大断面図に示されるように、コンタクトホール５ａを通じて上部電極３０と下部電極４とを電気的に接続することで同電位とすることができ、これらの間に電位差が生じることを防止することができる。このため、上部電極３０と下部電極４との間に発生した電位差の影響によって圧電膜５の上下振動の変位量の低下を防止することができ、より角速度センサ１の高感度化を図ることができる。
【００８５】
また、本実施形態の場合、コンタクトホール５ａを圧電膜５のうち複数の摂動錘６それぞれと対応する位置に形成しているため、コンタクトホール５ａ内の上部電極３０の質量分も摂動錘６と同様に錘として寄与させることが可能となる。このため、より摂動錘６の上下振動の振幅を大きくでき、角速度センサ１の高感度化を図ることが可能となる。
【００８６】
次に、本実施形態の角速度センサ１の製造方法について説明する。図１２に、本実施形態の角速度センサ１の製造工程の断面図を示し、この図を参照して説明する。
【００８７】
まず、図１２（ａ）、（ｂ）に示す工程では、図４（ａ）、（ｂ）と同様の工程を行う。続いて、図１２（ｃ）に示す工程では、圧電膜５のうち複数の摂動錘６のそれぞれの形成予定位置にフォトリソグラフィ・エッチングによりコンタクトホール５ａを形成する。
【００８８】
次に、図１２（ｄ）に示す工程において上部電極３０を形成すると、上部電極３０の材料がコンタクトホール５ａまで入り込み、上部電極３０が下部電極４と電気的に接続される。そして、上部電極３０をパターニングしたのち、図１２（ｅ）に示す工程において図８（ｄ）と同様の工程を行い、摂動錘６や励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６をパターニングする。
【００８９】
この後は、ワイヤボンディングなどを行うことで、駆動電圧印加ラインやＧＮＤラインを形成したり、励振用ＩＤＴ７〜１０や検出用ＩＤＴ１３〜１６接続される配線等を形成することで、本実施形態の角速度センサ１が完成する。
【００９０】
（第３実施形態の変形例）
上記第３実施形態に関しても、第１実施形態の変形例で示したように、必要に応じて、図１３の角速度センサ１の断面図に示すように、圧電膜５の表面に層間絶縁膜２０を成膜し、この層間絶縁膜２０の表面に上部電極３０や摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成するようにしても良い。この場合、層間絶縁膜２０にもコンタクトホール２０ａを形成することで、上部電極３０と下部電極４との電気的な接続を図ることが可能となる。
【００９１】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態の角速度センサ１は、圧電膜５のうち電荷の発生により問題となる部分を除去して開口部としたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００９２】
図１４は、本実施形態の角速度センサ１を示したものであり、図１４（ａ）は、角速度センサ１の斜視図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【００９３】
本実施形態の角速度センサ１では、第１実施形態に対して、定在波が形成される領域、つまり摂動錘６が配置される領域において、圧電膜５を除去して開口部にしている。そして、圧電膜５の表面および圧電膜５から露出した下部電極４の表面、つまり圧電膜５の開口部に層間絶縁膜２０が形成されており、この層間絶縁膜２０の表面に、摂動錘６や励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６が形成されている。摂動錘６は、圧電膜５の開口部内に配置されている。
【００９４】
このような構成の角速度センサ１では、摂動錘６が形成された領域において圧電膜５を除去しているため、定在波により圧電膜５が上下振動させられたときに電荷が発生したとしても、摂動錘６の上下振動に影響を与えるものではない。このため、圧電膜５の上下に発生した電荷により、摂動錘６の上下振動の変位量が制限されてしまうことを抑制することが可能となる。
【００９５】
なお、本実施形態のように、摂動錘６が形成された領域において圧電膜５を除去した場合でも、定在波は下部電極４、シリコン酸化膜３やシリコン基板２の表面において形成されるため、摂動錘６を上下振動させることが可能であり、第１実施形態などと同様に角速度を測定することが可能である。
【００９６】
次に、本実施形態の角速度センサ１の製造方法について説明する。図１５に、本実施形態の角速度センサ１の製造工程の断面図を示し、この図を参照して説明する。
【００９７】
まず、図１５（ａ）、（ｂ）に示す工程では、図４（ａ）、（ｂ）と同様の工程を行う。続いて、図１５（ｃ）に示す工程では、フォトリソグラフィ・エッチングにより、摂動錘６の形成予定領域において圧電膜５を除去する。そして、圧電膜５および圧電膜５から露出した下部電極４の表面に絶縁膜として層間絶縁膜２０を成膜する。
【００９８】
次に、図１５（ｄ）に示す工程において図８（ｄ）と同様の工程を行い、摂動錘６や励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６をパターニングする。
【００９９】
この後は、ワイヤボンディングなどを行うことで、駆動電圧印加ラインやＧＮＤラインを形成したり、励振用ＩＤＴ７〜１０や検出用ＩＤＴ１３〜１６接続される配線等を形成することで、本実施形態の角速度センサ１が完成する。
【０１００】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、下部電極４を摂動錘６と対向する位置以外の場所、具体的には駆動電極となる励振用ＩＤＴ７〜１０と対向する位置にも備えることで、より摂動錘６の上下振動の振幅が大きくなるようにしたが、少なくとも摂動錘６と対向する位置に形成されていれば、上記効果を得ることができる。
【０１０１】
また、上記各実施形態では、駆動電極や検出器を櫛歯状の励振用ＩＤＴ７〜１０や検出用ＩＤＴ１３〜１６にて構成したが、駆動電極や検出器として機能するものであればどのような形状であっても構わない。また、駆動電極として複数の摂動錘６の一方側に配置された励振用ＩＤＴ７、８だけでなく、複数の摂動錘６の他方側に配置された励振用ＩＤＴ９、１０も備えた構成としている。これも単なる一例であり、少なくとも一方にのみ駆動電極が配置されていれば良い。
【０１０２】
また、上記各実施形態では、角速度センサ１を構成する各部の材料や膜厚等のサイズの一例を挙げて説明したが、ここで示した材料や膜厚は単なる一例であり、適宜変更可能である。特に、各部の膜厚等のサイズは、発生させたい定在波の波長等によって設定されるものであるため、角速度センサ１の仕様などにより変更されることになる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】（ａ）は、本発明の第１実施形態にかかる角速度センサ１の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図２】図１に示す角速度センサ１に対して角速度が印加された場合の摂動錘６などの様子を示した拡大模式図である。
【図３】図１に示す角速度センサ１の駆動中の様子を示した部分拡大断面図である。
【図４】図１に示す角速度センサ１の製造工程の断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の変形例で示す角速度センサ１の断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第２実施形態にかかる角速度センサ１の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図６に示す角速度センサ１の駆動中の様子を示した部分拡大断面図である。
【図８】図６に示す角速度センサ１の製造工程の断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態の変形例で示す角速度センサ１の断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態にかかる角速度センサ１の断面図である。
【図１１】図１０に示す角速度センサ１の駆動中の様子を示した部分拡大断面図である。
【図１２】図１０に示す角速度センサ１の製造工程の断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態の変形例で示す角速度センサ１の断面図である。
【図１４】（ａ）は、本発明の第４実施形態にかかる角速度センサ１の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図１５】図１４に示す角速度センサ１の製造工程の断面図である。
【図１６】従来の角速度センサのレイアウト図である。
【図１７】角速度センサの駆動用の櫛歯電極による定在波の振動分布と摂動マスとの関係とその角速度センサに発生するコリオリ力の説明図である。
【図１８】角速度センサの部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１…角速度センサ、２…シリコン基板、２ａ、２ｂ…トレンチ、
３…シリコン酸化膜、４…下部電極、５…圧電膜、６…摂動錘、６ａ…上部錘、
７〜１０…励振用ＩＤＴ、７ａ〜１０ａ…櫛歯部、７ｂ〜１０ｂ…連結部、
１１、１２…反射器、１３〜１６…検出用ＩＤＴ、１３ａ〜１６ａ…各櫛歯部、
１３ｂ〜１６ｂ…各連結部、２０…層間絶縁膜、３０…上部電極。
【図１】
2008026274.tif 000003
【図２】
2008026274.tif 000004
【図３】
2008026274.tif 000005
【図４】
2008026274.tif 000006
【図５】
2008026274.tif 000007
【図６】
2008026274.tif 000008
【図７】
2008026274.tif 000009
【図８】
2008026274.tif 000010
【図９】
2008026274.tif 000011
【図１０】
2008026274.tif 000012
【図１１】
2008026274.tif 000013
【図１２】
2008026274.tif 000014
【図１３】
2008026274.tif 000015
【図１４】
2008026274.tif 000016
【図１５】
2008026274.tif 000017
【図１６】
2008026274.tif 000018
【図１７】
2008026274.tif 000019
【図１８】
2008026274.tif 000020