JPH0374926B2 - - Google Patents
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- JPH0374926B2 JPH0374926B2 JP26078284A JP26078284A JPH0374926B2 JP H0374926 B2 JPH0374926 B2 JP H0374926B2 JP 26078284 A JP26078284 A JP 26078284A JP 26078284 A JP26078284 A JP 26078284A JP H0374926 B2 JPH0374926 B2 JP H0374926B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は半導体単結晶の片持梁を所定の周波数
で振動させ、片持梁の回転速度に応じて片持梁に
生ずる変形を検出することによつて回転速度を検
出する振動型半導体回転センサに関するものであ
る。[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention vibrates a semiconductor single crystal cantilever at a predetermined frequency and detects the deformation that occurs in the cantilever depending on the rotation speed of the cantilever. The present invention relates to a vibration-type semiconductor rotation sensor that detects rotational speed.
半導体回転センサとしては、例えば第２図に示
すごときものがある。
As a semiconductor rotation sensor, there is one shown in FIG. 2, for example.
第２図において、Ａは平面図、ＢはＡのＡ−
A′断面図、Ｃは動作説明図である。 In Figure 2, A is a plan view, B is A-
A′ is a sectional view, and C is an explanatory diagram of the operation.
第２図において、Si基板２５にSi単結晶の片持
梁２０が形成されている。 In FIG. 2, a Si single crystal cantilever 20 is formed on a Si substrate 25. As shown in FIG.
そして、片持梁２０に設けた電極２４とSi基板
２５との間に、発振器２３から片持梁２０の共振
周波数の周波数を持つた信号を印加すると、片持
梁２０の自由端２１が共振周波数で振動する。 When a signal having a frequency equal to the resonant frequency of the cantilever beam 20 is applied from the oscillator 23 between the electrode 24 provided on the cantilever beam 20 and the Si substrate 25, the free end 21 of the cantilever beam 20 resonates. Vibrate with frequency.
そして、この半導体回転センサを矢印に示す回
転方向に回転させると、片持梁２０には矢印２６
で示すように回転方向と逆向きのコリオリの力が
印加され、片持梁２０によじれの歪を生ずる。 When this semiconductor rotation sensor is rotated in the direction of rotation shown by the arrow, the cantilever beam 20
As shown in , a Coriolis force in the opposite direction to the rotational direction is applied, causing a twisting strain on the cantilever beam 20.
この歪を片持梁２０の支持部付近に形成したピ
エゾ抵抗素子２２の抵抗変化として検出すること
により、回転速度を検出することが出来る。 By detecting this strain as a resistance change of the piezoresistive element 22 formed near the support portion of the cantilever beam 20, the rotation speed can be detected.
上記のごとき従来の半導体回転センサにおいて
は、回転速度に対応した力を片持梁上に回転軸と
垂直方向に形成したピエゾ抵抗素子によつて検出
するような構造（この構造によれば片持梁の振動
による変形は検出せず、片持梁のよじれによる変
形のみを検出することが出来る）となつていたた
め、ピエゾ抵抗素子を片持梁の中心線（回転軸）
を横切つて形成させざるを得ないが、この中心線
付近は回転に対応する力による変形量が最小の部
分であり、したがつて感度が低くなるという問題
があつた。
The conventional semiconductor rotation sensor described above has a structure in which a force corresponding to the rotation speed is detected by a piezoresistive element formed on a cantilever in a direction perpendicular to the rotation axis (according to this structure, (It is possible to detect only the deformation due to twisting of the cantilever beam, without detecting deformation due to vibration of the beam.) Therefore, the piezoresistive element is connected to the center line (rotation axis) of the cantilever beam.
However, the area near this center line is the area where the amount of deformation due to the force corresponding to rotation is minimal, resulting in a problem of low sensitivity.
本発明は上記のごとき従来技術の問題点を解決
することを目的とするものである。 The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above.
〔問題を解決するための手段）
上記の目的を達成するため、本発明において
は、片持梁の支持部付近の梁の中央部分にスリツ
トを設け、該スリツトの側方に片持梁の長手方向
と平行にピエゾ抵抗素子を形成することにより、
片持梁に加わるねじれ変形応力が上記スリツトの
両側に集中するのを利用して感度を向上させるよ
うに構成している。[Means for Solving the Problem] In order to achieve the above object, in the present invention, a slit is provided in the center of the beam near the support part of the cantilever, and a longitudinal section of the cantilever is provided on the side of the slit. By forming piezoresistive elements parallel to the direction,
The configuration is such that the sensitivity is improved by utilizing the fact that torsional deformation stress applied to the cantilever beam is concentrated on both sides of the slit.
第１図は本発明の一実施例図であり、Ａは平面
図、ＢはＡのＡ−A′断面図、Ｃは動作説明図で
ある。
FIG. 1 shows one embodiment of the present invention, in which A is a plan view, B is a sectional view taken along line A-A' of A, and C is an explanatory diagram of the operation.
第１図において、Si基板８にはSi単結晶からな
る片持梁１が形成されている。 In FIG. 1, a cantilever beam 1 made of Si single crystal is formed on a Si substrate 8. As shown in FIG.
又、片持梁１の支持部３付近の梁の中央部分に
は、スリツト６が設けられている。 Further, a slit 6 is provided in the central portion of the cantilever beam 1 near the support portion 3.
そして、このスリツト６の側方の両側に片持梁
１の長手方向と平行に２本のピエゾ抵抗素子５が
形成されている。 Two piezoresistive elements 5 are formed on both sides of the slit 6 in parallel to the longitudinal direction of the cantilever beam 1.
この半導体回転センサに電極４を介して、発振
器７から片持梁１の共振周波数の信号を印加する
と、片持梁１の自由端２が共振周波数で振動す
る。 When a signal at the resonant frequency of the cantilever beam 1 is applied from the oscillator 7 to this semiconductor rotation sensor via the electrode 4, the free end 2 of the cantilever beam 1 vibrates at the resonant frequency.
その状態でこの半導体回転センサを回転軸９の
回りに矢印方向に回転させると、矢印１０で示す
ようなコリオリの力が印加される。 When this semiconductor rotation sensor is rotated in the direction of the arrow around the rotation axis 9 in this state, a Coriolis force as shown by the arrow 10 is applied.
この力は矢印１１及び１２に示すように、スリ
ツト６の一方の側方では圧縮応力として加わり、
他方の側方では引張応力として加わる。 This force is applied as a compressive stress on one side of the slit 6, as shown by arrows 11 and 12.
On the other side, it is applied as a tensile stress.
この応力をピエゾ抵抗素子５で検出することに
よつて、回転速度を検出することが出来る。 By detecting this stress with the piezoresistive element 5, the rotational speed can be detected.
上記の構成においては、片持梁１の中央部分に
スリツト６を設けており、かつピエゾ抵抗素子５
を片持梁１の長手方向と平行に形成しているの
で、回転に対応して片持梁に発生する変形応力を
ピエゾ抵抗素子に集中させることが出来、又、片
持梁の変形が生じない中心線付近から離れた変形
の大きい部分の引張応力、圧縮応力を検出するこ
とが出来るので、感度を向上させることが出来
る。 In the above configuration, the slit 6 is provided in the center of the cantilever beam 1, and the piezoresistive element 5
Since it is formed parallel to the longitudinal direction of the cantilever beam 1, the deformation stress generated in the cantilever beam in response to rotation can be concentrated on the piezoresistive element, and the deformation of the cantilever beam can occur. Since it is possible to detect tensile stress and compressive stress in areas with large deformation away from the vicinity of the center line, sensitivity can be improved.
なお上記の構成においては、ピエゾ抵抗素子は
片持梁の振動による応力も検出する。しかしその
応力は、二つのピエゾ抵抗素子に同量だけ加えら
れるのに対し、回転に応じた応力は、一方の素子
には引張応力、他方の素子には圧縮応力となるか
ら、二つのピエゾ抵抗素子の出力の差を検出する
ように接続すれば、回転に応じた応力のみを検出
することが出来る。 Note that in the above configuration, the piezoresistive element also detects stress due to vibration of the cantilever beam. However, while the same amount of stress is applied to the two piezoresistive elements, the stress due to rotation becomes tensile stress on one element and compressive stress on the other element, so the two piezoresistors If the devices are connected so as to detect the difference in the output of the elements, only the stress corresponding to rotation can be detected.
また振動による応力は、印加電圧に対応した一
定の波形となるから、ピエゾ抵抗素子の出力から
その値を減算するように構成してもよい。 Furthermore, since the stress caused by vibration has a constant waveform corresponding to the applied voltage, the structure may be such that the value is subtracted from the output of the piezoresistive element.
次に、第３図は上記のごとき本発明の半導体回
転センサの製造工程図である。 Next, FIG. 3 is a manufacturing process diagram of the semiconductor rotation sensor of the present invention as described above.
第３図において、まずＡでは、〈100〉面を主面
とするｐ型のSiウエハ３０の上に片持梁の厚さに
相当するｎ型エピタキシヤル層３１を成長させ
る。 In FIG. 3, first at A, an n-type epitaxial layer 31 corresponding to the thickness of a cantilever is grown on a p-type Si wafer 30 whose main surface is the <100> plane.
例えば、300Hz前後の共振周波数で片持梁を振
動させる場合には、ｎ型エピタキシヤル層３１の
厚さは片持梁の長さを500μm程度とした場合に、
30μm程度にする。 For example, when a cantilever beam is vibrated at a resonant frequency of around 300Hz, the thickness of the n-type epitaxial layer 31 is approximately 500 μm when the length of the cantilever beam is approximately 500 μm.
Make it about 30μm.
次に、Ｂにおいては、ｎ型エピタキシヤル層３
１上に形成したSiO2膜３２をマスクとして、
B′に示すごときパターンでｐ型不純物（例えば
ホウ素）をSiウエハ３０に達するまでｎ型エピタ
キシヤル層３１に拡散する。 Next, in B, the n-type epitaxial layer 3
Using the SiO 2 film 32 formed on 1 as a mask,
A p-type impurity (for example, boron) is diffused into the n-type epitaxial layer 31 in a pattern as shown in B' until it reaches the Si wafer 30.
なおＢはB′のＡ−A′断面を示すものである。 Note that B shows the A-A' cross section of B'.
次に、Ｃにおいて、上記と同様の方法により
C′に示すごときパターンでｐ型のピエゾ抵抗３５
を拡散して形成する。 Next, in C, by the same method as above
A p-type piezoresistor 35 with a pattern as shown in C'
Diffuse and form.
なお、ＣはC′のＢ−B′断面を示す。 In addition, C shows the BB' cross section of C'.
次に、Ｄにおいて、エツチングによつて電極４
となる部分のSiO2膜３２に窓開けを行なう。 Next, in D, the electrode 4 is etched.
A window is opened in the portion of the SiO 2 film 32 that will become .
次に、Ｅにおいて、後記電解エツチングの際の
マスクとなるCr−Au膜３６を蒸着あるいはスパ
ツタ法で付着させ、さらにその上にAu層３７を
蒸着し、必要な部分を残してエツチングで除去す
る。 Next, in E, a Cr-Au film 36, which will serve as a mask during electrolytic etching described later, is deposited by vapor deposition or sputtering, and then an Au layer 37 is deposited on top of it, and is removed by etching, leaving only the necessary portions. .
次にＦにおいて、反対側の主面にSi3N4膜３８
をCVD等によつて付着させ、必要な部分を残し
てエツチングする。 Next, in F, a Si 3 N 4 film 38 is formed on the opposite main surface.
is attached by CVD etc. and etched leaving only the necessary parts.
次に、エチレンジアミン＋ピロカテコールある
いはKOH等の電解エツチング液に浸し、同じエ
ツチング液中に浸したPt電極に対して、Au層３
７が正の電位となるように接続して電圧を印加
し、電解エツチングを行なう。 Next, the Au layer 3 is immersed in an electrolytic etching solution such as ethylenediamine + pyrocatechol or KOH, and the Pt electrode is immersed in the same etching solution.
7 is connected to have a positive potential, a voltage is applied, and electrolytic etching is performed.
それによつてｐ型の部分がエツチングされ、Ｇ
に示すごとく片持梁３９が形成される。 As a result, the p-type part is etched, and the G
A cantilever beam 39 is formed as shown in FIG.
なお上記の電解エツチングの際に、前記Ｂ及び
B′のp+層３３の部分もエツチングされるので、
Ｉに示すごとく、スリツト６も同時に形成されて
いる。 In addition, during the above electrolytic etching, the above B and
Since the p + layer 33 of B' is also etched,
As shown in I, the slit 6 is also formed at the same time.
次に、Ｈにおいて、Au層３７をマスクとして
Cr−Au層３６をエツチングすることにより、電
極４が形成される。 Next, in H, the Au layer 37 is used as a mask.
By etching the Cr-Au layer 36, the electrode 4 is formed.
上記の工程によつて前記第１図のごとき半導体
回転センサを製造することが出来る。 Through the above steps, a semiconductor rotation sensor as shown in FIG. 1 can be manufactured.
以上説明したごとく本発明においては、片持梁
の支持部付近の梁の中央部分にスリツトを設け、
該スリツトの側方に片持梁の長手方向と平行にピ
エゾ抵抗素子を形成しているので、回転に対応し
て片持梁に発生する変形応力をピエゾ抵抗素子に
集中させることが出来、かつ梁の変形がない中心
線付近から離れた変形の大きい部分の圧縮応力と
引張応力との両方を検知することが出来るので、
感度を向上させることが出来るという効果があ
る。
As explained above, in the present invention, a slit is provided in the center part of the beam near the support part of the cantilever beam,
Since the piezoresistive element is formed on the side of the slit parallel to the longitudinal direction of the cantilever beam, deformation stress generated in the cantilever beam in response to rotation can be concentrated on the piezoresistive element, and Since it is possible to detect both compressive stress and tensile stress in areas with large deformation away from the center line where there is no deformation of the beam,
This has the effect of improving sensitivity.
第１図は本発明の一実施例図、第２図は従来装
置の一例図、第３図は本発明の製造工程図であ
る。
符号の説明、１……片持梁、２……自由端、３
……支持部、４……電極、５……ピエゾ抵抗素
子、６……スリツト、７……発振器、８……Si基
板。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram of an example of a conventional device, and FIG. 3 is a diagram of a manufacturing process of the present invention. Explanation of symbols, 1...Cantilever beam, 2...Free end, 3
...Support part, 4...Electrode, 5...Piezoresistance element, 6...Slit, 7...Oscillator, 8...Si substrate.
Claims (1)
持梁と、該片持梁の自由端を所定周波数で振動さ
せる手段と、回転に応じて上記片持梁に生じる変
形量を検出する手段とを備えた振動型半導体回転
センサにおいて、上記片持梁の支持部付近の梁の
中央部分にスリツトを設け、該スリツトの側方の
片持梁の支持部近傍に片持梁の長手方向と平行に
ピエゾ抵抗素子を形成したことを特徴とする半導
体回転センサ。1. A semiconductor single crystal cantilever supported parallel to the rotation axis, means for vibrating the free end of the cantilever at a predetermined frequency, and means for detecting the amount of deformation that occurs in the cantilever in response to rotation. In the vibrating semiconductor rotation sensor, a slit is provided in the center of the beam near the support portion of the cantilever beam, and a slit is provided in the longitudinal direction of the cantilever beam near the support portion of the cantilever beam on the side of the slit. A semiconductor rotation sensor characterized by having piezoresistive elements formed in parallel.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59260782A JPS61139719A (en) | 1984-12-12 | 1984-12-12 | Semiconductive rotation sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59260782A JPS61139719A (en) | 1984-12-12 | 1984-12-12 | Semiconductive rotation sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61139719A JPS61139719A (en) | 1986-06-27 |
| JPH0374926B2 true JPH0374926B2 (en) | 1991-11-28 |
Family
ID=17352650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59260782A Granted JPS61139719A (en) | 1984-12-12 | 1984-12-12 | Semiconductive rotation sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61139719A (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05240874A (en) * | 1991-12-06 | 1993-09-21 | Canon Inc | Angular velocity sensor |
| US5734105A (en) | 1992-10-13 | 1998-03-31 | Nippondenso Co., Ltd. | Dynamic quantity sensor |
| JP3028766B2 (en) | 1995-12-05 | 2000-04-04 | 株式会社村田製作所 | Angular velocity sensor |
| JP2011237390A (en) * | 2010-05-13 | 2011-11-24 | Gunma Univ | Acceleration sensor |
-
1984
- 1984-12-12 JP JP59260782A patent/JPS61139719A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61139719A (en) | 1986-06-27 |
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