[发明专利]角速度传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及角速度传感器及其制造方法，尤其涉及具有重锤(重物)支承于压电隔膜(piezoelectric diaphragm)的构造的振动陀螺仪式的角速度传感器及其制造技术。

背景技术

使用了硅(Si)的微细加工技术的MEMS(Micro Electro Mechanical System：微机电系统)振动陀螺仪传感器，具有小型、低功耗等的特征，因此以移动领域等为中心被期待各种各样的用途。一般的MEMS振动陀螺仪传感器，采取成为重锤的部分支承于振动弹簧的构造，通过驱动力使重锤振动，检测在从外部施加了角速度时产生的哥氏力来进行角速度检测(参照专利文献1、2)。

例如，专利文献1中提出的角速度传感器，具有重锤支承于压电隔膜的构造，成为在垂直(z共振驱动)方向及水平(x共振驱动)方向上共振振动驱动重锤并检测角速度的构造。并且，专利文献2中提出的角速度传感器，通过使重锤(重锤体)沿着规定的循环轨道循环运动，从而检测3轴(x轴、y轴、z轴)的角速度。该构造具有小型且能够检测3轴全部的绕轴的角速度的优点。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010－160095号公报

专利文献2：日本专利第4012232号说明书

发明内容

发明要解决的课题

在具有如专利文献1、2中提出的那样构造的角速度传感器的制作中，以往一般使用SOI(Silicon On Insulator：绝缘体上硅)基板。SOI基板具有在比较厚的硅基板(处理层；handle layer)上隔着SiO₂层层压有较薄的硅层(器件层；device layer)的多层构造，器件层的部分最终成为隔膜的振动板。隔膜的厚度根据器件的设计是各种各样的，根据设计而选择适当的器件层的厚度。

但是，SOI晶片是通过将2张硅(Si)基板贴合并对硅基板进行研磨来调整器件层的厚度这一复杂的工艺制作的，因此与通常的Si晶片相比，有成本大幅提高、器件成本增加的问题。并且，在想要保证角速度传感器的共振频率并且使器件进一步小型化时，需要在使隔膜直径的尺寸减小的同时使隔膜的厚度变薄。

但是，在使用了SOI晶片的工艺中，因为研磨技术的问题，均匀地使器件层厚度变薄是困难的。由于研磨精度的限度，一般而言器件层厚度存在±0.5微米(μm)左右的偏差，因此在器件层的厚度为5微米μm)以下时，膜厚偏差增加到±10％以上。隔膜的厚度大大影响共振频率，因此在膜厚偏差达到±10％以上时，角速度传感器的实际的共振频率相对于设计上的共振频率的偏移(误差)超过容许范围，实用的量产不能实现。也就是说，若是使用了以往的SOI晶片的工艺，角速度传感器的小型化是有限度的。另一方面，伴随着近来的移动设备等的小型化、薄型化，希望角速度传感器的器件进一步小型化。

本发明是鉴于这样的情况而做出的，解决上述的课题，目的在于，提供与以往的角速度传感器相比能够以低成本制作并能够进一步小型化的角速度传感器及其制造方法。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，提供以下的发明方式。

(第1方式)：第1方式的角速度传感器，具备：具有挠性的隔膜部，具有层压构造，该层压构造是层压了图案配置有驱动电极部和检测电极部的上部电极、压电体层、下部电极及1层以上的振动板层而成的；台座部，支承隔膜部的外周；以及重锤部，与隔膜部的中心部接合，通过经由驱动电极部对压电体层施加电场而利用压电体的逆压电效应使重锤部振动，通过压电效应由检测电极部检测基于哥氏力而在重锤部产生的移位，所述角速度传感器中，振动板层是通过薄膜形成技术而成膜的，在设根据角速度传感器的构造体的尺寸和构成构造体的材料的弹性参数计算的共振振动模式的共振频率为f(单位是千赫[kHz])，设重锤部的质量为M(单位是毫克[mg])，设隔膜部的周长为r(单位是米[m])，设压电体层上产生的应力为σ_p(单位是帕斯卡[Pa])，设压电体层的膜厚为t_p(单位是米[m])，设由包括下部电极和1层以上的振动板层的多层构成的振动板部分的从重锤部一侧开始数第n层上产生的应力为σ_n(单位是帕斯卡[Pa])，设第n层的膜厚为t_n(单位是米[m])时(n是自然数)，用

[数式1]

表示的T_eff满足

[数式2]