(57)【要約】【課題】  小型で感度の高い、片持ち梁形状の振動子を有する振動型ジャイロセンサ素子とする。【解決手段】  単結晶シリコン基板上に薄膜形成プロセスにより形成された下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する片持ち梁形状の振動子１１が、上部電極として、振動子１１を振動させる電圧を印加する振動子１１の長手方向に形成された駆動電極６ａと、駆動電極６ａを挟む形で、駆動電極６ａと接触することなく平行に振動子１１の長手方向に形成された第１の検出電極６ｂ及び第２の検出電極６ｃとを有し、駆動電極６ａの幅をＷ０、第１の検出電極６ｂの幅をＷ１、第２の検出電極６ｃの幅をＷ２、Ｗ＝Ｗ０＋Ｗ１＋Ｗ２とした場合に、条件として、０．５＜（Ｗ０／Ｗ）＜１を満たすことで実現する。【選択図】図３５
2005291858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン基板上に薄膜形成プロセスにより形成された下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する片持ち梁形状の振動子を備え、上記圧電薄膜の圧電効果を利用して角速度を検出する振動型ジャイロセンサ素子であって、
上記振動子は、上記上部電極として、上記振動子を振動させる電圧を印加する上記振動子の長手方向に形成された駆動電極と、上記駆動電極を挟む形で、上記駆動電極と接触することなく平行に上記振動子の長手方向に形成された第１の検出電極及び第２の検出電極とを有し、
上記振動子の根元から上記駆動電極の重心位置までの距離をＬ１、上記振動子の根元から上記第１の検出電極の重心位置までの距離をＬ２、上記振動子の根元から上記第２の検出電極の重心位置までの距離を同じくＬ２とした場合に、以下に示す条件（１）を満たすこと
を特徴とする振動型ジャイロセンサ素子。
（１）０＜（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５
【請求項２】
さらに、以下に示す条件（２）を満たすこと
を特徴とする請求項１記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（２）０．１５≦（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５
【請求項３】
上記第１の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第１の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ１、上記第２の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第２の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ２、上記振動子の幅をＳとした場合に、以下に示す条件（３），（４）を満たすこと
を特徴とする請求項１記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（３）０＜（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５
（４）０＜（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５
【請求項４】
さらに、以下に示す条件（５），（６）を満たすこと
を特徴とする請求項３記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（５）０．０４≦（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５
（６）０．０４≦（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５
【請求項５】
上記駆動電極の幅をＷ０、上記第１の検出電極の幅をＷ１、上記第２の検出電極の幅をＷ２、Ｗ＝Ｗ０＋Ｗ１＋Ｗ２とした場合に、以下に示す条件（７）を満たすこと
を特徴とする請求項１記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（７）０．５＜（Ｗ０／Ｗ）＜１
【請求項６】
さらに、以下に示す条件（８）を満たすこと
を特徴とする請求項５記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（８）０．５＜（Ｗ０／Ｗ）≦０．９５
【請求項７】
下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する片持ち梁形状の振動子を備え、上記圧電薄膜の圧電効果を利用して角速度を検出する振動型ジャイロセンサ素子において、
一方主面及び他方主面の面方位が｛１００｝である単結晶シリコン基板の一方主面上に、｛１１０｝面に対して平行又は垂直な直線で構成された第１の開口部を有する第１の保護膜パターンを形成し、上記第１の開口部に対して上記振動子の厚みとなるまで結晶異方性エッチングを行い、
上記振動子の厚みとなるまで結晶異方性エッチングされた上記一方主面に対向する上記他方主面上の上記振動子となる領域に、上記下部電極、上記圧電薄膜、上記上部電極を順に積層して形成し、
上記下部電極、上記圧電薄膜、上記上部電極が形成された上記他方主面上に、上記｛１１０｝面に対して平行又は垂直な直線で構成され、上記振動子を上記片持ち梁形状とする空隙を型取った第２の開口部を有する第２の保護膜パターンを形成し、上記第２の開口部に対して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を行うことで形成された上記振動子を備え、
上記振動子は、上記上部電極として、上記振動子を振動させる電圧を印加する上記振動子の長手方向に形成された駆動電極と、上記駆動電極を挟む形で、上記駆動電極と接触することなく平行に上記振動子の長手方向に形成された第１の検出電極及び第２の検出電極とを有し、
上記振動子の根元から上記駆動電極の重心位置までの距離をＬ１、上記振動子の根元から上記第１の検出電極の重心位置までの距離をＬ２、上記振動子の根元から上記第２の検出電極の重心位置までの距離を同じくＬ２とした場合に、以下に示す条件（１）を満たすこと
を特徴とする振動型ジャイロセンサ素子。
（１）０＜（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５
但し、“｛  ｝”は、方向が異なる等価な面方位を総称して表すための記号である。
【請求項８】
さらに、以下に示す条件（２）を満たすこと
を特徴とする請求項７記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（２）０．１５≦（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５
【請求項９】
上記第１の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第１の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ１、上記第２の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第２の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ２、上記振動子の幅をＳとした場合に、以下に示す条件（３），（４）を満たすこと
を特徴とする請求項７記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（３）０＜（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５
（４）０＜（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５
【請求項１０】
さらに、以下に示す条件（５），（６）を満たすこと
を特徴とする請求項９記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（５）０．０４≦（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５
（６）０．０４≦（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５
【請求項１１】
上記駆動電極の幅をＷ０、上記第１の検出電極の幅をＷ１、上記第２の検出電極の幅をＷ２、Ｗ＝Ｗ０＋Ｗ１＋Ｗ２とした場合に、以下に示す条件（７）を満たすこと
を特徴とする請求項７記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（７）０．５＜（Ｗ０／Ｗ）＜１
【請求項１２】
さらに、以下に示す条件（８）を満たすこと
を特徴とする請求項１１記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（８）０．５＜（Ｗ０／Ｗ）≦０．９５
【請求項１３】
単結晶シリコン基板上に薄膜形成プロセスにより形成された下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する片持ち梁形状の振動子を備え、上記圧電薄膜の圧電効果を利用して角速度を検出する振動型ジャイロセンサ素子であって、
上記振動子は、上記上部電極として、上記振動子を振動させる電圧を印加する上記振動子の長手方向に形成された駆動電極と、上記駆動電極を挟む形で、上記駆動電極と接触することなく平行に上記振動子の長手方向に形成された第１の検出電極及び第２の検出電極とを有し、
上記第１の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第１の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ１、上記第２の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第２の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ２、上記振動子の幅をＳとした場合に、以下に示す条件（１），（２）を満たすこと
を特徴とする振動型ジャイロセンサ素子。
（１）０＜（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５
（２）０＜（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５
【請求項１４】
さらに、以下に示す条件（３），（４）を満たすこと
を特徴とする請求項１３記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（３）０．０４≦（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５
（４）０．０４≦（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５
【請求項１５】
上記振動子の根元から上記駆動電極の重心位置までの距離をＬ１、上記振動子の根元から上記第１の検出電極の重心位置までの距離をＬ２、上記振動子の根元から上記第２の検出電極の重心位置までの距離を同じくＬ２とした場合に、以下に示す条件（５）を満たすこと
を特徴とする請求項１３記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（５）０．１５≦（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５
【請求項１６】
上記駆動電極の幅をＷ０、上記第１の検出電極の幅をＷ１、上記第２の検出電極の幅をＷ２、Ｗ＝Ｗ０＋Ｗ１＋Ｗ２とした場合に、以下に示す条件（６）を満たすこと
を特徴とする請求項１３記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（６）０．５＜（Ｗ０／Ｗ）＜１
【請求項１７】
さらに、以下に示す条件（７）を満たすこと
を特徴とする請求項１６記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（７）０．５＜（Ｗ０／Ｗ）≦０．９５
【請求項１８】
下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する片持ち梁形状の振動子を備え、上記圧電薄膜の圧電効果を利用して角速度を検出する振動型ジャイロセンサ素子において、
一方主面及び他方主面の面方位が｛１００｝である単結晶シリコン基板の一方主面上に、｛１１０｝面に対して平行又は垂直な直線で構成された第１の開口部を有する第１の保護膜パターンを形成し、上記第１の開口部に対して上記振動子の厚みとなるまで結晶異方性エッチングを行い、
上記振動子の厚みとなるまで結晶異方性エッチングされた上記一方主面に対向する上記他方主面上の上記振動子となる領域に、上記下部電極、上記圧電薄膜、上記上部電極を順に積層して形成し、
上記下部電極、上記圧電薄膜、上記上部電極が形成された上記他方主面上に、上記｛１１０｝面に対して平行又は垂直な直線で構成され、上記振動子を上記片持ち梁形状とする空隙を型取った第２の開口部を有する第２の保護膜パターンを形成し、上記第２の開口部に対して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を行うことで形成された上記振動子を備え、
上記振動子は、上記上部電極として、上記振動子を振動させる電圧を印加する上記振動子の長手方向に形成された駆動電極と、上記駆動電極を挟む形で、上記駆動電極と接触することなく平行に上記振動子の長手方向に形成された第１の検出電極及び第２の検出電極とを有し、
上記第１の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第１の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ１、上記第２の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第２の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ２、上記振動子の幅をＳとした場合に、以下に示す条件（１），（２）を満たすこと
を特徴とする振動型ジャイロセンサ素子。
（１）０＜（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５
（２）０＜（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５
但し、“｛  ｝”は、方向が異なる等価な面方位を総称して表すための記号である。
【請求項１９】
さらに、以下に示す条件（３），（４）を満たすこと
を特徴とする請求項１８記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（３）０．０４≦（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５
（４）０．０４≦（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５
【請求項２０】
上記振動子の根元から上記駆動電極の重心位置までの距離をＬ１、上記振動子の根元から上記第１の検出電極の重心位置までの距離をＬ２、上記振動子の根元から上記第２の検出電極の重心位置までの距離を同じくＬ２とした場合に、以下に示す条件（５）を満たすこと
を特徴とする請求項１８記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（５）０．１５≦（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５
【請求項２１】
上記駆動電極の幅をＷ０、上記第１の検出電極の幅をＷ１、上記第２の検出電極の幅をＷ２、Ｗ＝Ｗ０＋Ｗ１＋Ｗ２とした場合に、以下に示す条件（６）を満たすこと
を特徴とする請求項１８記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（６）０．５＜（Ｗ０／Ｗ）＜１
【請求項２２】
さらに、以下に示す条件（７）を満たすこと
を特徴とする請求項２１記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（７）０．５＜（Ｗ０／Ｗ）≦０．９５
【請求項２３】
単結晶シリコン基板上に薄膜形成プロセスにより形成された下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する片持ち梁形状の振動子を備え、上記圧電薄膜の圧電効果を利用して角速度を検出する振動型ジャイロセンサ素子であって、
上記振動子は、上記上部電極として、上記振動子を振動させる電圧を印加する上記振動子の長手方向に形成された駆動電極と、上記駆動電極を挟む形で、上記駆動電極と接触することなく平行に上記振動子の長手方向に形成された第１の検出電極及び第２の検出電極とを有し、
上記駆動電極の幅をＷ０、上記第１の検出電極の幅をＷ１、上記第２の検出電極の幅をＷ２、Ｗ＝Ｗ０＋Ｗ１＋Ｗ２とした場合に、以下に示す条件（１）を満たすこと
を特徴とする振動型ジャイロセンサ素子。
（１）０．５＜（Ｗ０／Ｗ）＜１
【請求項２４】
さらに、以下に示す条件（２）を満たすこと
を特徴とする請求項２３記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（２）０．５＜（Ｗ０／Ｗ）≦０．９５
【請求項２５】
上記振動子の根元から上記駆動電極の重心位置までの距離をＬ１、上記振動子の根元から上記第１の検出電極の重心位置までの距離をＬ２、上記振動子の根元から上記第２の検出電極の重心位置までの距離を同じくＬ２とした場合に、以下に示す条件（３）を満たすこと
を特徴とする請求項２３記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（３）０．１５≦（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５
【請求項２６】
上記第１の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第１の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ１、上記第２の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第２の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ２、上記振動子の幅をＳとした場合に、以下に示す条件（４），（５）を満たすこと
を特徴とする請求項２３記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（４）０．０４≦（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５
（５）０．０４≦（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５
【請求項２７】
下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する片持ち梁形状の振動子を備え、上記圧電薄膜の圧電効果を利用して角速度を検出する振動型ジャイロセンサ素子において、
一方主面及び他方主面の面方位が｛１００｝である単結晶シリコン基板の一方主面上に、｛１１０｝面に対して平行又は垂直な直線で構成された第１の開口部を有する第１の保護膜パターンを形成し、上記第１の開口部に対して上記振動子の厚みとなるまで結晶異方性エッチングを行い、
上記振動子の厚みとなるまで結晶異方性エッチングされた上記一方主面に対向する上記他方主面上の上記振動子となる領域に、上記下部電極、上記圧電薄膜、上記上部電極を順に積層して形成し、
上記下部電極、上記圧電薄膜、上記上部電極が形成された上記他方主面上に、上記｛１１０｝面に対して平行又は垂直な直線で構成され、上記振動子を上記片持ち梁形状とする空隙を型取った第２の開口部を有する第２の保護膜パターンを形成し、上記第２の開口部に対して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を行うことで形成された上記振動子を備え、
上記振動子は、上記上部電極として、上記振動子を振動させる電圧を印加する上記振動子の長手方向に形成された駆動電極と、上記駆動電極を挟む形で、上記駆動電極と接触することなく平行に上記振動子の長手方向に形成された第１の検出電極及び第２の検出電極とを有し、
上記駆動電極の幅をＷ０、上記第１の検出電極の幅をＷ１、上記第２の検出電極の幅をＷ２、Ｗ＝Ｗ０＋Ｗ１＋Ｗ２とした場合に、以下に示す条件（１）を満たすこと
を特徴とする振動型ジャイロセンサ素子。
（１）０．５＜（Ｗ０／Ｗ）＜１
但し、“｛  ｝”は、方向が異なる等価な面方位を総称して表すための記号である。
【請求項２８】
さらに、以下に示す条件（２）を満たすこと
を特徴とする請求項２７記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（２）０．５＜（Ｗ０／Ｗ）≦０．９５
【請求項２９】
上記振動子の根元から上記駆動電極の重心位置までの距離をＬ１、上記振動子の根元から上記第１の検出電極の重心位置までの距離をＬ２、上記振動子の根元から上記第２の検出電極の重心位置までの距離を同じくＬ２とした場合に、以下に示す条件（３）を満たすこと
を特徴とする請求項２７記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（３）０．１５≦（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５
【請求項３０】
上記第１の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第１の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ１、上記第２の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第２の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ２、上記振動子の幅をＳとした場合に、以下に示す条件（４），（５）を満たすこと
を特徴とする請求項２７記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（４）０．０４≦（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５
（５）０．０４≦（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５
【請求項３１】
単結晶シリコン基板上に薄膜形成プロセスにより形成された下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する片持ち梁形状の振動子を備え、上記圧電薄膜の圧電効果を利用して角速度を検出する振動型ジャイロセンサ素子であって、
上記振動子は、上記上部電極として、上記振動子を振動させる電圧を印加する上記振動子の長手方向に形成された駆動電極と、上記駆動電極を挟む形で、上記駆動電極と接触することなく平行に上記振動子の長手方向に形成された第１の検出電極及び第２の検出電極とを有し、
上記駆動電極の幅をＷ０、上記第１の検出電極の幅をＷ１、上記第２の検出電極の幅をＷ２、Ｗ＝Ｗ０＋Ｗ１＋Ｗ２とし、
上記振動子の根元から上記駆動電極の重心位置までの距離をＬ１、上記振動子の根元から上記第１の検出電極の重心位置までの距離及び上記振動子の根元から上記第２の検出電極の重心位置までの距離をＬ２とし、
上記第１の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第１の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ１、上記第２の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第２の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ２、上記振動子の幅をＳとした場合に、以下に示す条件（１）〜（４）を満たすこと
を特徴とする振動型ジャイロセンサ素子。
（１）０＜（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５
（２）０＜（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５
（３）０＜（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５
（４）０．５＜（Ｗ０／Ｗ）＜１
【請求項３２】
さらに、以下に示す条件（５）を満たすこと
を特徴とする請求項３１記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（５）０．１５≦（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５
【請求項３３】
さらに、以下に示す条件（６），（７）を満たすこと
を特徴とする請求項３１記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（６）０．０４≦（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５
（７）０．０４≦（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５
【請求項３４】
さらに、以下に示す条件（８）を満たすこと
を特徴とする請求項３１記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（８）０．５＜（Ｗ０／Ｗ）≦０．９５
【請求項３５】
下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する片持ち梁形状の振動子を備え、上記圧電薄膜の圧電効果を利用して角速度を検出する振動型ジャイロセンサ素子において、
一方主面及び他方主面の面方位が｛１００｝である単結晶シリコン基板の一方主面上に、｛１１０｝面に対して平行又は垂直な直線で構成された第１の開口部を有する第１の保護膜パターンを形成し、上記第１の開口部に対して上記振動子の厚みとなるまで結晶異方性エッチングを行い、
上記振動子の厚みとなるまで結晶異方性エッチングされた上記一方主面に対向する上記他方主面上の上記振動子となる領域に、上記下部電極、上記圧電薄膜、上記上部電極を順に積層して形成し、
上記下部電極、上記圧電薄膜、上記上部電極が形成された上記他方主面上に、上記｛１１０｝面に対して平行又は垂直な直線で構成され、上記振動子を上記片持ち梁形状とする空隙を型取った第２の開口部を有する第２の保護膜パターンを形成し、上記第２の開口部に対して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を行うことで形成された上記振動子を備え、
上記振動子は、上記上部電極として、上記振動子を振動させる電圧を印加する上記振動子の長手方向に形成された駆動電極と、上記駆動電極を挟む形で、上記駆動電極と接触することなく平行に上記振動子の長手方向に形成された第１の検出電極及び第２の検出電極とを有し、
上記駆動電極の幅をＷ０、上記第１の検出電極の幅をＷ１、上記第２の検出電極の幅をＷ２、Ｗ＝Ｗ０＋Ｗ１＋Ｗ２とし、
上記振動子の根元から上記駆動電極の重心位置までの距離をＬ１、上記振動子の根元から上記第１の検出電極の重心位置までの距離及び上記振動子の根元から上記第２の検出電極の重心位置までの距離をＬ２とし、
上記第１の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第１の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ１、上記第２の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第２の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ２、上記振動子の幅をＳとした場合に、以下に示す条件（１）〜（４）を満たすこと
を特徴とする振動型ジャイロセンサ素子。
（１）０＜（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５
（２）０＜（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５
（３）０＜（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５
（４）０．５＜（Ｗ０／Ｗ）＜１
【請求項３６】
さらに、以下に示す条件（５）を満たすこと
を特徴とする請求項３５記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（５）０．１５≦（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５
【請求項３７】
さらに、以下に示す条件（６），（７）を満たすこと
を特徴とする請求項３５記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（６）０．０４≦（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５
（７）０．０４≦（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５
【請求項３８】
さらに、以下に示す条件（８）を満たすこと
を特徴とする請求項３５記載の振動型ジャイロセンサ素子。
（８）０．５＜（Ｗ０／Ｗ）≦０．９５
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ビデオカメラの手振れ検知や、バーチャルリアリティ装置における動作検知や、カーナビゲーションシステムにおける方向検知などに用いられる角速度センサに関し、詳しくは、片持ち梁の振動子を有する小型の振動型ジャイロセンサ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、民生用の角速度センサとしては、片持ち梁の振動子を所定の共振周波数で振動させておき、角速度の影響によって生じるコリオリ力を圧電素子などで検出することによって角速度を検出する、いわゆる振動型のジャイロセンサ（以下、振動型ジャイロセンサと呼ぶ。）が、広く使用されている。
【０００３】
振動型ジャイロセンサは、単純な機構、短い起動時間、安価で製造可能といった利点を有しており、例えば、ビデオカメラ、バーチャルリアリティ装置、カーナビゲーションシステムなどの電子機器に搭載され、それぞれ手振れ検知、動作検知、方向検知などをする際のセンサとして活用されている。
【０００４】
振動型ジャイロセンサは、搭載される電子機器の小型化、高性能化に伴い、小型化、高性能化が要求されている。例えば、電子機器の多機能化のため、他の用途で用いる各種センサと組み合わせて、振動型ジャイロセンサを一基板上に搭載させ、小型化を図るといった要請がある。
【０００５】
ところが、振動型ジャイロセンサは、圧電材料を機械加工によって切り出し、整形をすることで振動子を作製していたため、上述したような小型化を行うのに加工精度に限界があり、所望の性能を得ることができないといった問題があった。
【０００６】
そこで、振動子を、単結晶シリコン基板上に圧電材料で薄膜を形成することで作製し、小型化した圧電振動角速度計、つまり振動型ジャイロセンサが考案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。また、シリコン加工プロセスによって形成された片持ち梁の振動子をし、この振動子の長手方向に駆動電極と、駆動電極を挟む形で駆動電極と接触することなく平行に一対の検出電極とが形成された振動型ジャイロセンサが考案されている。（例えば、特許文献３参照。）。
【０００７】
このような振動型ジャイロセンサにおいては、より高い感度で角速度を検出することが要求されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２６１７６３号公報
【特許文献２】特開平８−３２７３６４号公報
【特許文献３】特開平７−１１３６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、上述したような従来の技術を鑑みて案出されたものであり、駆動電極の幅、駆動電極の長さ、検出電極の振動子上の位置を規定することで、感度を向上させた振動型ジャイロセンサ素子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】
【００１０】
上述の目的を達成するために、本発明に係る振動型ジャイロセンサ素子は、単結晶シリコン基板上に薄膜形成プロセスにより形成された下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する片持ち梁形状の振動子を備え、上記圧電薄膜の圧電効果を利用して角速度を検出する振動型ジャイロセンサ素子であって、上記振動子は、上記上部電極として、上記振動子を振動させる電圧を印加する上記振動子の長手方向に形成された駆動電極と、上記駆動電極を挟む形で、上記駆動電極と接触することなく平行に上記振動子の長手方向に形成された第１の検出電極及び第２の検出電極とを有する。
【００１１】
そして、上記振動子の根元から上記駆動電極の重心位置までの距離をＬ１、上記振動子の根元から上記第１の検出電極の重心位置までの距離をＬ２、上記振動子の根元から上記第２の検出電極の重心位置までの距離を同じくＬ２とした場合に、条件として、０＜（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５を満たす。
【００１２】
上述の目的を達成するために、本発明に係る振動型ジャイロセンサ素子は、下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する片持ち梁形状の振動子を備え、上記圧電薄膜の圧電効果を利用して角速度を検出する振動型ジャイロセンサ素子において、一方主面及び他方主面の面方位が｛１００｝である単結晶シリコン基板の一方主面上に、｛１１０｝面に対して平行又は垂直な直線で構成された第１の開口部を有する第１の保護膜パターンを形成し、上記第１の開口部に対して上記振動子の厚みとなるまで結晶異方性エッチングを行い、上記振動子の厚みとなるまで結晶異方性エッチングされた上記一方主面に対向する上記他方主面上の上記振動子となる領域に、上記下部電極、上記圧電薄膜、上記上部電極を順に積層して形成し、上記下部電極、上記圧電薄膜、上記上部電極が形成された上記他方主面上に、上記｛１１０｝面に対して平行又は垂直な直線で構成され、上記振動子を上記片持ち梁形状とする空隙を型取った第２の開口部を有する第２の保護膜パターンを形成し、上記第２の開口部に対して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を行うことで形成された上記振動子を備え、上記振動子は、上記上部電極として、上記振動子を振動させる電圧を印加する上記振動子の長手方向に形成された駆動電極と、上記駆動電極を挟む形で、上記駆動電極と接触することなく平行に上記振動子の長手方向に形成された第１の検出電極及び第２の検出電極とを有する。
【００１３】
そして、上記振動子の根元から上記駆動電極の重心位置までの距離をＬ１、上記振動子の根元から上記第１の検出電極の重心位置までの距離をＬ２、上記振動子の根元から上記第２の検出電極の重心位置までの距離を同じくＬ２とした場合に、条件として、０＜（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５を満たす。但し、“｛  ｝”は、方向が異なる等価な面方位を総称して表すための記号である。
【００１４】
上述の目的を達成するために、本発明に係る振動型ジャイロセンサ素子は、単結晶シリコン基板上に薄膜形成プロセスにより形成された下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する片持ち梁形状の振動子を備え、上記圧電薄膜の圧電効果を利用して角速度を検出する振動型ジャイロセンサ素子であって、上記振動子は、上記上部電極として、上記振動子を振動させる電圧を印加する上記振動子の長手方向に形成された駆動電極と、上記駆動電極を挟む形で、上記駆動電極と接触することなく平行に上記振動子の長手方向に形成された第１の検出電極及び第２の検出電極とを有する。
【００１５】
そして、上記第１の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第１の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ１、上記第２の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第２の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ２、上記振動子の幅をＳとした場合に、条件として、０＜（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５、０＜（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５を満たす。
【００１６】
上述の目的を達成するために、本発明に係る振動型ジャイロセンサ素子は、下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する片持ち梁形状の振動子を備え、上記圧電薄膜の圧電効果を利用して角速度を検出する振動型ジャイロセンサ素子において、一方主面及び他方主面の面方位が｛１００｝である単結晶シリコン基板の一方主面上に、｛１１０｝面に対して平行又は垂直な直線で構成された第１の開口部を有する第１の保護膜パターンを形成し、上記第１の開口部に対して上記振動子の厚みとなるまで結晶異方性エッチングを行い、上記振動子の厚みとなるまで結晶異方性エッチングされた上記一方主面に対向する上記他方主面上の上記振動子となる領域に、上記下部電極、上記圧電薄膜、上記上部電極を順に積層して形成し、上記下部電極、上記圧電薄膜、上記上部電極が形成された上記他方主面上に、上記｛１１０｝面に対して平行又は垂直な直線で構成され、上記振動子を上記片持ち梁形状とする空隙を型取った第２の開口部を有する第２の保護膜パターンを形成し、上記第２の開口部に対して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を行うことで形成された上記振動子を備え、上記振動子は、上記上部電極として、上記振動子を振動させる電圧を印加する上記振動子の長手方向に形成された駆動電極と、上記駆動電極を挟む形で、上記駆動電極と接触することなく平行に上記振動子の長手方向に形成された第１の検出電極及び第２の検出電極とを有する。
【００１７】
そして、上記第１の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第１の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ１、上記第２の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第２の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ２、上記振動子の幅をＳとした場合に、条件として、０＜（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５、０＜（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５を満たす。但し、“｛  ｝”は、方向が異なる等価な面方位を総称して表すための記号である。
【００１８】
上述の目的を達成するために、本発明に係る振動型ジャイロセンサ素子は、単結晶シリコン基板上に薄膜形成プロセスにより形成された下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する片持ち梁形状の振動子を備え、上記圧電薄膜の圧電効果を利用して角速度を検出する振動型ジャイロセンサ素子であって、上記振動子は、上記上部電極として、上記振動子を振動させる電圧を印加する上記振動子の長手方向に形成された駆動電極と、上記駆動電極を挟む形で、上記駆動電極と接触することなく平行に上記振動子の長手方向に形成された第１の検出電極及び第２の検出電極とを有する。
【００１９】
そして、上記駆動電極の幅をＷ０、上記第１の検出電極の幅をＷ１、上記第２の検出電極の幅をＷ２、Ｗ＝Ｗ０＋Ｗ１＋Ｗ２とした場合に、条件として、０．５＜（Ｗ０／Ｗ）＜１を満たす。
【００２０】
上述の目的を達成するために、本発明に係る振動型ジャイロセンサ素子は、下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する片持ち梁形状の振動子を備え、上記圧電薄膜の圧電効果を利用して角速度を検出する振動型ジャイロセンサ素子において、一方主面及び他方主面の面方位が｛１００｝である単結晶シリコン基板の一方主面上に、｛１１０｝面に対して平行又は垂直な直線で構成された第１の開口部を有する第１の保護膜パターンを形成し、上記第１の開口部に対して上記振動子の厚みとなるまで結晶異方性エッチングを行い、上記振動子の厚みとなるまで結晶異方性エッチングされた上記一方主面に対向する上記他方主面上の上記振動子となる領域に、上記下部電極、上記圧電薄膜、上記上部電極を順に積層して形成し、上記下部電極、上記圧電薄膜、上記上部電極が形成された上記他方主面上に、上記｛１１０｝面に対して平行又は垂直な直線で構成され、上記振動子を上記片持ち梁形状とする空隙を型取った第２の開口部を有する第２の保護膜パターンを形成し、上記第２の開口部に対して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を行うことで形成された上記振動子を備え、上記振動子は、上記上部電極として、上記振動子を振動させる電圧を印加する上記振動子の長手方向に形成された駆動電極と、上記駆動電極を挟む形で、上記駆動電極と接触することなく平行に上記振動子の長手方向に形成された第１の検出電極及び第２の検出電極とを有する。
【００２１】
そして、上記駆動電極の幅をＷ０、上記第１の検出電極の幅をＷ１、上記第２の検出電極の幅をＷ２、Ｗ＝Ｗ０＋Ｗ１＋Ｗ２とした場合に、条件として、０．５＜（Ｗ０／Ｗ）＜１を満たす。但し、“｛  ｝”は、方向が異なる等価な面方位を総称して表すための記号である。
【００２２】
上述の目的を達成するために、本発明に係る振動型ジャイロセンサ素子は、単結晶シリコン基板上に薄膜形成プロセスにより形成された下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する片持ち梁形状の振動子を備え、上記圧電薄膜の圧電効果を利用して角速度を検出する振動型ジャイロセンサ素子であって、上記振動子は、上記上部電極として、上記振動子を振動させる電圧を印加する上記振動子の長手方向に形成された駆動電極と、上記駆動電極を挟む形で、上記駆動電極と接触することなく平行に上記振動子の長手方向に形成された第１の検出電極及び第２の検出電極とを有する。
【００２３】
そして、上記駆動電極の幅をＷ０、上記第１の検出電極の幅をＷ１、上記第２の検出電極の幅をＷ２、Ｗ＝Ｗ０＋Ｗ１＋Ｗ２とし、上記振動子の根元から上記駆動電極の重心位置までの距離をＬ１、上記振動子の根元から上記第１の検出電極の重心位置までの距離及び上記振動子の根元から上記第２の検出電極の重心位置までの距離をＬ２とし、上記第１の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第１の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ１、上記第２の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第２の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ２、上記振動子の幅をＳとした場合に、条件として、０＜（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５、０＜（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５、０＜（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５、０．５＜（Ｗ０／Ｗ）＜１を満たす。
【００２４】
上述の目的を達成するために、本発明に係る振動型ジャイロセンサ素子は、下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する片持ち梁形状の振動子を備え、上記圧電薄膜の圧電効果を利用して角速度を検出する振動型ジャイロセンサ素子において、一方主面及び他方主面の面方位が｛１００｝である単結晶シリコン基板の一方主面上に、｛１１０｝面に対して平行又は垂直な直線で構成された第１の開口部を有する第１の保護膜パターンを形成し、上記第１の開口部に対して上記振動子の厚みとなるまで結晶異方性エッチングを行い、上記振動子の厚みとなるまで結晶異方性エッチングされた上記一方主面に対向する上記他方主面上の上記振動子となる領域に、上記下部電極、上記圧電薄膜、上記上部電極を順に積層して形成し、上記下部電極、上記圧電薄膜、上記上部電極が形成された上記他方主面上に、上記｛１１０｝面に対して平行又は垂直な直線で構成され、上記振動子を上記片持ち梁形状とする空隙を型取った第２の開口部を有する第２の保護膜パターンを形成し、上記第２の開口部に対して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を行うことで形成された上記振動子を備え、上記振動子は、上記上部電極として、上記振動子を振動させる電圧を印加する上記振動子の長手方向に形成された駆動電極と、上記駆動電極を挟む形で、上記駆動電極と接触することなく平行に上記振動子の長手方向に形成された第１の検出電極及び第２の検出電極とを有する。
【００２５】
そして、上記駆動電極の幅をＷ０、上記第１の検出電極の幅をＷ１、上記第２の検出電極の幅をＷ２、Ｗ＝Ｗ０＋Ｗ１＋Ｗ２とし、上記振動子の根元から上記駆動電極の重心位置までの距離をＬ１、上記振動子の根元から上記第１の検出電極の重心位置までの距離及び上記振動子の根元から上記第２の検出電極の重心位置までの距離をＬ２とし、上記第１の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第１の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ１、上記第２の検出電極が形成されている側の上記振動子の側壁面から、上記第２の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ２、上記振動子の幅をＳとした場合に、条件として０＜（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５、０＜（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５、０＜（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５、０．５＜（Ｗ０／Ｗ）＜１を満たす。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、駆動電極の幅をＷ０、第１の検出電極の幅をＷ１、第２の検出電極の幅をＷ２、Ｗ＝Ｗ０＋Ｗ１＋Ｗ２とし、振動子の根元から駆動電極の重心位置までの距離をＬ１、振動子の根元から第１の検出電極の重心位置までの距離及び上記振動子の根元から第２の検出電極の重心位置までの距離をＬ２とし、第１の検出電極が形成されている側の振動子の側壁面から、第１の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ１、第２の検出電極が形成されている側の振動子の側壁面から、第２の検出電極の幅方向の中心位置までの最短距離をＰ２、振動子の幅をＳとした場合に、以下に示す条件（１）０＜（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５、（２）０＜（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５、（３）０＜（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５、（４）０．５＜（Ｗ０／Ｗ）＜１を単独で、あるいは、任意に組み合わせて満たしている。
【００２７】
このように、駆動電極の幅、第１の検出電極及び第２の検出電極の長さ、第１の検出電極及び第２の検出電極の振動子上の位置を規定することで、振動子の振動量が増し、検出信号の信号レベルが高くなり、検出効率を上げることができるため、非常に感度の高い振動型ジャイロセンサ素子とすることを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る振動型ジャイロセンサ素子を実施するための最良の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明を適用した角速度センサ５０が備える振動型ジャイロセンサ素子１０の外観斜視図であり、図２は、角速度センサ５０の回路構成の一例を示した図である。なお、説明のため、図１に示す振動型ジャイロセンサ素子１０は、一部を透過して示している。
【００３０】
図１に示すように、振動型ジャイロセンサ素子１０は、いわゆる片持ち梁の振動子１１を備えている。振動子１１は、シリコン単結晶基板から切り出される厚みｔ１、長さｔ２、幅ｔ３の素子から振動子１１の周囲に周囲空間１２を設けることで他端が固定された梁として形成される。振動子１１は、長手方向と垂直な方向にｔ７ｂ及びｔ７ｃの空間幅、長手方向にｔ７ａの空間幅が確保される。なお、ｔ７ｂと、ｔ７ｃとは、同じ長さである。
【００３１】
このような振動子１１は、長手方向に対して垂直な平面で切断したときの断面形状が直角四辺形となる四角柱状に形成されている。
【００３２】
振動型ジャイロセンサ素子１０の大きさは、例えば、上述したように素子の厚みをｔ１、素子の長さをｔ２、素子の幅をｔ３とすると、ｔ１＝３００μｍ、ｔ２＝３ｍｍ、ｔ３＝１ｍｍとすることができる。また、この時の振動子１１の大きさは、図３に示すように振動子の厚みをｔ４、振動子の長さをｔ５、振動子の幅をｔ６とすると、例えば、ｔ４＝１００μｍ、ｔ５＝２．５ｍｍ、ｔ６＝１００μｍとすることができる。
【００３３】
図４に、振動型ジャイロセンサ素子１０の平面図を示す。図４に示すように、振動子１１の上部には、基準電極４ａ、圧電体５ａが順に積層され、さらに圧電体５ａ上に駆動電極６ａと、駆動電極６ａを挟む形で一対の検出電極６ｂ，６ｃとが、振動子１１の長手方向に沿って互いに平行に、且つ接触しないように形成されている。駆動電極６ａ，検出電極６ｂ，６ｃ、基準電極４ａには、それぞれ配線接続端子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが設けられている。
【００３４】
圧電体５ａは、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミックスや、水晶、ＬａＴａＯ３などの圧電単結晶などからなる薄膜である。
【００３５】
このような、振動型ジャイロセンサ素子１０は、図２に示すＩＣ回路４０に接続されることで動作し、角速度に応じて発生するコリオリ力を検出する角速度センサ５０として機能する。
【００３６】
ＩＣ回路４０は、加算回路４１と、増幅回路４２と、移相回路４３と、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）４４と、差動増幅回路４５と、同期検波回路４６と、平滑回路４７とを備えている。
【００３７】
振動型ジャイロセンサ素子１０の１対の検出電極６ｂ，６ｃは、それぞれ配線接続端子Ｂ，Ｃを介して、加算回路４１と、差動増幅回路４５に接続される。また、振動型ジャイロセンサ素子１０の駆動電極６ａは、配線接続端子Ａを介して、ＡＧＣ４４の出力端と接続される。
【００３８】
角速度センサ５０では、加算回路４１、増幅回路４２、移相回路４３、ＡＧＣ４４及び振動型ジャイロセンサ素子１０によっていわゆる移相発振回路が構成されており、この移相発振回路によって振動型ジャイロセンサ素子１０の基準電極４ａ、駆動電極６ａ間に電圧が印加され振動子１１を自励振動させる。振動子１１の振動方向は、当該振動子１１の厚み方向となる。
【００３９】
また、角速度センサ５０では、１対の検出電極６ｂ，６ｃが配線接続端子Ｂ，Ｃを介して接続された加算回路４１、差動増幅回路４５の出力端が、同期検波回路４６に接続され、この同期検波回路４６が平滑回路４７に接続されており、これらと、圧電体５ａとで、振動子１１の角速度を検出する検出部として機能する。
【００４０】
すなわち、図２に示す角速度センサ５０では、振動型ジャイロセンサ素子１０の振動子１１を上述した移相発振回路で自励振動させている際に、振動子１１の長手方向に角速度が加えられることで振動方向に垂直な方向に発生するコリオリ力を、圧電体５ａで検出し、検出電極６ｂ，６ｃから互いに逆極性の信号として出力し、差動増幅回路４５に入力する。差動増幅回路４５にて増幅された出力は、同期検波回路４６に入力され、同期検波が行われる。このとき、同期検波回路４６には、同期検波を行うために、加算器４１からの出力が同期信号として供給される。そして、同期検波回路４６からの出力が、平滑回路４７を介して、振動子１１に生じたコリオリ力を検出することにより得られた直流信号である角速度信号として出力される。
【００４１】
以上のように、角速度センサ５０では、圧電体５ａを用いて振動子１１を振動させるとともに、振動子１１に生じるコリオリ力を圧電体５ａによって検出し、この圧電体５ａによって検出されたコリオリ力に基づいて角速度を検出することができる。
＜実施例＞
続いて、実施例として、上述した振動型ジャイロセンサ素子１０を実際に作製し、その製造方法について説明をする。
【００４２】
上述したように、図１に示した振動型ジャイロセンサ素子１０は、単結晶シリコン基板を加工することで形成される。
【００４３】
図５は、振動型ジャイロセンサ素子１０を形成する際に用いる単結晶シリコン基板１の平面図であり、図６は、図５に示す単結晶シリコン基板１をＸＸ線で切断した断面図である。上記単結晶シリコン基板１の一方主面１Ｂ、他方主面１Ａは、熱酸化されて、後述する結晶異方性エッチング時の保護膜とするＳｉＯ２膜が形成されている。
【００４４】
振動型ジャイロセンサ素子１０で使用する単結晶シリコン基板１は、図５に示すように、当該単結晶シリコン基板１の一方主面１Ｂの面方位が｛１００｝、図６に示すように側面１Ｃの面方位が｛１１０｝となるように切り出されている。なお、他方主面１Ａは一方主面１Ｂと平行であるため、他方主面１Ａの面方位も｛１００｝となっている。
【００４５】
但し、“｛  ｝”は、方向が異なる等価な面方位を総称して表すための記号であり、例えば、｛１００｝は、（１００），（０１０），（００１）などを総称しているものとする。
【００４６】
このように結晶面方位を規定して切り出される単結晶シリコン基板１の大きさは、加工プロセスのラインに設けられた装置に応じて任意に設定される。例えば、本実施例では、縦×横が３ｃｍ×３ｃｍ角の単結晶シリコン基板１を用いている。
【００４７】
また、単結晶シリコン基板１の厚みは、作業性や、当該基板の値段により決定されるが、少なくとも振動型ジャイロセンサ素子１０に形成する振動子１１の厚み以上であればよい。例えば、本実施例では、図３を用いて示したように振動子１１の厚みｔ４を１００μｍとしているので、単結晶シリコン基板１の厚みを３倍の３００μｍとしている。
【００４８】
図６に示すように、単結晶シリコン基板１の他方主面１Ａ及び一方主面１Ｂには、熱酸化することでＳｉＯ２膜である熱酸化膜２Ａ，２Ｂを形成する。この熱酸化膜２Ａ，２Ｂは、後述する結晶異方性エッチングを行う際の保護膜として機能する。熱酸化膜２Ａ，２Ｂの厚みは、任意であるが、本実施例では、０．１μｍとしている。また、本実施例で用いる、単結晶シリコン基板１は、伝導型としてＮ型を採用しているが、任意に決めることができる。
【００４９】
なお、以下の説明において、単結晶シリコン基板１において、熱酸化膜２Ａが形成された他方主面１Ａ側を表面とし、熱酸化膜２Ｂが形成された一方主面１Ｂ側を裏面とする。
【００５０】
このような単結晶シリコン基板１を用いて、まず、当該単結晶シリコン基板１の裏面において、結晶異方性エッチングを行う個所に形成されている熱酸化膜２Ｂをフォトエッチングにより除去する。
【００５１】
フォトエッチングは、熱酸化膜２Ｂ上に、上記除去する個所が開口したレジスト膜パターンを形成する工程（フォトリソグラフィー）と、上記パターンを用いて熱酸化膜２Ｂを除去する工程（エッチング）とに大別される。
【００５２】
図７は、単結晶シリコン基板１の熱酸化膜２Ｂ上にレジスト膜パターン３が形成された様子を示した平面図であり、図８は、図７で示す単結晶シリコン基板１をＸＸ線で切断した際の断面図である。
【００５３】
図７に示すように、熱酸化膜２Ｂ上に形成されたレジスト膜パターン３は、｛１１０｝面と垂直な方向の長さをｔ８とし、｛１１０｝面と平行な方向の長さをｔ９とするｔ８×ｔ９のサイズ長方形状をした開口部３ａが所定の間隔を持って規則的に配列されたパターンとなっている。本実施例では、３×５個の開口部３ａが形成されたパターンとしている。開口部３ａの、それぞれが１つの振動型ジャイロセンサ素子１０となる。
【００５４】
このレジスト膜パターン３は、半導体加工プロセスで利用されているフォトリソグラフィーと全く同様にして、熱酸化膜２Ｂ上をマイクロ波で加熱して水分を除去するプレベーキングを行ってから、感光性樹脂であるフォトレジスト膜を塗布し、上記開口部３ａを形成するための上記パターンが形成されたマスクをフォトレジスト膜に露光し、現像をするという工程を経ることで形成される。
【００５５】
開口部３ａの大きさを決めるｔ８、ｔ９は、振動型ジャイロセンサ素子１０の振動子１１の形状と、単結晶シリコン基板１０の厚みｔ１、図１で示した振動子の空間幅ｔ７ａ，ｔ７ｂ，ｔ７ｃによって決定される。なお、ｔ８，ｔ９の具体的な数値については、後で詳細に説明をする。
【００５６】
このようにして、図８に示すように、単結晶シリコン基板１の熱酸化膜２Ｂ上には、レジスト膜パターン３が形成されることになる。
【００５７】
続いて、レジスト膜パターン３によって形成された開口部３ａの熱酸化膜２Ｂをエッチングにより除去する。図９は、レジスト膜パターン３によって形成された開口部３ａの個所の熱酸化膜２Ｂのみが除去された単結晶シリコン基板１の様子を示した平面図であり、図１０は、図９で示す単結晶シリコン基板１をＸＸ線で切断した際の断面図である。
【００５８】
熱酸化膜２Ｂの除去する場合のエッチングは、イオンエッチング等の物理的エッチングでもよいし、湿式エッチングでもよいが、単結晶シリコン基板１の界面の平滑性を考慮すると熱酸化膜２Ｂのみが除去される湿式エッチングが好適である。
【００５９】
本実施例では、湿式エッチングの薬液としてフッ化アンモニウムを用いた。ただし、湿式エッチングの場合、長時間エッチングを行うと開口部分の側面からエッチングが進行する、いわゆるサイドエッチングが大きくなるため、熱酸化膜２Ｂの開口部分３ａのみが除去された時点で終了するようエッチング時間を正確に制御する。
【００６０】
このようにして、レジスト膜パターン３の開口部３ａに位置する熱酸化膜２Ｂは、図１０に示すように除去される。
【００６１】
続いて、上述したエッチングにより、熱酸化膜２Ｂが除去されることで、レジスト膜パターン３の開口部３ａと同じ大きさのｔ８×ｔ９の開口部２Ｂａで｛１００｝面が露出した単結晶シリコン基板１に対して、湿式エッチングを施し、単結晶シリコン基板１の厚みを振動子１１の厚みであるｔ４まで削り取る。
【００６２】
図１１は、単結晶シリコン基板１において、熱酸化膜２Ｂが除去され、｛１００｝面が露出したｔ８×ｔ９の大きさの開口部２Ｂａのみがエッチングされた様子を示した平面図であり、図１２は、図１１で示す単結晶シリコン基板１をＸＸ線で切断した際の断面図である。また、図１３は、図１２に示す領域Ａを拡大して示した図である。
【００６３】
ここで、単結晶シリコン基板１に対して施される湿式エッチングは、結晶方向にエッチング速度が依存する性質を利用した結晶異方性エッチングである。熱酸化膜２Ｂが除去され、｛１００｝面が露出した上記開口部２Ｂａに対して、結晶異方性エッチングをすると、図１３に示すように｛１００｝面に対して約５５度の角度の面方位となる｛１１１｝面が現れ、振動子１１の厚みであるｔ４分を確保するようにエッチングを終了することで、いわゆるダイヤフラム形状となる。
【００６４】
一般に、単結晶シリコンは、その結晶構造から、｛１１１｝面が、｛１００｝面に較べ、非常にエッチングされにくいという結晶方向に対するエッチング速度依存性がある。具体的には、単結晶シリコンの｛１００｝面のエッチング速度は、｛１１１｝面のエッチング速度の２００倍程度となっている。
【００６５】
単結晶シリコンに対して結晶異方性エッチングを施す際に使用可能なエッチング液は、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、ＫＯＨ（水酸化カリウム）、ＥＤＰ（エチレンジアミン-ピロカテコール-水）、ヒトラジンなどである。
【００６６】
本実施例では、エッチング液として熱酸化膜２Ａと、熱酸化膜２Ｂとのエッチングレートの選択比がより大きくなるＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）２０％溶液を使用した。エッチング時には、エッチング液を攪拌しながら温度を８０℃に保ち、６時間かけてダイヤフラムの深さｔ１０が２００μｍ、つまりエッチングすることで残る単結晶シリコン基板１の厚みｔ１１が、振動子１１の厚みｔ４と同じ、１００μｍとなるまでエッチングした。
【００６７】
ここで、結晶異方性エッチングを施すために、図７を用いて説明したレジスト膜パターン３によって形成した開口部３ａのサイズを規定するｔ８、ｔ９の数値について具体的に説明をする。
【００６８】
開口部３ａの幅ｔ９、つまりエッチング後のダイヤフラムの幅は、図１３に示すようにｔ９＝ｔ９ａ＋ｔ９ｂ＋ｔ９ｃとなっている。
【００６９】
ｔ９ｃは、図３で示した振動子１１の幅ｔ６と、図１で示した振動子１１の周辺に形成する周囲空間１２の空間幅ｔ７ｂ、ｔ７ｃを用いて、ｔ９ｃ＝ｔ６＋ｔ７ｂ＋ｔ７ｃと表すことができる。
【００７０】
また、ｔ９ａ，ｔ９ｂは、それぞれ同じ長さであり、図１３に示すように、結晶異方性エッチングを施した際に現れる｛１１１｝面と、単結晶シリコン基板１の裏面である｛１００｝面とが５５度の角度をなしていることから、ダイヤフラムの深さｔ１０を用いてｔ９ａ＝ｔ９ｂ＝ｔ１０×１／ｔａｎ５５°と表すことができる。
【００７１】
したがって、開口部３ａの幅ｔ９は、ｔ９＝｛ｔ１０×１／ｔａｎ５５°｝×２＋（ｔ６＋ｔ７ｂ＋ｔ７ｃ）となる。ここで、ｔ６＝１００μｍ、ｔ７ｂ＝ｔ７ｃ＝２００μｍ、ｔ１０＝２００μｍとすると、ｔ９＝７８０μｍとなる。
【００７２】
上述したような結晶性異方エッチングを行うと、レジスト膜パターン３の開口部３ａにおけるｔ８方向にもｔ９方向と同様に、｛１００｝面と５５度の角度をなす｛１１１｝面が現れる。したがって、開口部の長さｔ８、つまりエッチング後のダイヤフラムの長さは、図３で示した振動子１１の長さｔ５、図１で示した振動子１１の周辺に形成する周囲空間１２の空間幅ｔ７ａを用いて、ｔ８＝｛ｔ１０×１／ｔａｎ５５°｝×２＋（ｔ５＋ｔ７ａ）となる。ここで、ｔ５＝２．５ｍｍ、ｔ７ａ＝２００μｍ、ｔ１０＝２００μｍとすると、ｔ８＝２９８０μｍとなる。
【００７３】
上述までの説明では、単結晶シリコン基板１全体を図示しながら説明をしたが、説明の都合上、以下の説明においては、図１１に領域Ｗとして示すダイヤフラムが形成された単結晶シリコン基板１のみを用いて説明をする。また、以下の説明では、熱酸化膜２Ａ側に対する加工工程となるため、表面である熱酸化膜２Ａ側を上面にした平面図、及びこの平面図を所定の位置で切断した断面図を用いて説明をする。
【００７４】
具体的には、図１１に示す領域Ｗのダイヤフラムが形成された単結晶シリコン基板１を、熱酸化膜２Ａを上面とすると、図１４のような平面図となり、ＸＸ線で切断される断面図は、図１５のようになる。
【００７５】
続いて、熱酸化膜２Ａ上に、図１で示した基準電極４ａ、圧電体５ａ、駆動電極６ａ、検出電極６ｂ，６ｃを形成するために下部電極膜、圧電膜、上部電極膜を成膜する。単結晶シリコン基板１の熱酸化膜２Ａ上に、下部電極膜４、圧電膜５、上部電極膜６を順に成膜すると、その平面図は図１６のようになり、図１６に示すＸＸ線で切断した断面図は図１７に示すようになる。
【００７６】
本実施例では、下部電極膜４、圧電膜５、上部電極膜６を、全て、マグネトロンスパッタ装置を用いて成膜した。
【００７７】
まず、熱酸化膜２Ａ上に、下部電極膜４を成膜する。本実施例では、まず、マグネトロンスパッタ装置の条件を、ガス圧：０．５Ｐａ、ＲＦパワー：１ｋＷとして、熱酸化膜２Ａ上にチタン（Ｔｉ）を膜厚が５０ｎｍとなるように成膜した。続いて、成膜したチタン（Ｔｉ）の上に、装置の条件をガス圧：０．５Ｐａ、ＲＦパワー：０．５ｋＷとして、プラチナ（Ｐｔ）を膜厚が２００ｎｍとなるように成膜した。つまり、チタンと、プラチナとを上記膜厚となるように成膜して下部電極膜４を形成している。
【００７８】
次に、下部電極膜４上に圧電膜５を成膜する。本実施例では、まず、Ｐｂ（１＋ｘ）（Ｚｒ０．５３Ｔｉ０．４７）Ｏ３−ｙ酸化物をターゲットとして用い、マグネトロンスパッタ装置の条件を、常温、ガス圧：０．７Ｐａ、ＲＦパワー：０．５ｋＷとして、下層電極４として成膜されたプラチナ（Ｐｔ）上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電体薄膜を膜厚が１μｍとなるように成膜した。続いて、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を成膜した単結晶シリコン基板１を電気炉に入れ、酸素雰囲気下、７００℃、１０分間という条件で結晶化熱処理を行うことで圧電膜５を形成した。
【００７９】
最後に、圧電膜５上に上部電極膜６を成膜する。本実施例では、マグネトロンスパッタ装置の条件を、ガス圧０．５Ｐａ、ＲＦパワー：０．５ｋＷとして、圧電膜５上にプラチナ（Ｐｔ）を膜圧が２００ｎｍとなるように成膜した。
【００８０】
次に、上部電極膜６を加工して駆動電極６ａ、検出電極６ｂ，６ｃを形成する。図１８は、駆動電極６ａ、検出電極６ｂ，６ｃが形成された単結晶シリコン基板１の様子を示した平面図であり、図１９は、図１８で示す単結晶シリコン基板１をＸＸ線で切断した際の断面図である。
【００８１】
駆動電極６ａは、上述したように振動子１１を駆動するための電圧を印加する電極であり、振動子１１の中心となるように形成される。また、検出電極６ｂ，６ｃは、上述したように振動子１１に発生したコリオリ力を検出するための電極であり、駆動電極６aを挟むように駆動電極６ａと平行に、且つ接触しないように、振動子１１に形成される。
【００８２】
また、図１８に示すように、駆動電極６ａ，検出電極６ｂ，６ｃは、その一方端部が、振動子１１の根元である根元ラインＲと一致するように形成され、各電極の上記一方端部には、それぞれ端子接合部６ａ１，６ｂ１，６ｃ１が形成される。
【００８３】
本実施例では、駆動電極６ａの幅ｔ１３を５０μｍ、検出電極６ｂ，６ｃの幅ｔ１４を１０μｍ、駆動電極６ａ及び検出電極６ｂ，６ｃの長さｔ１２を２ｍｍ、検出電極６ｂ，６ｃの駆動電極６ａとの間隔ｔ１５をそれぞれ５μｍとした。この駆動電極６ａ、検出電極６ｂ，６ｃは、振動子１１上に形成される範囲であれば、任意の大きさに設計することができる。また、本実施例では、端子接合部６ａ１，６ｂ１，６ｃ１のそれぞれの長さｔ１６を５０μｍ、幅ｔ１７を５０μｍとした。
【００８４】
本実施例では、駆動電極６ａ、検出電極６ｂ，６ｃ及び端子接合部６ａ１，６ｂ１，６ｃ１を、フォトリソグラフィー技術を用いて、上部電極膜６上にレジスト膜パターンを形成した後、イオンエッチングにより不要な部分の電極膜６を除去することで形成した。
【００８５】
本発明は、この駆動電極６ａ、検出電極６ｂ，６ｃ及び端子接合部６ａ１，６ｂ１，６ｃ１を形成する際の手法に限定されるものではなく、上述した手法以外にも様々な手法を適用することができる。
【００８６】
次に、圧電膜５を加工して振動子１１上に圧電体５ａを形成する。図２０は、圧電膜５を加工して圧電体５ａが形成された単結晶シリコン基板１の様子を示した平面図であり、図２１は、図２０で示す単結晶シリコン基板１をＸＸ線で切断した際の断面図である。
【００８７】
圧電体５ａは、上部電極膜６を加工して形成した駆動電極６ａ，検出電極６ｂ，６ｃを完全に覆うような形状であればどのような形状であってもかまわない。
【００８８】
本実施例では、圧電体５ａの長さｔ１８を２．２ｍｍ、幅ｔ１９を９０μｍとした。このような大きさの圧電体５aは、その中心が振動子１１の中心と一致し、一方端部が、振動子１１の根元である根元ラインＲと一致させるようにする。
【００８９】
圧電体５aの幅ｔ１８は、振動子１１の幅ｔ４以下の幅である必要がある。また、本実施例では、上述した端子接合部６ａ１，６ｂ１、６ｃ１の下に圧電膜５を、端子接合部６ａ１，６ｂ１、６ｃ１の各外周より５μｍの幅を持たせて残してある。この端子接合部６ａ１，６ｂ１、６ｃ１の下に残される圧電膜５は、振動型ジャイロセンサ素子１０全体の形状サイズにより任意に設定されることになる。
【００９０】
本実施例では、フォトリソグラフィー技術を用いて、圧電体５ａ及び端子接合部６ａ１，６ｂ１、６ｃ１の下に残す圧電膜５の形状のレジスト膜パターンを形成した後、フッ硝酸溶液による湿式エッチングにより不要な部分の圧電膜５を除去することで、圧電体５ａを形成した。
【００９１】
上述したように、本実施例では、圧電体５ａを形成するために圧電膜５の不要部分を除去する手法を湿式エッチングとしているが、本発明にはこれに限定されるものではなく、物理的なエッチングであるイオンエッチングによる除去方法や、化学的な作用と物理的な作用でエッチングする反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）による除去方法などを適用することができる。
【００９２】
次に、下部電極膜４を加工して、振動子１１上に基準電極４ａを形成する。図２２は、下部電極膜４を加工して基準電極４ａが形成された単結晶シリコン基板１の様子を示した平面図であり、図２３は、図２２で示す単結晶シリコン基板１をＸＸ線で切断した際の断面図である。
【００９３】
基準電極４ａは、圧電膜５を加工して形成した圧電体５ａを完全に覆うような形状であればどのような形状であってもかまわない。
【００９４】
本実施例では、基準電極４ａの長さｔ２０を２．３ｍｍとし、幅ｔ２１を９４μｍとした。このような基準電極４aは、その中心が振動子１１の中心と一致し、一方端部を、振動子１１の根元である根元ラインＲと一致させるようにする。
【００９５】
基準電極４ａの幅ｔ２０は、振動子１１の幅ｔ４以下の幅である必要がある。また、本実施例では、上述したように除去しなかった圧電膜５の下の下部電極膜４を、上記圧電膜５の外周より５μｍの幅を持たせて残してある。この幅に関しては振動型ジャイロセンサ素子１０全体の形状サイズにより任意に設定されることになる。
【００９６】
また、基準電極４ａと、外部との電気的接合を図るため、図２２に示すように下部電極膜４によって配線接続端子Ｄが形成されている。上述したように、圧電膜５の下に残された下部電極膜４を介して基準電極４ａと、配線接続端子Ｄとは、電気的に接続されている。
【００９７】
本実施例では、振動型ジャイロセンサ素子１０と、外部との電気的な接続は、ワイヤーボンディングにより行うことを前提としているため、配線接続端子Ｄの実際に配線される端子部をワイヤーボンディング時に必要となる面積分だけ確保する。
【００９８】
本実施例では、配線接続端子Ｄの端子部の長さｔ２２を２００μｍ、幅ｔ２３を１００μｍとした。振動型ジャイロセンサ素子１０の外部との接合に関しては、接合方法も含めて任意であり、採用する接合方法に応じて、配線接続端子Ｄの形状を最適となるように設定する。
【００９９】
本実施例では、フォトリソグラフィー技術を用いて、図２２に示すような形状となるレジスト膜パターンを形成した後、イオンエッチングにより不要な部分の下部電極膜４を除去することで基準電極４ａ、配線接続端子Ｄ、基準電極４ａと配線接続端子Ｄとを電気的に接続する下部電極膜４を形成した。
【０１００】
上述したように、本実施例では、基準電極４ａを形成するために下部電極膜４の不要部分を除去する手法を、物理的なエッチングであるイオンエッチングとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、化学的なエッチングである湿式エッチングや、化学的な作用と物理的な作用でエッチングする反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）による除去方法を適用することができる。
【０１０１】
次に、駆動電極６ａ、検出電極６ｂ，６ｃの一方端部側にそれぞれ形成されている端子接合部６ａ１，６ｂ１、６ｃ１と、配線接続端子Ａ，Ｂ，Ｃとの電気的接合を円滑にするために平坦化レジスト膜７を形成する。
【０１０２】
図２４は、平坦化レジスト膜７が形成された単結晶シリコン基板１の様子を示した平面図であり、図２５は、図２４に示す単結晶シリコン基板１をＹＹ線で切断した際の断面図である。
【０１０３】
上述した図２２に示すように、配線接続端子Ａ，Ｂ，Ｃと、端子接合部６ａ１，６ｂ１、６ｃ１とをそれぞれ物理的に接合する際には、圧電体５ａを形成する際に残された圧電膜５の端部と、基準電極４ａを形成する際に残された下部電極膜４の端部とをそれぞれ通過しなくてはならない。
【０１０４】
本実施例において、圧電体５ａは、圧電膜５を湿式エッチングによってエッチングすることで形成されており、エッチングされた端部は、単結晶シリコン基板１方向へ、逆テーパ形状、あるいは、垂直形状となっている。そのため、平坦化レジスト膜７を形成せずに、端子接合部６ａ１，６ｂ１、６ｃ１と、配線接続端子Ａ，Ｂ，Ｃとをそれぞれ電気的に接続するように配線膜を形成すると、上記端部の段差により電気的接続が断たれてしまう虞がある。
【０１０５】
また、基準電極４ａと電気的に接続されている下部電極膜４の端部が露出しているため、平坦化レジスト膜７を形成しないと、駆動電極６ａ，検出電極６ｂ，６ｃと、基準電極４ａとが短絡してしまうことになる。
【０１０６】
以上の理由により、図２４に示すように、端子接合部６ａ１，６ｂ１、６ｃ１上に、平坦化レジスト膜７を形成し、上記圧電膜５の端部の段差をなくし、上記下部電極膜４の端部が露出しないようにする。
【０１０７】
平坦化レジスト膜７の形状は、上述したように上記圧電膜５の端部の段差をなくし、上記下部電極膜４の端部が露出しない形状であれば任意に設定できる。本実施例では、平坦化レジスト膜７の幅ｔ２４を２００μｍ、長さｔ２５を５０μｍとした。
【０１０８】
平坦化レジスト膜７は、フォトリソグラフィー技術により、図２４に示す個所に所望の形状でパターニングしたレジスト膜を、２８０〜３００℃程度の熱処理を加えることで硬化させる。本実施例では、レジスト膜の厚みを２μｍ程度としたが、この厚みに関しては、圧電膜５、下部電極膜４の厚みに応じて変化させ、両者の合計の厚み以上とすることが望ましい。本実施例では、レジスト膜を用いて平坦化レジスト膜７を形成しているが、上記理由を回避することの可能な、非導電性の材料であれば、その形成方法も含めて任意である。
【０１０９】
次に、駆動電極６ａ、検出電極６ｂ，６ｃを外部に接続するための配線処理を施す際に用いる配線接続端子Ａ，Ｂ，Ｃを形成する。図２６は、配線接続端子Ａ，Ｂ，Ｃを形成した単結晶シリコン基板１の様子を示す平面図であり、図２７は、図２６に示した単結晶シリコン基板１をＹＹ線で切断した際の断面図である。
【０１１０】
図２６に示す配線接続端子Ａ，Ｂ，Ｃは、駆動電極６ａ、検出電極６ｂ，６ｃの端子接合部６ａ１，６ｂ１、６ｃ１とそれぞれ接続されている。本実施例では、振動型ジャイロセンサ素子１０と、外部との電気的な接続は、ワイヤーボンディングにより行うことを前提としているため、配線接続端子Ａ，Ｂ，Ｃの実際に配線される端子部を、上述した配線接続端子Ｄと同様に、ワイヤーボンディング時に必要となる面積分だけ確保する。
【０１１１】
各配線接続端子Ａ，Ｂ，Ｃは、平坦化レジスト膜７の上面を通り、端子接合部６ａ１，６ｂ１、６ｃ１とそれぞれ接触するように、熱酸化膜２Ａ上に形成される。配線接続端子Ａ，Ｂ，Ｃと、端子接続部６ａ１，６ｂ１、６ｃ１との接合個所である各電極接合部の形状は、任意であるが電気的な接触抵抗を減少させるために５μｍ四方以上の大きさが望ましい。
【０１１２】
配線接続端子Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、実際に配線が接続される端子部は、上述したようにワイヤーボンディング接合を行うのに必要な面積分を確保可能な形状となる。
【０１１３】
本実施例では、配線接続端子Ａ，Ｂ，Ｃ、それぞれの端子部の長さｔ２６を２００μｍ、幅ｔ２７を１００μｍとした。振動型ジャイロセンサ素子１０の外部との接合に関しては、接合方法も含めて任意であり、採用する接合方法に応じて、配線接続端子Ａ，Ｂ，Ｃの形状を最適となるように設定する。
【０１１４】
本実施例では、フォトリソグラフィー技術を用いて、図２６に示すような形状となるレジスト膜パターンを形成した後、配線接続端子Ａ，Ｂ，Ｃをスパッタリングにより形成した。スパッタリングした際に、不要な部分に付着した膜は、レジスト膜パターンを除去する際に、同時に除去する、いわゆるリフトオフの手法にて除去した。
【０１１５】
具体的には、配線接続端子Ａ，Ｂ，Ｃは、付着力を向上させるためのチタン（Ｔｉ）を２０ｎｍだけ堆積させ、電気抵抗が低く、低コストである銅（Ｃｕ）を３００ｎｍ堆積させ、さらに、ワイヤーボンディングとの接合を容易にするため、金（Ａｕ）を３００ｎｍ堆積させることで形成した。なお、この配線接続端子Ａ，Ｂ，Ｃを形成する際に用いる材料及び配線接続端子Ａ，Ｂ，Ｃの形成方法は任意であり、本発明は、上記材料及び形成方法に限定されるものではない。
【０１１６】
続いての工程は、図１で示したように振動型ジャイロセンサ１０に対して周囲空間１２を形成することで片持ち梁の振動子１１を作製する工程である。図２８は、単結晶シリコン基板１に周囲空間１２を形成することで片持ち梁の振動子１１が形成された様子を示した平面図であり、図２９は、図２８で示す単結晶シリコン基板１をＹＹ線で切断した様子を示した断面図であり、図３０は、図２８で示す単結晶シリコン基板１をＸＸ線で切断した様子を示した断面図である。
【０１１７】
図２８に示すように周囲空間１２は、検出電極６ｂ，６ｃが形成されている側の振動子１１の側面から左右の方向にそれぞれｔ７ｂ及びｔ７ｃの幅を有する空間と、振動子１１の長手方向で振動子１１の根元ラインＲと反対の端部側にｔ７ａの幅を有する空間とによって構成された、いわゆる“コ”の字型の形状をした空間となっている。
【０１１８】
本実施例では、ｔ７ｂ、ｔ７ｃを、それぞれ２００μｍとしている。このｔ７ｂ、ｔ７ｃは、周囲空間１２内の気体の状態や、要求される振動子１１の振動の質を示すＱ値などによって決定されることになる。
【０１１９】
本実施例では、まず、フォトリソグラフィー技術を用いて、図２８に示すような“コ”の字型の形状のレジスト膜パターンを熱酸化膜２Ａ上に形成した後、熱酸化膜２Ａをイオンエッチングで除去する。熱酸化膜２Ａを除去するには、湿式エッチングでも可能であるが、サイドエッチングが発生することによる寸法誤差を考慮するとイオンエッチングが好適である。
【０１２０】
続いて、熱酸化膜２Ａが除去された“コ”の字型の単結晶シリコン基板１を、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）にてエッチングして貫通させることで周囲空間１２を形成する。
【０１２１】
本実施例では、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）を備えたエッチング装置を用いて、エッチング工程と、エッチングした個所に側壁保護のための側壁保護膜を成膜する工程とを繰り返すＢｏｓｃｈプロセス（Ｂｏｓｃｈ社）にて、垂直な側壁面を有する振動子１１を形成した。
【０１２２】
このＢｏｓｃｈプロセスを用いることで、ＩＣＰにより高密度なプラズマを生成し、エッチングのためのＳＦ６と、側壁保護のためのＣ４Ｆ８のガスを交互に導入することで、毎分１０μｍ程の速度でエッチングしながら、垂直な側壁面を有する振動子１１を形成することができる。
【０１２３】
以上のプロセスにより、振動型ジャイロセンサ素子１０の形成に関する、圧電素子形成、形状形成、配線形成の主要工程が終了し、例えば、図３１に示すように、単結晶シリコン基板１内に、振動型ジャイロセンサ素子１０が複数個、ここでは、５×３個、形成されることになる。
【０１２４】
１枚の単結晶シリコン基板１内に形成される振動型ジャイロセンサ素子１０の数は、図３１に示すように５×３個に限らず、設計する振動型ジャイロセンサ素子１０の大きさ、及び形成する際のそれぞれのピッチにより決定されることになる。
【０１２５】
次の工程では、このように単結晶シリコン基板１に形成された複数の振動型ジャイロセンサ素子１０を、切断し単一の素子とする。単結晶シリコン基板１から、振動型ジャイロセンサ素子１０を分断する際の手法や、寸法は、特に決められたものではなく、分断後の形状も任意である。
【０１２６】
本実施例においては、図３２に示す素子分断線２０をなぞるように、ダイヤモンドカッターで分断傷を付けた後、手で直接、単結晶シリコン基板１を折り、振動型ジャイロセンサ素子１０を取り出した。なお、単結晶シリコン基板１を分断する手法も任意の手法が適用可能であり、例えば、砥石による研削や単結晶シリコン基板１の面方位を利用して切断する手法などでもよい。
【０１２７】
続いて、図３３に示すように、個々に分断した振動型ジャイロセンサ素子１０を、ＩＣ基板２１に貼り付ける。振動型ジャイロセンサ素子１０と、ＩＣ基板２１との貼り付け手法は任意であるが、本実施例では、嫌気性接着剤を用いて貼り付けた。
【０１２８】
ＩＣ基板２１に、振動型ジャイロセンサ素子１０を貼り付けた後、電気的な接続を行う。ＩＣ基板２１上には、冒頭の図２を用いて説明したＩＣ回路４０が搭載されている。また、ＩＣ基板２１には、図２で示したＡＧＣ４４の端部と接続された基板端子２２ａ、同期検波回路４５に接続された基板端子２２ｂ，２２ｃ、図示しない基準電極と接続された基板端子２２ｄが形成されている。
【０１２９】
本実施例では、振動型ジャイロセンサ素子１０の配線接続端子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと、ＩＣ基板２１内の基板端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄとをそれぞれワイヤーボンディングによる結線方法を用いて電気的接続を行った。この結線方法に関しても任意であり、半導体で用いられる導電性バンプを形成する手法も利用可能である。
【０１３０】
次に、図３４に示すように、振動型ジャイロセンサ素子１０及びＩＣ基板２１上の回路と、外部との接触をなくすためがバー材３０を取り付け、保護をする。カバー材３０の材料は、任意であるが外部のノイズの影響を考慮してＳＵＳなど、シールド効果のあるものが望ましい。また、カバー材３０は、振動子１１の振動を妨げない形状とする必要がある。このようにして、角速度センサ５０が形成されることになる。
【０１３１】
このように角速度センサ５０を構成する振動型ジャイロセンサ素子１０が備える振動子１１の駆動電極６ａに、電圧を印加して所定の共振周波数で振動させた場合、振動子１１は、振動子１１の厚み方向である縦方向に縦共振周波数で共振すると共に、振動子１１の幅方向である横方向に横共振周波数で共振することになる。
【０１３２】
ところで、振動型ジャイロセンサ素子１０の角速度の検出感度（以下、単に感度と呼ぶ。）は、振動子１１を自励振動させた際の振動量、検出電極６ｂ，６ｃで検出される検出信号の信号レベル、検出効率に比例して高くなる。振動型ジャイロセンサ素子１０の感度を高くすることができれば、当該振動型ジャイロセンサ素子１０の性能を大幅に向上させることができる。
【０１３３】
例えば、振動子１１の振動量は、駆動電極６ａの幅を広くして駆動電極６ａの面積を増加させることで、増やすことができる。また、検出信号の信号レベルは、振動子１１に角速度が印加された際に圧電体５ａの変化が最も大きくなる振動子１１の根元側を残すように検出電極６ｂ，６ｃの長さを調節することで、検出電極の単位面積あたりの平均電荷量が増すため高くすることができる。さらに、検出効率は、検出電極６ｂ，６ｃの振動子１１に対する位置を適切に決めることで、上げることができる。
【０１３４】
上述の説明では、振動子１１に形成する駆動電極６ａの幅ｔ１３、検出電極６ｂ，６ｃの長さｔ１２、検出電極６ｂ，６ｃの振動子１１上での位置を固定的に、例えば、図１８に示すように記載しているが、このままだと最適な感度とはなっていない。そこで、以下の説明において、駆動電極６ａの幅、検出電極６ｂ，６ｃの長さ、検出電極６ｂ，６ｃの振動子１１上での位置を変化させ、それぞれの感度を測定し、振動型ジャイロセンサ素子１０の感度を最適にする適切な駆動電極６ａの幅、適切な検出電極６ｂ，６ｃの長さ、適切な検出電極６ｂ，６ｃの振動子１１上の位置を決定する。
【０１３５】
このとき、電極膜６から駆動電極６ａ、検出電極６ｂ，６ｃを形成する工程は、イオンエッチングする際に電極膜６上に形成するレジスト膜パターンの形状を変える以外は、上述した説明と全く同様であるため説明を省略する。
【０１３６】
（駆動電極幅）
まず、駆動電極６ａの幅を変化させた場合について説明をする。なお、上述までの説明においては、駆動電極６ａの幅をｔ１３、検出電極６ｂ，６ｃの幅をｔ１４として説明しているが、以下の説明においては、駆動電極６ａの幅をＷ０、検出電極６ｂ，６ｃの幅をそれぞれＷ１，Ｗ２として再定義する。
【０１３７】
図３５に、駆動電極６ａの幅Ｗ０を変化させた振動型ジャイロセンサ素子１０を示し、図３６に、この振動型ジャイロセンサ素子１０の感度を測定した結果を示す。
【０１３８】
なお、駆動電極６ａの幅Ｗ０を変化させることに伴って、以下の条件を満たしながら、検出電極６ｂ，６ｃの幅Ｗ１，Ｗ２も変化することになる。検出電極６ｂ，６ｃの幅Ｗ１，Ｗ２を変化させる際の条件は、駆動電極６ａと、検出電極６ｂ，６ｃとの間隔を振動子１１が良好に駆動可能な程度確保することと、振動子１１の側壁面１１ｂ，１１ｃ側からある程度の距離を確保して検出電極６ｂ，６ｃを配置することの２つである。
【０１３９】
図３６の横軸である駆動電極幅は、振動子１１上に形成した駆動電極６ａの幅Ｗ０と、検出電極６ｂ，６ｃの幅Ｗ１，Ｗ２との総和である有効圧電膜幅Ｗ（Ｗ＝Ｗ０＋Ｗ１＋Ｗ２）に対する駆動電極６ａの幅Ｗ０の比（Ｗ０／Ｗ）、つまり、駆動電極６ａの幅Ｗ０を、有効圧電薄膜幅Ｗを１としたときの相対値で示している。なお、以下の説明においては、駆動電極６ａの幅Ｗ０を相対値で表す場合は、駆動電極６ａの相対幅と呼ぶ。
【０１４０】
また、図３６の縦軸である感度は、振動子１１を自励振動させた場合の振動子１１の振動量と、検出電極６ｂ，６ｃから検出される検出信号との積で求められる感度を、振動子１１上に標準電極を形成した場合に得られる感度を１（ａ．ｕ）として、この相対値で示している。つまり、図３６に示す感度が１（ａ．ｕ）以上であると、振動子１１上に標準電極を形成した振動型ジャイロセンサ素子１０の感度を上回っている。
【０１４１】
標準電極とは、図３７に示すように、駆動電極６ａの幅Ｗ０と、検出電極６ｂ，６ｃの幅Ｗ１，Ｗ２とを、Ｗ０：Ｗ１：Ｗ２＝２：１：１とし、駆動電極６ａと、検出電極６ｂ，６ｃとの間隔をそれぞれ限りなく０となるようにし、さらに、検出電極６ｂ，６ｃの振動子１１上の設置位置を振動１１の側壁面１１ｂ，１１ｃ方向にそれぞれ限りなく近づけて配置した場合の駆動電極６ａ，検出電極６ｂ，６ｃのことである。
【０１４２】
また、駆動電極６ａ、検出電極６ｂ，６ｃの長さは、図３７に示すように、振動子１１の根元ラインＲからそれぞれの電極領域の重心位置までの距離とし、それぞれＬ１，Ｌ２として定義する。駆動電極６ａ、検出電極６ｂ，６ｃが標準電極である場合、Ｌ１＝Ｌ２とする。
【０１４３】
したがって、駆動電極６ａ、検出電極６ｂ，６ｃが標準電極である場合、標準電極６ａの幅を上述した相対幅で表すと、Ｗ０：Ｗ１：Ｗ２＝２：１：１であることから、２／（２＋１＋１）＝０．５となり、このときの感度を１（ａ．ｕ）とする。
【０１４４】
図３６に示すように、駆動電極６ａの相対幅を０．５から増加させていくと、感度は１（ａ．ｕ）から１．５（ａ．ｕ）程度まで上昇をする。そして、感度は、駆動電極６ａの相対幅の増加に伴い減少していき、相対幅が０．９５のとき再び１（ａ．ｕ）となる。そして、駆動電極６ａの相対幅が１となるときに、感度は、０．６（ａ．ｕ）程度となる。よって、振動型ジャイロセンサ素子１０の感度は、０．５＜相対幅（Ｗ０／Ｗ）≦０．９５の範囲において、駆動電極６ａ、検出電極６ｂ，６ｃを標準電極とした場合の感度１．０（ａ．ｕ）を大幅に上回ることになる。
【０１４５】
ところで、図３６に示すように、駆動電極６ａの相対幅が、０．９５＜相対幅（Ｗ０／Ｗ）＜１の範囲での感度の低下は、振動型ジャイロセンサ素子１０を、図２に示すように、ＩＣ回路４０と接続し、角速度センサ５０を構成した場合の、ＩＣ回路４０の影響によるものである。このように、駆動電極６ａの相対幅が０．９５＜相対幅（Ｗ０／Ｗ）＜１の範囲において、振動型ジャイロセンサ素子１０の感度は、電子回路に依存することになる。これは、ＩＣ回路４０を改良することで容易に改善でき、０．９５＜相対幅（Ｗ０／Ｗ）＜１の範囲においても、１（ａ．ｕ）以上の感度とすることが可能である。
【０１４６】
したがって、振動子１１上に標準電極を形成した振動型ジャイロセンサ素子１０の感度、１（ａ．ｕ）以上となる駆動電極６ａの相対幅は、ＩＣ回路４０といった振動型ジャイロセンサ素子１０を駆動させる電子回路の影響を無視した場合には、０．５＜相対幅（Ｗ０／Ｗ）＜１で規定され、電子回路の影響を厳密に考慮した場合には、０．５＜相対幅（Ｗ０／Ｗ）≦０．９５で規定されることになる。つまり、この相対幅となるように駆動電極６ａの幅Ｗ０を決定することで、振動型ジャイロセンサ素子１０の感度を高感度にすることができる。
【０１４７】
（検出電極長さ）
続いて、検出電極６ａの長さを変化させた場合について説明をする。図３８に、検出電極６ｂ，６ｃの長さを変化させた振動型ジャイロセンサ素子１０を示し、図３９に、この振動型ジャイロセンサ素子１０の感度を測定した結果を示す。
【０１４８】
図３９の横軸である検出電極長さは、図３８に示すように、振動子１１の根元ラインＲから駆動電極６ａの重心位置までの距離をＬ１、同じく根元ラインＲから検出電極６ｂ，６ｃの重心位置までの距離をＬ２としたとき、Ｌ１に対するＬ２の比（Ｌ２／Ｌ１）として示している。
【０１４９】
つまり、図３９の横軸の検出電極の長さは、振動子１１の根元ラインＲから検出電極６ｂ，６ｃの重心位置までの距離Ｌ２を、根元ラインＲから、駆動電極６ａの重心位置までの距離を１としたきの相対値として示している。なお、以下の説明においては、検出電極６ｂ，６ｃの長さを相対値で表す場合は、検出電極６ｂ，６ｃの相対長さと呼ぶ。
【０１５０】
また、図３９の縦軸である感度は、振動子１１を自励振動させた場合の振動子１１の振動量と、検出電極６ｂ，６ｃから検出される検出信号との積で求められる感度を、振動子１１上に標準電極を形成した場合の感度を１（ａ．ｕ）とした相対値で示している。なお、標準電極については、図３７を用いて、既に説明をしているので省略をする。
【０１５１】
ところで、駆動電極６ａ、検出電極６ｂ，６ｃが標準電極である場合の検出電極６ｂ，６ｃの長さを上述した相対長さで表すと、Ｌ１＝Ｌ２であるため、Ｌ２／Ｌ１＝１となる。このときの感度を１（ａ．ｕ）とする。
【０１５２】
一方、本発明においては、検出電極６ｂ，６ｃの長さについては、標準電極を振動子１１上に形成させた際に得られる感度を２０％向上させるように検出電極６ｂ，６ｃの長さを規定することにする。したがって、図３９に示すように、振動型ジャイロセンサ素子１０の感度を、標準電極における感度、１（ａ．ｕ）よりも２０％向上させた１．２（ａ．ｕ）以上とするには、検出電極６ｂ，６ｃの相対長さを０．１５≦相対長さ（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５の範囲で規定すればよいことになる。
【０１５３】
ところで、図３８に示すように、検出電極６ｂ，６ｃの相対長さが、０＜相対長さ（Ｌ２／Ｌ１）＜０．１５の範囲での感度の低下は、振動型ジャイロセンサ素子１０を、図２に示すように、ＩＣ回路４０と接続し、角速度センサ５０を構成した場合の、ＩＣ回路４０の影響によるものである。このように、検出電極６ｂ，Ｃの相対長さが、０＜相対長さ（Ｌ２／Ｌ１）＜０．１５の範囲において、振動型ジャイロセンサ素子１０の感度は、電子回路に依存することになる。これは、ＩＣ回路４０を改良することで容易に改善でき、０＜相対長さ（Ｌ２／Ｌ１）＜０．１５の範囲においても、１．２（ａ．ｕ）以上の感度とすることが可能である。
【０１５４】
したがって、振動子１１上に標準電極を形成した振動型ジャイロセンサ素子１０の感度、１．２（ａ．ｕ）以上となる検出電極６ｂ，６ｃの相対長さは、ＩＣ回路４０といった振動型ジャイロセンサ素子１０を駆動させる電子回路の影響を無視した場合には、０＜相対長さ（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５で規定され、電子回路の影響を厳密に考慮した場合には、０．１５≦相対長さ（Ｌ２／Ｌ１）≦０．７５で規定されることになる。つまり、この相対長さとなるように振動子１１の根元ラインＲからの検出電極６ｂ，６ｃの重心位置までの距離Ｌ２を決定することで、振動型ジャイロセンサ素子１０の感度を高感度にすることができる。
【０１５５】
（検出電極位置）
次に、検出電極６ｂ，６ｃの振動子１１上における位置を変化させた場合について説明をする。なお、上述までの説明においては、振動子１１の幅をｔ６として説明しているが、以下の説明においては、振動子１１の幅をＳとして再定義する。
【０１５６】
図４０に、検出電極６ｂ，６ｃの振動子１１上における位置を変化させた振動型ジャイロセンサ素子１０を示し、図４１に、この振動型ジャイロセンサ素子１０の感度を測定した結果を示す。
【０１５７】
図４１の横軸である検出電極位置は、検出電極６ｂにおいては、図４０に示すように、振動子１１の側壁面１１ｂから検出電極６ｂの幅方向の中心までの最短距離をＰ１としたとき、振動子１１の幅Ｓに対するＰ１の比（Ｐ１／Ｓ）として示している。一方、検出電極６ｃにおいては、同じく図４０に示すように、振動子１１の側壁面１１ｃから検出電極６ｃの幅方向の中心までの最短距離をＰ２としたとき、振動子１１の幅Ｓに対するＰ２の比（Ｐ２／Ｓ）として示している。
【０１５８】
つまり、図４１の横軸の検出電極位置は、振動子１１の側壁面１１ｂ，１１ｃから検出電極６ｂ，６ｃの幅方向の中心位置までの距離Ｐ１，Ｐ２を、それぞれ振動子１１の幅Ｓを１としたときの相対値として示している。なお、以下の説明においては、検出電極６ｂ，６ｃの位置を相対値で表す場合は、検出電極６ｂ，６ｃの相対位置と呼ぶ。
【０１５９】
また、図４１の縦軸である感度は、振動子１１を自励振動させた場合の振動子１１の振動量と、検出電極６ｂ，６ｃから検出される検出信号との積で求められる感度を、振動子１１上に標準電極を形成した場合の感度を１（ａ．ｕ）とした相対値で示している。なお、標準電極については、図３７を用いて、既に説明をしているので省略をする。
【０１６０】
ところで、駆動電極６ａ、検出電極６ｂ，６ｃが標準電極である場合の検出電極６ｂ，６ｃは、各電極間の間隔が限りなく０に近く、振動子１１の側壁面１１ｂ，１１ｃ方向にそれぞれ限りなく近づけて配置されている。したがって、検出電極６ｂ，６ｃの位置を、上述した相対位置で表すと、振動子１１の側壁面１１ｂ，１１ｃから検出電極６ｂ，６ｃの幅方向の中心までの最短距離Ｐ１，Ｐ２は、図３７に示すように、それぞれ０．１２５となる。このときの感度を、１（ａ．ｕ）とする。
【０１６１】
図４１に示すように、検出電極６ｂ，６ｃの相対位置を０．１２５からマイナス方向、つまり振動子１１の側壁面１１ｂ，１１ｃ方向に変化させていくと、感度は１（ａ．ｕ）から２（ａ．ｕ）程度まで上昇する。そして、感度は、検出電極６ｂ，６ｃの相対位置の側壁面１１ｂ，１１ｃ方向への変化に伴い、減少していき、相対位置が０．０４のとき再び１（ａ．ｕ）となり、更なる変化に応じて１（ａ．ｕ）以下となる。
【０１６２】
よって、振動型ジャイロセンサ素子１０の感度は、０．０４≦相対位置（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５、０．０４≦相対位置（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５の範囲において、駆動電極６ａ、検出電極６ｂ，６ｃを標準電極とした場合の感度１．０（ａ．ｕ）を大幅に上回ることになる。
【０１６３】
ところで、図４１に示すように、検出電極６ｂ，６ｃの相対位置が、０＜相対位置（Ｐ１／Ｓ）＜０．０４、０＜相対位置（Ｐ２／Ｓ）＜０．０４の範囲での感度の低下は、振動型ジャイロセンサ素子１０を、図２に示すように、ＩＣ回路４０と接続し、角速度センサ５０を構成した場合の、ＩＣ回路４０の影響によるものである。
【０１６４】
このように、検出電極６ｂ，６ｃの相対長さが０＜相対位置（Ｐ１／Ｓ）＜０．０４、０＜相対位置（Ｐ２／Ｓ）＜０．０４の範囲において、振動型ジャイロセンサ素子１０の感度は、電子回路に依存することになる。これは、ＩＣ回路４０を改良することで容易に改善でき、０＜相対位置（Ｐ１／Ｓ）＜０．０４、０＜相対位置（Ｐ２／Ｓ）＜０．０４の範囲においても、１（ａ．ｕ）以上の感度とすることが可能である。
【０１６５】
したがって、振動子１１上に標準電極を形成した振動型ジャイロセンサ素子１０の感度、１（ａ．ｕ）以上となる検出電極６ｂ，６ｃの相対長さは、ＩＣ回路４０といった振動型ジャイロセンサ素子１０を駆動させる電子回路の影響を無視した場合には、０＜相対位置（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５、０＜相対位置（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５で規定され、電子回路の影響を厳密に考慮した場合には、０．０４≦相対位置（Ｐ１／Ｓ）＜０．１２５、０．０４≦相対位置（Ｐ２／Ｓ）＜０．１２５で規定されることになる。つまり、この相対位置となるように検出電極６ｂ，６ｃの位置を決定することで、振動型ジャイロセンサ素子１０の感度を高感度にすることができる。
【０１６６】
このように、振動型ジャイロセンサ素子１０は、駆動電極６ａの幅、検出電極６ｂ，６ｃの長さ、検出電極６ｂ，６ｃの位置を規定することで、振動子１１上に標準電極を形成した場合と比較して感度を飛躍的に向上させることができる。
【０１６７】
なお、上述した説明では、駆動電極６ａの幅、検出電極６ｂ，６ｃの長さ、検出電極６ｂ，６ｃの位置をそれぞれ単独で規定しているが、これは、説明のためであって、上述した条件を任意に組み合わせて、振動子１１上に駆動電極６ａ，検出電極６ｂ，６ｃを形成し、感度を向上させることも当然可能である。
【０１６８】
また、上述した説明では、駆動電極６ａ、検出電極６ｂ，６ｃの形状は、全て矩形として記載しているが、本発明は、このように各種電極の形状に限定されるものではない。例えば、図４２に示すように、駆動電極６ａ，検出電極６ｂ，６ｃの電極形状を台形形状とすることも可能である。
【０１６９】
駆動電極６ａを図４２に示すような台形形状とすることで、電極面積が増加するため、振動型ジャイロセンサ素子１０の感度を向上させることができる。また、検出電極６ｂ，６ｃを、図４２に示すような、根元ラインＲ側が末広がりとなるような台形形状とすることで、角速度印加時に最も変動が大きくなる振動子１１の根元ラインＲ側の検出電極６ｂ，６ｃの面積が増加し、当該検出電極６ｂ，６ｃで検出される検出信号レベルを高くすることができるため、振動型ジャイロセンサ素子１０の感度を向上させることができる。
【０１７０】
このように、駆動電極６ａ，検出電極６ｂ，６ｃの形状を台形形状とし、上述した駆動電極６ａの幅、検出電極６ｂ，６ｃの長さ、検出電極６ｂ，６ｃの位置を規定することで、相乗効果により、さらに振動型ジャイロセンサ素子１０の感度を向上させることができる。
【０１７１】
なお、実施例においては、上述した手法によって形成した振動型ジャイロセンサ素子１０を一例として示し、この振動型ジャイロセンサ素子１０が備える振動子１１上に形成する駆動電極６ａの幅、検出電極６ｂ，６ｃの長さ、検出電極６ｂ，６ｃの振動子１１上の位置を規定するようにしているが、本発明は、これに限定されるものではなく、単結晶シリコン基板上に薄膜形成プロセスによって形成された下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する片持ち梁形状の振動子を備え、圧電薄膜の圧電効果を利用して角速度を検出する振動型ジャイロセンサ素子に対して広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７２】
【図１】本発明を実施するための最良の形態として示す振動型ジャイロセンサ素子について説明するための斜視図である。
【図２】同振動型ジャイロセンサ素子を備えた角速度センサの構成について説明するための図である。
【図３】同振動型ジャイロセンサ素子が備える振動子について説明するための斜視図である。
【図４】同振動型ジャイロセンサ素子について説明するための平面図である。
【図５】同振動型ジャイロセンサ素子を製造する際に用いる単結晶シリコン基板について説明するための平面図である。
【図６】図５に示す単結晶シリコン基板をＸＸ線で切断した際の断面図である。
【図７】単結晶シリコン基板にレジスト膜パターンを形成した様子を示す平面図である。
【図８】図７に示す単結晶シリコン基板をＸＸ線で切断した際の断面図である。
【図９】単結晶シリコン基板の熱酸化膜を除去した際の様子を示す平面図である。
【図１０】図９に示す単結晶シリコン基板をＸＸ線で切断した際の断面図である。
【図１１】単結晶シリコン基板に結晶異方性エッチングを施した様子を示す平面図である。
【図１２】図１１に示す単結晶シリコン基板ＸＸ線で切断した際の断面図である。
【図１３】図１２に示す領域Ａを拡大して示した断面図である。
【図１４】単結晶シリコン基板の表面側の様子を示した平面図である。
【図１５】図１４に示す単結晶シリコン基板をＸＸ線で切断した際の断面図である。
【図１６】下部電極膜、圧電膜、上部電極膜が形成された単結晶シリコン基板の様子を示す平面図である。
【図１７】図１６に示す単結晶シリコン基板をＸＸ線で切断した際の断面図である。
【図１８】駆動電極、検出電極が形成された単結晶シリコン基板の様子を示す平面図である。
【図１９】図１８に示す単結晶シリコン基板をＸＸ線で切断した際の断面図である。
【図２０】圧電体が形成された単結晶シリコン基板の様子を示す平面図である。
【図２１】図２０に示す単結晶シリコン基板をＸＸ線で切断した際の断面図である。
【図２２】基準電極が形成された単結晶シリコン基板の様子を示す平面図である。
【図２３】図２２に示す単結晶シリコン基板をＸＸ線で切断した際の断面図である。
【図２４】平坦化レジスト膜が形成された単結晶シリコン基板の様子を示す平面図である。
【図２５】図２４に示す単結晶シリコン基板をＹＹ線で切断した際の断面図である。
【図２６】配線接続端子が形成された単結晶シリコン基板の様子を示す平面図である。
【図２７】図２６に示す単結晶シリコン基板をＹＹ線で切断した際の断面図である。
【図２８】振動子の周辺に反応性イオンエッチングにより周囲空間が形成された単結晶シリコン基板の様子を示す平面図である。
【図２９】図２８に示す単結晶シリコン基板をＹＹ線で切断した際の断面図である。
【図３０】図２８に示す単結晶シリコン基板をＸＸ線で切断した際の断面図である。
【図３１】複数の振動型ジャイロセンサ素子が形成された単結晶シリコン基板を示す平面図である。
【図３２】単結晶シリコン基板に形成された複数の振動型ジャイロセンサ素子を切断する際の切断線を示した単結晶シリコン基板の様子を示す平面図である。
【図３３】振動型ジャイロセンサ素子をＩＣ基板上に貼り付けた際の様子を示す平面図である。
【図３４】振動型ジャイロセンサ素子を備える角速度センサにカバー材を取り付けた際の様子を示す平面図である。
【図３５】振動型ジャイロセンサ素子において、変化させる駆動電極の幅について説明するための図である。
【図３６】駆動電極の相対幅と、感度との関係を示した図である。
【図３７】標準電極について説明するための図である。
【図３８】振動型ジャイロセンサ素子において、変化させる検出電極の長さについて説明するための図である。
【図３９】検出電極の相対長さと、感度との関係を示した図である。
【図４０】振動型ジャイロセンサ素子において、変化させる検出電極の位置について説明するための図である。
【図４１】検出電極の相対位置と、感度との関係を示した図である。
【図４２】駆動電極、検出電極の形状を矩形形状以外とした場合の一例を示した図である。
【符号の説明】
【０１７３】
１  単結晶シリコン基板、４ａ  基準電極、５ａ  圧電体、６ａ  駆動電極、６ｂ，６ｃ  検出電極、１０  振動型ジャイロセンサ素子、１１  振動子、１２，  周囲空間、Ｒ  根元ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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